LZW压缩算法介绍

LZW压缩算法介绍

(2009-09-16 22:08:24)

LZW是啥意思？懒子王！一听这名就知道这算法不是一般的懒子，要不怎么也称王呢。

懒子王压缩算法是一种新颖的压缩方法，由Lemple-Ziv-Welch 三人共同创造，用他们的名字命名。它采用了一种先进的字典压缩，将每个第一次出现的串放在一个字典中，用一个数字来表示串，压缩文件只存储数字，不存贮串，从而使图象文件的压缩效率得到较大的提高。懒子的是，压缩完了之后这个字典就可以给扔了，解压时会重建起这个字典。

在懒子王算法中，有这么几个概念：

1.字符：不一定是指ASCII字符，就是一个8位二进制数，0--255，unsigned char或是uint8或是BYTE型能表示的。

2.串：一个字符的序列，没有C语言中用'\0'封尾的那种要求。

3.字典：里面存放串，每一个串对应的编码都与字典中的位置形成一一对应。

4.根：字典产生时就带有的东西，比如带有的字符叫根字符，可以分别是0--255，根字符和空前缀组成根串，根串的编码称为根编码。

一个串被表示成（前缀，后缀）格式，前缀可以是一个字符，也可以是一个串的编码，为统一形式，一个字符用对应的根编码表示，所以，前缀是一个编码。后缀就是一个字符，没有别的形式。

还有一点，在字典中有两个特殊的条目，一个是CLEAR，一个是END，比如字典的根编码是0--255，则CLEAR ＝256，END ＝257。

现在我们来以一个具体的例子说明这个算法是怎么个懒子法的，假设这个字典的根字符是A，B，C，D，4个，加上CLEAR和END一共6个，占用000--101，现在编码长度是3位。输入流里面的字符序列是

ABABABABBBABABAA

第一步，取第一个字符，是A，A已经在我们的字典中了（根字符），也就是说，我们已经（认识）它了，就把它的编码作前缀，成（A，）。

下一步，取第二个字符，现在的取到的串为（A，B）。以前没见过，不认识，好，现在把（A，B）编码为6，下次再碰到就认识了。把A放入到输出流中，让后缀B作前缀（实际是根字符B的编码，为了方便才写B）。

第三步，读下一个字符，是A，现在串是（B，A），还是不认识，用一个新编码来表示它，令7＝（B，A）。把前缀B放入到输出流，后缀A变前缀。

第四步，取下一个字符，是B，现在串是（A，B），嘿，这次认识了，不就是老6嘛，好了，让6作前缀去。

第五步，取下一个，是A，现在串是（6，A），又不认识了，令8＝（6，A）。等等，有情况！刚才新建的字典条目6，7已经把3位的编码给占满了，这可咋整呀？懒子王是一定有办法解决的，现在懒子王算法的第二点懒子之处就体现出来了，变长编码。刚才编码用3位表示，现在不行了，就用4位表示，现在能表示8了，其它照常，输出前缀6，后缀A 变前缀。

就这样，输入流中的数据变成了AB68……放到输出流中，怎么样，变短了吧，嘿嘿。

现在问题又来了，字典里3位不够了用4位来表示可以，因为咱这字典里有地方嘛，可是要是咱建个12位的字典，已经有4096个条目，存满了，再来新串咋整呀，别忘了咱最开始说懒子王的时候说它是怎么懒子的了？字典用完就扔了，解压时能重建，对吧，想想啊，一个字典已经建满了，解压的时候也可以把这个字典重建到满，对吧，如果现在这个输入流结束了，再来个输入流，会出现什么情况呢？压缩时新建个字典，解压时再重建这个字典，对吧，那解决方案就来了，旧字典字典不要了，当作上一个输入流结束下一个输入流开始，

