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二值图像编码技术与压缩
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更新于2024-09-09
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"二值图像及其编码" 二值图像是一种特殊的图像类型,仅包含两种灰度级别,即黑色和白色,常用于文件、气象图、工程图、指纹、手写文字、地图、报纸等场景。在报纸印刷和传真中,即使原始图像为灰度,也会被转换成二值图像以简化处理。二值图像的编码方法主要包括游程长度编码、跳白块编码、方块编码、识别编码和边界编码等,这些编码方式旨在减少存储和处理图像所需的比特数。 二值图像有以下几个显著特征: 1. 统计特性:只有两种信源符号(黑色和白色),对应的概率分别为P0和P1,且P1 = 1 - P0,简化了概率模型。 2. 数据量小:每个像素可以用0或255(通常代表黑白)表示,或者更简洁地用0或1(二进制)表示。 3. 结构简单:黑白像素往往连续分布,区域界限清晰,便于压缩处理。 尽管二值图像的数据量相较于灰度和彩色图像已经很小,但仍然存在压缩需求。直接编码,即用1比特表示一个像素(1为白,0为黑),虽直观但不节省空间,因为它与图像像素数量相等,没有实现数据压缩。考虑到二值图像的结构和统计冗余,通过各种编码技术去除冗余信息,可以进一步减少表示图像所需的比特数,实现有效的压缩。 二值图像压缩的重要性在于它们在许多应用中占据大量存储和传输资源。无论是理论研究还是实际应用,改进和创新二值图像的压缩和编码技术都具有重大意义。比如,优化压缩算法可以降低存储需求,加快图像传输速度,同时保持图像质量,这对于资源有限的环境(如移动设备)尤其关键。因此,对二值图像编码技术的深入理解和持续发展对于信息技术领域具有深远的影响。
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二值图像及其编码
3.1 二值图像及其特征
图像分为彩色图像和灰度图像两大类,二值图像就是只有黑白两种灰度级
的特殊灰度图像,例如文件、气象图、工程图、指纹卡片、手写文字、地图、
报纸等等。此外,为了报纸的印刷,即使原来为灰度的图像,也要做成网纹的
二值图像;传真只能一点一点地传送二值数据,也要把灰度的图像转化为二值的
图像。二值图像信源编码的目的和灰度图像的编码一样,也是为了减少表示图
像所需的比特数。
除了只有黑白两个灰度外,二值图像还有一些其它的特征:
首先,在统计特性上,由于只有两种灰度,即只有两种信源符号,所以只
对应两种信源概率 P0 和 P1,且满足 P1=1 一 P0,也就是说信源符号的概率
可以只用一种概率来表示;
其次,图像数据量较小,单个像素既可以用其灰度值(例如 0 和 255)来表
示,也可以用二进制值(0 和 1)来表示,显然后一种表示方法在存储和对图像进
行数据处理时会比较简便;
此外,二值图像的结构也往往比较简单,黑、白像素区域多为连续分布、
划分明显。这些特征对于二值图像的压缩编码都具有重要的意义,大部分编码
方法都是直接利用这些特征或者建立在这些特征的基础上的。
3.2
3.3 二值图像压缩的意义
前面提到,由于灰度级别只有两种,所以用于表示二值图像的数据量本身
就远小于同等尺寸的灰度图像和彩色图像。但是,这并不意味着对它们就不必
再进行压缩处理了。二值图像同一般的图像一样,也有着很大的压缩空间。如
果每一像素用一位二进制码 0 或 1(白像素为 1,黑像素为 0)表示,则称为直接
编码。一位二进制码为 1 比特,因而直接编码时表示一帧图像的比特数就等于
该图像的像素数。直接编码对数据量是没有压缩效果的,因而通常把直接编码
得到数据比特数作为该二值图像的原始数据大小,例如,二值图像以 Window:
操作系统中的标准图像文件 BMP 格式存储就是这样一种情况。由于二值图像结
构和统计上的冗余特性,直接编码所形成的符号所携带的信息中必然包含了大
量的冗余成分,所以,经过各种编码处理,去掉这些冗余成分,能够使表示二
值图像的比特数小于该图像的像素数(即小于图像原始大小),达到压缩的目的。
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夜蓝颖
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