第
53
卷第
1
期
2014
年
1
月
厦门大学学报(自然科学版)
Vo
1.
53
NO.1
Jan.
2014
J
ournal
of
Xiamen
University
(Natural
Science)
doi: 10.6043/j.issn.0438-04 79.2014.0
1.
007
一种离散色调图像无损压缩方法
刘雄恩黄晓阳
2
祷
(1.福建农林大学计算机与信息学院,福建福州
350028
;2.
厦门大学信息科学与技术学院,福建厦门
361005)
摘要:针对离散色调彩色图像的数据冗余特点,在游程编码
(RLE)
与字典编码的基础上,提出一种混合编码方式,对离
散色调彩色图像进行无损压缩.实验结果表明,该方法可以取得
O.
1~0.
6
bits/pixel
的压缩后像素深度,压缩率明显优
于
JPEG2000
元损模式,也在一定程度上优于其他适用于离散色调图像的压缩方法,如
GIF
和
PNG
等.
关键词:离散色调图像;元损压缩;游程编码
(RLE);LZMA
算法;混合编码
中图分类号
:TP
391
文献标志码
:A
现有的图像压缩方法大多是针对连续色调图像
而设计的,连续色调图像的相邻像素通常具有相似的
亮度和颜色,在二维平面的不同方向上亮度和颜色在
视觉上的变化基本是连续的.采用离散余弦变换
(DCT)
和小波变换等编码方法,在有损模式下通过选
择性地丢掉视觉不敏感的信号分量,可以达到很好的
压缩效果
[IJ
由于离散色调图像具有相邻像素值相同
或差异很大以及亮度或颜色变化常常是不连续的特
点,若仍采用基于
DCT
变换的
JPEG[2
J
或基于小波变
换的
JPEG2000[3
J
对此类图像进行压缩编码,无论是
元损还是有损模式,图像压缩效果都不好.此外,由于
离散色调图像的任何信号分量都是敏感的,有损压缩
会明显地改变此类图像的质量,因此往往采用无损压
缩方式对其进行压缩.
目前流行的图像元损压缩标准包括联合图像专
家组提出的
JPEG-LS
和
JPEG2000-LS;
CompuServe
公司开发的
GIF
格式
;W3C
组织提出的
PNG
格式和
联合二值图像专家组提出的
JBIG
和
JBIG2
等.针对
离散色调图像的无损压缩方法的研究依然较少.采用
算术编码的
JBIG
和
JBIG2
是专门用于二值图像的渐
进式无损压缩方法[叫,它们是以相邻像素来估算当
前像素的概率分布,当这个概率分布极不均匀时可以
获得紧致的压缩编码,对于如传真之类的图像其压缩
收稿日期
:2013
一
05-22
基金项目
z
国家自然科学基金
(61102137
,
61271336
,
61327001
刘福建
省自然科学基金
(201
1]
01366)
赞通信作者:
xyhuang@xmu.edu.cn
文章编号
:0438-0479(2014)01-0031-05
效果较好,而当多个位平面上存在相似结构时将导致
编码冗余.基于变形的
LZW
算法
[6J
实现的
GIF
图像
压缩格式是针对离散色调图像而设计的,但它只能处
理不超过
256
色的图像[汀,否则颜色失真,且其一维编
码仅消减了行内的数据冗余,尽管它对于尺寸较小和
256
色以内的离散色调图像具有较高的压缩比.基于
块分解和搜索的正逆各向异性扩散模型
(FABD)
能消
除图像的二维全局冗余而具有很高的压缩比,其表现
优于
JBIG[8J
,但其压缩率依赖于算法中对于
3
种块进
行搜索计算的时间,且速度较慢.近年流行于网络应用
的
PNG
图像压缩格式
m
采用
LZ77
算法与晗夫曼编
码相结合的
DEFLATE
压缩算法,能支持最高
48
位
真彩色图像和
16
位灰度图像,其压缩率不低于
GIF
,
完全适用于离散色调彩色图像的无损压缩.针对离散
色调图像的冗余特点,继文献[1
0]
之后,本文在游程
编码
(RLE)
与字典编码的基础上,再次提出一种新的
理合编码方式,
RLE
与
LZMA
(Lempel-Ziv-Markov
chain-algorithm)
的混合编码,其对离散色调彩色图像
的元损压缩效果明显较好.
1
RLE
与
LZMA
的混合编码
1.1
RLE
编码与解码
RLE
的基本原理是用一个符号值或串长代替具
有相同值的连续符号,使符号长度少于原始数据的长
度.只在各行或者各列数据的代码发生变化时,一次记
录该代码及相同代码重复的个数,从而实现数据的压
缩
.RLE
是一种简单的无损压缩算法,运算简单且压
缩和解压缩都较为快速,适用于图像中存在连续大量