从只有根串的字典开始再建一个，怎么样，懒子吧，但这招它就是好使。

总结一下，懒子王压缩算法的基本流程大致如下：

1.从输入流中读入一个字符，作为当前串的后缀。

2.如果当前串在字典中，就用当前串的编码作前缀，转到第1步。

3.如果当前串不在字典中，就把当前串放到字典中，并把前缀放到输出流，后缀变前缀，转到第1步。

4.当输入流读完了后，串中应该还剩一个前缀，把它放到输出流，结束。

解压算法实际就是查字典的过程，也是对串进行处理，以上面的例子为例，输入流是AB68……

第一步，读第一个编码，是A，在字典中，就作为后缀，现在串是（，A），串也在字典中，不作其它处理，把编码A作为前缀，并放入输出流（实际上是把前缀对应的最原始串放入输出流）。

第二步，读下一个编码，是B，也在字典中，作为后缀，现在串是（A，B），不在字典中，就把它加入到字典中，令6＝（A，B），把当前编码B作前缀，并放入输出流。

第三步，读下一个编码，是6，在字典中，作为后缀……？看看开头的定义，后缀是一个字符，可不能是编码呀，把6展开，6＝AB，我们把6的第一个字符，即A，作为后缀，现在串是（B，A），不在字典中，令7＝（B，A），把当前编码6（不是它是第一个字符A）作为前缀，并把前缀6代表的最原始的串（字符的序列）放入输出流（为方便，说成把6放入输出流）。

第四步，读下一个编码，是…………8？？是呀，咋了，上面写着呢，现在输入流中的二进制数据是1000……，读3位读到的应该是4呀，怎么会成8了呢，注意到字典建到7了，3位已经满了，接下来再建字典就应该是4位的了，所以现在读输入流时改成一次读4位，这就是8了，8这个编码不在字典中，建一个吧，令8＝（6，8），这怎么能行呢，别说后缀不能是编码了，就算能是编码，怎么能用自己来定义自己呢，那咋整呀，咱回头想想这个8是咋来的啊，它的前缀是6，所以8＝（AB……），可见8的第一个字符就是6的第一个字符A，好了，令8＝（6，A），然后把8作前缀，并放入输出流。

现在输出流中的字符是A B AB ABA ……，与原文件一致。

总结一个算法流程：

1.在输入流中读一个字符。

2.如果当前编码在字典中，则把当前编码的第一个字符作为当前串的后缀，如果当前串不在字典中，就把它加入到字典中，然后把当前编码作为串的前缀，转到第4步。

3.如果当前编码不在字典中，就把前缀的第一个字符作为后缀，把串加入到字典中，用当前串的编码作前缀，转到第4步。

4.把前缀放到输出流，转到第1步。

到现在为止，这个算法已经很懒子了，但是要称王，恐怕还没有绝对的把握。

压缩率已经通过变长编码来提高了，现在再做一件懒子事吧，来说说怎么提高算法的速度。

要说速度主要还是要从字典和字典条目的结构说起，如果字典条目的结构就是一个（前缀，后缀），且字典是顺序结构来存储这些条目的，那么在查字典时就在一个一个的比对，非常浪费时间，所以我们有必要想一些改进方法来让算法更懒子。

空间换时间的方法：

这个算法在那份《改进的字典压缩LZW算法》中提出过。建立一个数组，大小是字典大小*根字符数量*字典大小战胜的字节数。比如建的字典大小是4096，根字符是256个，那这个数组就可以定义为uint8 dict[4096][256]，大小就是4096*256*2＝2M。字典先初始化

成全0，在清空字典后也要设成全0再重建。具体算法如下：

开始：

后缀＝读入的字符；

编码＝数组［前缀］［后缀］；

if （编码＝＝0）｛／／串（前缀，后缀）还没有出现过，不在字典中

数组［前缀］［后缀］＝当前字典大小；

当前字典大小＋＋；

输出流+＝前缀；

前缀＝后缀；

｝

else ｛／／串在字典中

前缀＝编码；

｝

goto 开始；

可以看出，这个算法每一步只需一次查找，速度当然是非常快了，只不过这个速度是靠内存的大量消耗的代价来取得的。虽然2M的内存在今天好像算不上什么，但是想一想这个算法可是在1978年提出，1984年实现的，那个时候2M的内存简直就是天文数字，而那时的巨型机速度也比不上现在的PC机，所以那时是不可能用以上的两种算法来实现的，无论是第二种算法速度上的开销还是上面这种算法内存上的开销，都是那时不可能承受的，因此，他们一定是采用了别的算法，兼顾了速度和内存的开销。

