远程监控系统中图像压缩技术研究

摘 要： 图像压缩是远程监控系统中的图像处理手段之一，随着技术的发展与进步，压缩方法呈现多样化，将对图像压缩的重要意义进行分析，并提出压缩技术的类型以及压缩技术方法。

关键词： 远程监控；图像压缩；方法

中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）1210083－01

随着远程监控技术的日益完善，远程监控涉及的内容越来越广泛，以数量角度来看，无论是数据的传输还是存储，都离不开压缩处理。但是传统的图像压缩已经无法适应飞速发展的远程监控发展需要，因此加强图像压缩技术研究，具有一定现实意义。

1 图像压缩技术的应用意义

随着人们技术数字化发展的信息时代，人们逐渐被多媒体技术包围，这与当前人们的视觉信息高要求相符。通过应用数字技术，具有方便操作与管理、高度集成、抗干扰能力强、保密性好、便于交换与传输等特点，满足当前市场经济需要。数字化技术作为信息时代的重要技术手段，其地位与作用日益凸显，数字话机的发展，已成为信息时代必不可少的手段，也是知识经济发展的需要，在世界各国受到重视。

多媒体信息一般包括声音、图像、文本三种形式，图像是最基本、最常见的存储方式之一，这种表达方式生动、直观，可提供比其他形式更多的数据信息。在人们接受的各种信息中，视觉信息占据大部分。但也应认识到，图像是三种信息形式中占据数据量最大的，如果不进行压缩处理，就会需要较高的传输效率，占据一定容量，制约数字图像的长远发展。以当前通信发展来看，如果不进行压缩处理，也无法完成大量的媒体信息传输工作。因此，加强图像压缩技术的研究与深入，势在必行。通过实现图像数据压缩，可更好地传输信源，提高信道利用效率，节约能源、降低存储量，更好地完成远程监控任务。

2 图像压缩技术的基本原理

图像压缩技术，主要基于以下几方面原理：

1）原始的图像数据具有较高相关性，一般存在大量的冗余数据。例如，图像之间的相邻像素，具有空间冗余；系列图像的前后帧之间，具有时间冗余；多光谱遥感图像的各频谱之间，频率冗余等，这些都造成了比特数的大量浪费，如果减少冗余，则可实现码字节约，减少数据量，实现数据压缩。

2）信源符号产生不同的概率，如果采取相同码长，体现不同的概率符号，可能造成符号冗余；如果采取可变长的编码技术，对于出现频率较高的符号，采取短码字方式；对于出现频率较低的符号，采取长码字方式。这样，就可减少符号的冗余，减少码字浪费。

3）由于人眼存在视觉冗余，在图像编码中，允许一定范围的失真存在。实际上，人类视觉系统存在缺陷，人眼很难发现失真不敏感的事物。在大多数远程监控应用中，人眼仅作为图像信息的接受者，如果在图像编码中充分考虑人眼视觉特性，就可确保图像质量，同时提高压缩比。

4）通过先验技术，完成图像编码工作，减少知识冗余。例如，在可视远程监控中，编码对象可以是人的头部或肩部，就可以应用先验技术，建立编码对象模型，通过模型参数的提取，加强参数编码，而不需要直接对图像编码，以此提高图像的压缩比。

3 图像压缩技术方法研究

3.1 静态图像压缩。静态图像的压缩，首先将原始图转换到色彩系统中，根据人眼的特点，将其中不同色彩分量作为不同取样。然后经过离散余弦转变方法，从空间域转变成频域，然后将变换的数据量中无用信息丢弃。在静态图像的像素直线，行与行的相关性较强，给压缩提供更多空间，进而产生了静态图像压缩。随着技术水平的不断发展，静态图像的压缩标准由JPEG发展为JPEG2000。JPEG是当前静态图像的压缩格式中，压缩比最高的标准，主要采取熵编码或离散余弦变换编码两种压缩办法。

DCT是一种有损压缩计算方法，其算法简单，易于实现。在采取有损压缩计算时，一般压缩比为25:1，压缩后的还原图像质量较高，在远程监控的图像压缩领域应用广泛。根据工作模式划分，可以将JPEG编码划分为以下几大类型：一是基于多分辨率的渐进式操作；二是基于DPCM的无损编码顺序式操作；三是基于DCT的渐进式操作；四是基于DCT的顺序式操作。一般以DCT变换顺序的操作作为JPEG标准的关键点，也是JPEG的核心系统，具有高效编码、简单操作、广泛应用等特点。在JPEG2000标准中，应用的对象不是一整幅图像，而是经过小波变换，将一个完整图像划分为若干个图像片，然后将每一个图片独立编码或解码。

JPEG2000标准与传统的JPEG标准相比，它放弃了基于DCT变换的分块编码形式，而是以小波变换为主要形式，实现多分辨率编码，可以有效减少大范围的图像相关性。小波变换作为现代化的谱分析手段，主要目标是抽取图像频率成分，分解图像分辨率。

3.2 动态图像压缩。静态图像压缩技术主要针对空间技术而言，但是动态图像除了压缩空间信息之外，还对时间信息进行压缩。目前，应用于动态图像压缩的标准主要为MPEG。MPEG作为一个活动图像专家组，于1988年首次提出，主要应用于音频标准和光碟建立视频标准，大多成员属于音频、视频、系统领域等技术专家。

在MPEG小组中，提出并制定了ISO/IEC1172压缩编码标准，因此MPEG标准受到重视。针对目前提出的MPEG-X版本，主要来自ISO、ITU制定并的音频、视频、数据等压缩标准，MPEG的研究者原本制定了MPEG1-MPEG4，以应用于不同的带宽以及数字影像质量要求。

在应用动态图像压缩技术中，主要包括自适应量化、运动估算法、速率控制等方法。其中应用最广泛、最重要的是运动估算法，对编码性能产生直接影响。完成一个良好的运动估计其计算过程，必须综合权衡编码器的输出图像画面、成本、计算能力等。

运动矢量的搜集方法属于全搜索形式，可以实现全局化的最优运动矢量，计算方法简单易懂，方便实现，但是这种计算方法的运算量比较大，不利于编码的实时出现，尤其在高清晰的电视编码中，更是如此。在此基础上，人们逐渐探索发现了更多快速计算方法，例如钻石法、全搜索法、交叉搜索法、三步法等。

视频数据远程传输过程中，为保证安全性和保密性，图像压缩技术起到了至关重要的作用，通信技术和数字信息技术的发展非常显著，因此图像信息压缩技术也取得了飞跃性的进步，相关国际标准化工作的进展很快，而图像的高效编码，仍将是最尖端的技术。

基金项目：湖南省教育厅资助项目（09C886）

参考文献：

[1]罗超，图像压缩技术在无线多媒体传感器网络中的应用[J].仪表技术，2011（6）.

[2]袁伟，JPEG2000静态图像压缩标准[J].枣庄学院学报，2006（10）.

作者简介：

李剑端（1990-），邵阳学院电子科学与技术专业学生；许建明（1977-），硕士研究生，邵阳学院信息工程系教师。