一种兼顾时间和空间的方法：

首先，定义一个结构体。

Struct Code{ //结构编码｛

Word suffix; // 本编码的后缀；

Word FirstSon; // 第一个子编码；

Word NextBrother; // 下一个兄弟编码；

｝// }

说明一下。第一个子编码就是第一个以这个编码为前缀的编码，下一个兄弟编码是指下一个与这个编码前缀相同的编码。建立一个编码结构数组，如果最大字长12位的话，数组长度就是4096个。建立好了以后就把它全部清零。

那么每一次读取一个新的字符后的操作为：

1．读取这个编码的FirstSon。如果FirstSon为空，则表示还没有以这个编码为前缀的编码，就可以在当前的最后一个编码后建立一个新的编码，将FirstSon设置为这个新编码，将新编码的suffix设置为这个刚读取的字符，将当前的前缀放入输出流，后缀变成前缀。读入下一个字符

2．如果FirstSon不为空，就跳到这个编码上，比对这个编码的后缀和当前的后缀，如果相同，则表明找到了，把这个编码作为当前字符串的前缀，读下一个字符。

3．如果这个编码的后缀不等于当前后缀，那么就跳到他的NextBrother标记，比对两个后缀，直到找到或者NextBrother为空。

4．如果NextBrother为空了，表示还没有表示这个串的编码，那么在当前的最后一个编码后建立一个新编码，将当前编码的NextBrother设置成新编码，将新编码的后缀设置成当前后缀，将当前前缀放到输出流，后缀变前缀。读入下一个字符。

按照这种算法，每次需要查找的次数大大减少，最好的可能一次就找到，最坏的可能是

255次，但是这种可能实在太小，我想应该在10次以内吧。而且这个算法的内存使用很少，一个标记只占6个字节，比第二种算法多2个。实际上如果是以8位来处理，标记最大长度12位来算的话，一个标记结构所需要的位数为8＋12＋12＝32位，正好4个字节，所以可以用一个byte 存后缀，一个word的低12位存NextBrother , 高四位存FirstSon 的高4位，再用一个byte存FistSon的低字节。因为每次FirstSon只用一次，所以处理麻烦些无所谓。这样算来，字典所用的空间就是4K＊4＝16K。

也许你觉得没必要在内存空间的使用上如此计较。当然，如果是在PC机上，这个几十K的空间，确实没必要这么计较。实际上这种单纯的LZW算法已经很少单独在PC机上使用了。不过在很多的嵌入系统中，需要存储很多的记录数据，这种记录的数据往往重复的内容很多，如果压缩后，体积会大大减小。而嵌入式系统的存储空间又是很有限的，它的内存大小和CPU的速度又不能支持复杂的、比较吃内存的压缩算法，这时这种简单而又消耗小的算法就有用武之地了。大家以后如果遇到这种情况，可以考虑使用这种算法。

我的散列表方法：

建立一个大小为4096的散列表，先用散列函数求出256个根字符的散列值（在散列表中的位置），字典就初始化完成了，然后每来一个新串，就用散列函数计算出它的散列值，把它加到字典中的相应位置。

关于字符串的散列函数，有挺多经典的，不过我用的是最简单的，就是取模，具体是怎么取的一会再说。

再说说散列表的另一个重要的事，冲突处理：一般有三种方法：线性再散列，拉链，外散列，但我用的是暴雪的一种方法，同时使用三个不同的散列函数来确定串，这样重复的概率可以降低到1/2^23级。看星际和魔兽里有什么.mpq文件吧，那就是用这种方法做的数据包。我是把前缀和后缀拼起来，分别取它的低、中、高K位，K＝编码长度。前缀12位，后缀8位，拼起来20位，三个散列函数最少能取27位，谁要说冲突，你可以跟他赌国足拿世界杯，虽然你不能赢，但也不会输。什么内散列法，外散列法的，其实在这种情况下都没有顺延法好用。

以我目前的水平来推测，现在算法已经懒子到可以称王的程度了，也许会有其它的牛人，会想到让这个算法更懒子的方案，欢迎分享讨论。懒子王的口号是：没有最懒子，只有更懒子！

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视频格式和压缩标准大全

网络摄像机和视频服务器作为网络应用的新型产品，适应网络传输的要求也必然成为产品开发的重要因素，而这其中视频图像的技术又成为关键。在目前中国网络摄像机和视频服务器的产品市场上，各种压缩技术百花齐放，且各有优势，为用户提供了很大的选择空间。 JPEG 、M-JPEG 有相当一部分国内外网络摄像机和视频服务器都是采用JPEG，Motion-JPEG压缩技术，JPEG、M-JPEG采用的是帧内压缩方式，图像清晰、稳定，适于视频编辑，而且可以灵活设置每路的视频清晰度和压缩帧数。另外，因其压缩后的格式可以读取单一画面，因此可以任意剪接，特别适用与安防取证的用途。 Wavelet Transform 小波变换也属于帧内压缩技术，由于这种压缩方式移除了图像的高频成分，仅保留单帧图像信号，特别适用于画面变更频繁的场合，且压缩比也得到了一定的提高，因此也被一些网络摄像机和视频服务器所采用，例如，BOSCH推出的NetCam-4系列数字网络摄像机，深圳缔佳生产的NETCAM系列网络摄像机等。 H.263 H.263是一个较为成熟的标准，它是帧间预测和变换编码的混合算法，压缩比较高，尤其适用低带宽上传输活动视频。采用H.263技术生产的网络型产品，其成本较为适中，软/硬件丰富，适合集中监控数量较多的需求，如深圳大学通信技术研究所开发的SF－10网络摄像机和SF-20视频服务器，深圳新文鼎开发的W750视频服务器和W74GM网络摄像机等采用的都是这一压缩技术。 MPEG-4 MPEG-4的着眼点在于解决低带宽上音视频的传输问题，在164KHZ的带宽上，MPEG-4平均可传5－7帧/秒。采用MPEG-4压缩技术的网络型产品可使用带宽较低的网络，如PSTN，ISDN,ADSL等，大大节省了网络费用。另外，MPEG-4的最高分辨率可达720×576，接近DVD 画面效果，基于图像压缩的模式决定了它对运动物体可以保证有良好的清晰度。MPEG-4所有的这些优点，使它成为当前网络产品生产厂商开发的重要趋势之一。 另外，也有部分厂商采用的是MPEG-1,MPEG-2压缩格式，除此之外，有的厂商还采用多种压缩技术相结合的方式，例如，有些国外推出的网络摄像机，其压缩方式就是MPEG-4,与JPEG 相结合，在可以看到JPEG静止图像的同时，利用MPEG-4高级压缩功能，令到高质量的动态图像也能在低带宽上传输。 纵观以上这些压缩技术，虽然MPEG-4以其良好的图像压缩性能，可支持非常低的宽带上达到视频会议的质量，从而成为未来网络型产品开发的主流方向，但就现在市场的应用情况来看，MPEG-4暂时还没有占到主导地位，究其原因，主要是由于虽然MPEG-4的国际标准已经制定，但MPEG-4的算法是公开的因而厂商各自为政，良莠不齐，对后续的二次开发带来了严重的影响，另外，MPEG－4在图像质量上也有待提高，在复杂的网路环境中，数据流

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各种音频编码方式的对比

各种音频编码方式的对比 内容简介：文章介绍了PCM编码、WMA编码、ADPCM编码、LPC编码、MP3编码、AAC编码、CELP编码等，包括优缺点对比和主要应用领域。 PCM编码(原始数字音频信号流) 类型：Audio 制定者：ITU-T 所需频宽： Kbps 特性：音源信息完整，但冗余度过大 优点：音源信息保存完整,音质好 缺点：信息量大，体积大，冗余度过大 应用领域：voip 版税方式：Free 备注：在计算机应用中，能够达到最高保真水平的就是PCM编码，被广泛用于素材保存及音乐欣赏，CD、DVD以及我们常见的WAV文件中均有应用。因此，PCM约定俗成了无损编码，因为PCM代表了数字音频中最佳的保真水准，并不意味着PCM就能够确保信号绝对保真，PCM也只能做到最大程度的无限接近。要算一个PCM音频流的码率是一件很轻松的事情，采样率值×采样大小值×声道数bps。一个采样率为，采样大小为16bit，双声道的PCM编码的WAV文件，它的数据速率则为×16×2 =。我们常见的Audio CD 就采用了PCM编码，一张光盘的容量只能容纳72分钟的音乐信息。 WMA(Windows Media Audio) 类型：Audio 制定者：微软公司 所需频宽：320～112kbps（压缩10～12倍）

特性：当Bitrate小于128K时，WMA几乎在同级别的所有有损编码格式中表现得最出色，但似乎128k 是WMA一个槛，当Bitrate再往上提升时，不会有太多的音质改变。 优点：当Bitrate小于128K时，WMA最为出色且编码后得到的音频文件很小。 缺点：当Bitrate大于128K时，WMA音质损失过大。WMA标准不开放，由微软掌握。 应用领域：voip 版税方式：按个收取 备注：WMA的全称是Windows Media Audio，它是微软公司推出的与MP3格式齐名的一种新的音频格式。由于WMA在压缩比和音质方面都超过了MP3，更是远胜于RA(Real Audio)，即使在较低的采样频率下也能产生较好的音质，再加上WMA有微软的Windows Media Player做其强大的后盾，所以一经推出就赢得一片喝彩。 ADPCM( 自适应差分PCM) 类型：Audio 制定者：ITU-T 所需频宽：32Kbps 特性：ADPCM(adaptive difference pulse code modulation)综合了APCM的自适应特性和DPCM系统的差分特性，是一种性能比较好的波形编码。 它的核心想法是： ①利用自适应的思想改变量化阶的大小，即使用小的量化阶(step-size)去编码小的差值，使用大的量化阶去编码大的差值； ②使用过去的样本值估算下一个输入样本的预测值，使实际样本值和预测值之间的差值总是最小。 优点：算法复杂度低，压缩比小（CD音质>400kbps），编解码延时最短（相对其它技术） 缺点：声音质量一般 应用领域：voip

JPEG图像压缩算法及其实现

多媒体技术及应用 JPEG图像压缩算法及其实现 罗群书 0411102班 2011211684

一、JEPG压缩算法（标准） (一)JPEG压缩标准 JPEG(Joint Photographic Experts Group)是一个由ISO/IEC JTC1/SC2/WG8和CCITT VIII/NIC于1986年底联合组成的一个专家组，负责制定静态的数字图像数据压缩编码标准。迄今为止，该组织已经指定了3个静止图像编码标准，分别为JPEG、JPEG-LS和JPEG2000。这个专家组于1991年前后指定完毕第一个静止图像压缩标准JPEG标准，并且成为国际上通用的标准。JPEG标准是一个适用范围很广的静态图像数据压缩标准，既可用于灰度图像又可用于彩色图像。 JPEG专家组开发了两种基本的静止图像压缩算法，一种是采用以离散余弦变换(Discrete Cosine Transform, DCT)为基础的有损压缩算法，另一种是采用以预测技术为基础的无损压缩算法。使用无损压缩算法时，其压缩比比较低，但可保证图像不失真。使用有损压缩算法时，其算法实现较为复杂，但其压缩比大，按25：1压缩后还原得到的图像与原始图像相比较，非图像专家难于找出它们之间的区别，因此得到了广泛的应用。 JPEG有4种工作模式，分别为顺序编码，渐近编码，无失真编码和分层编码，他们有各自的应用场合，其中基于顺序编码工作模式的JPEG压缩系统也称为基本系统，该系统采用单遍扫描完成一个图像分量的编码，扫描次序从左到右、从上到下，基本系统要求图像像素的各个色彩分量都是8bit，并可通过量化线性地改变DCT系统的量化结果来调整图像质量和压缩比。下面介绍图像压缩采用基于DCT的顺序模式有损压缩算法，该算法下的JPEG压缩为基本系统。 (二)JPEG压缩基本系统编码器 JPEG压缩是有损压缩，它利用了人的视觉系统的特性，将量化和无损压缩编码相结合来去掉视觉的冗余信息和数据本身的冗余信息。基于基本系统的JPEG压缩编码器框图如图1所示，该编码器是对单个图像分量的处理，对于多个分量的图像，则首先应将图像多分量按照一定顺序和比例组成若干个最小压缩单元（MCU），然后同样按该编码器对每个MCU各个分量进行独立编码处理，最终图像压缩数据将由多个MCU压缩数据组成。 图1 JPEG压缩编码器结构框图

五种压缩软件比较

五种压缩软件（WinRAR、7Z、好压、快压和360压缩）之比拼 除了老牌的WinRAR和7Z压缩软件外，新近又出现了多款国产压缩软件，各自都称其为自主知识产权，最高压缩比，现就WinRAR、7Z、好压、快压和360压缩等五款压缩软件的功能进行一次大比拼。 一、压缩功能之比拼 本人用GHO映像文件、rmvb视频文件和JPG图像文件进行了压缩测试。 1、用GHO映像文件829MB测试 软件编号软件压缩格式用时压缩文件大小备注 1 7Z 7z 12分58秒830M 7Z ZIP 2分13秒826M 2 WinRAR rar 15分22秒824M WinRAR ZIP 1分7秒825M 3 快压kz 12分52秒829M 快压ZIP 4 好压7z 好压ZIP 1分20秒825M 5 360压缩7z 360压缩ZIP 1分55秒826M 从上表看出，在压缩GHO映像文件时，号称最高压缩比的7Z和快压居然毫无建树，7Z压缩文件居然比GHO映像文件还大，原因是因为GHO映像文件也是压缩文件的一种。唯有最老牌的ZIP压缩效果最好，速度最快，压缩比最高。 2、用rmvb视频文件175MB测试 软件编号软件压缩格式用时压缩文件大小备注 1 7Z 7z 3分32秒173M 7Z ZIP 4分00秒173M 2 WinRAR rar 3分10秒173M WinRAR ZIP 15秒173M 3 快压kz 21秒173M 快压ZIP 3分57秒173M 4 好压7z 20秒173M 好压ZIP 173M 5 360压缩7z 3分23秒173M 360压缩ZIP 30秒175M 从上表看出，5种压缩软件的各种压缩格式对rmvb视频文件的压缩比都很小，因为rmvb视频文件是用可变码率编码的一种高压缩视频编码算法，可压缩的空间很小，用压缩软件压缩rmvb视频文件是没有必要的。但仍然是ZIP的压缩速度最快。 3、用JPG图像文件32.2M测试 软件编号软件压缩格式用时压缩文件大小备注 1 7Z 7z 24秒28.6M

JPEG2000图像压缩算法标准剖析

JPEG2000图像压缩算法标准 摘要：JPEG2000是为适应不断发展的图像压缩应用而出现的新的静止图像压缩标准。本文介绍了JPEG2000图像编码系统的实现过程, 对其中采用的基本算法和关键技术进行了描述，介绍了这一新标准的特点及应用场合，并对其性能进行了分析。 关键词：JPEG2000；图像压缩；基本原理；感兴趣区域 引言 随着多媒体技术的不断运用，图像压缩要求更高的性能和新的特征。为了满足静止图像在特殊领域编码的需求，JPEG2000作为一个新的标准处于不断的发展中。它不仅希望提供优于现行标准的失真率和个人图像压缩性能，而且还可以提供一些现行标准不能有效地实现甚至在很多情况下完全无法实现的功能和特性。这种新的标准更加注重图像的可伸缩表述。所以就可以在任意给定的分辨率级别上来提供一个低质量的图像恢复，或者在要求的分辨率和信噪比的情况下提取图像的部分区域。 1.JPEG2000的基本介绍及优势 相信大家对JPEG这种图像格式都非常熟悉，在我们日常所接触的图像中，绝大多数都是JPEG格式的。JPEG的全称为Joint Photographic Experts Group，它是一个在国际标准组织(ISO)下从事静态图像压缩标准制定的委员会，它制定出了第一套国际静态图像压缩标准：ISO 10918－1，俗称JPEG。由于相对于BMP等格式而言，品质相差无己的JPEG格式能让图像文件“苗条”很多，无论是传送还是保存都非常方便，因此JPEG格式在推出后大受欢迎。随着网络的发展，JPEG的应用更加广泛，目前网站上80％的图像都采用JPEG格式。 但是，随着多媒体应用领域的快速增长，传统JPEG压缩技术已无法满足人们对数字化多媒体图像资料的要求：网上JPEG图像只能一行一行地下载，直到全部下载完毕，才可以看到整个图像，如果只对图像的局部感兴趣也只能将整个图片载下来再处理；JPEG格式的图像文件体积仍然嫌大；JPEG格式属于有损压缩，当被压缩的图像上有大片近似颜色时，会出现马赛克现象；同样由于有损压缩的原因，许多对图像质量要求较高的应用JPEG无法胜任。 JPEG2000是为21世纪准备的压缩标准，它采用改进的压缩技术来提供更高的解像度，其伸缩能力可以为一个文件提供从无损到有损的多种画质和解像选择。JPEG2000被认为是互联网和无线接入应用的理想影像编码解决方案。 “高压缩、低比特速率”是JPEG2000的目标。在压缩率相同的情况下，JPEG2000的信噪比将比JPEG提高30%左右。JPEG2000拥有5种层次的编码形式：彩色静态画面采用的JPEG 编码、2值图像采用的JBIG、低压缩率图像采用JPEGLS等，成为应对各种图像的通用编码方式。在编码算法上，JPEG2000采用离散小波变换（DWT）和bit plain算术编码（MQ coder）。此外，JPEG2000还能根据用户的线路速度以及利用方式(是在个人电脑上观看还是在PDA上观看)，以不同的分辨率及压缩率发送图像。 JPEG2000的制定始于1997年3月，但因为无法很快确定算法，因此耽误了不少时间，直到2000年 3 月，规定基本编码系统的最终协议草案才出台。目前JPEG2000已由ISO和

几种视频压缩标准

几种视频压缩标准简介 3. 基于嵌入式视频服务器的网络化数字视频监控 3.1 什么是网络数字监控 简单的说，网络数字监控就是将传统的模拟视频信号转换为数字信号，通过计算机网络来传输，通过智能化的计算机软件来处理。 系统将传统的视频、音频及控制信号数字化，以IP包的形式在网络上传输，实现了视频/音频的数字化、系统的网络化、应用的多媒体化以及管理的智能化。 3.2 几种视频压缩标准简介 1）MJPEG MJPEG 是指Motion JPEG，即动态JPEG，按照25帧/秒速度使用JPEG 算法压缩视频信号，完成动态视频的压缩。是由JPEG专家组制订的，其图像格式是对每一帧进行压缩，通常可达到6：1的压缩率，但这个比率相对来说仍然不足。就像每一帧都是独立的图像一样。MJPEG图象流的单元就是一帧一帧的JPEG画片。因为每帧都可任意存取，所以MJPEG 常被用于视频编辑系统。动态JPEG能产生高质量、全屏、全运动的视频，但是，它需要依赖附加的硬件。而且，由于MJPEG不是一个标准化的格式，各厂家都有自己版本的MJPEG，双方的文件无法互相识别。 MJPEG的优点是画质还比较清晰，缺点是压缩率低，占用带宽很大。一般单路占用带宽2M左右。 2）H.263 H.263 视频编码标准是专为中高质量运动图像压缩所设计的低码率图像压缩标准。 H.263 采用运动视频编码中常见的编码方法，将编码过程分为帧内编码和帧间编码两个部分。埃帧内用改进的DCT 变换并量化，在帧间采用1/2 象素运动矢量预测补偿技术，使运动补偿更加精确，量化后适用改进的变长编码表（VLC）地量化数据进行熵编码，得到最终的编码系数。 H.263标准压缩率较高，CIF格式全实时模式下单路占用带宽一般在几百左右，具体占用带宽视画面运动量多少而不同。缺点是画质相对差一些，占用带宽随画面运动的复杂度而大幅变化。 3）MPEG-1 VCD标准。

图像压缩算法

《算法设计与分析》课程报告 姓名：文亮 学号：201322220254 学院：信息与软件工程学院 老师：屈老师；王老师

算法实现与应用——《算法设计与分析》课程报告 一． 基本要求 1. 题目: 图像压缩 2. 问题描述 掌握基于DCT 变换的图像压缩的基本原理及其实现步骤；对同一幅原 始图像进行压缩，进一步掌握DCT 和图像压缩。 3. 算法基本思想 图像数据压缩的目的是在满足一定图像质量的条件下，用尽可能少的比特数来表示原始图像，以提高图像传输的效率和减少图像存储的容量，在信息论中称为信源编码。图像压缩是通过删除图像数据中冗余的或者不必要的部分来减小图像数据量的技术，压缩过程就是编码过程，解压缩过程就是解码过程。压缩技术分为无损压缩和有损压缩两大类，前者在解码时可以精确地恢复原图像，没有任何损失；后者在解码时只能近似原图像，不能无失真地恢复原图像。 假设有一个无记忆的信源,它产生的消息为{}N ≤≤i a i 1,其出现的概率是已知的,记为()i a p 。则其信息量定义为: ()()i i a p a log -=I 由此可见一个消息出现的可能性越小，其信息量就越多，其出现对信息的贡献量越大，反之亦然。 信源的平均信息量称为“熵”（entropy ），可以表示为： ()()[]()()∑∑==-=?=H N i i i N i i i a p a p a p I a p 1 1 log 对上式取以2为底的对数时，单位为比特（bits ）： ()()∑=-=H N i i i a p a p 1log 根据香农（Shannon ）无噪声编码定理，对于熵为H 的信号源，对其进行无

各种音频编码方式的对比

各种音频编码方式的对比

各种音频编码方式的对比 内容简介：文章介绍了PCM编码、WMA编码、ADPCM 编码、LPC编码、MP3编码、AAC编码、CELP编码等，包括优缺点对比和主要应用领域。 PCM编码(原始数字音频信号流) 类型：Audio 制定者：ITU-T 所需频宽：1411.2 Kbps 特性：音源信息完整，但冗余度过大 优点：音源信息保存完整,音质好 缺点：信息量大，体积大，冗余度过大 应用领域：voip 版税方式：Free 备注：在计算机应用中，能够达到最高保真水平的就是PCM编码，被广泛用于素材保存及音乐欣赏，CD、DVD 以及我们常见的WAV文件中均有应用。因此，PCM 约定俗成了无损编码，因为PCM代表了数字音频中最佳的保真水准，并不意味着PCM就能够确保信号绝对保真，PCM也只能做到最大程度的无限接近。要算一个PCM音频流的码率是一件很轻松的事情，采样率值×采样大小值×声道数bps。一个采样率为44.1KHz，

采样大小为16bit，双声道的PCM编码的WAV文件，它的数据速率则为44.1K×16×2 =1411.2Kbps。我们常见的Audio CD就采用了PCM编码，一张光盘的容量只能容纳72分钟的音乐信息。 WMA(Windows Media Audio) 类型：Audio 制定者：微软公司 所需频宽：320～112kbps（压缩10～12倍） 特性：当Bitrate小于128K时，WMA几乎在同级别的所有有损编码格式中表现得最出色，但似乎128k是WMA一个槛，当Bitrate再往上提升时，不会有太多的音质改变。 优点：当Bitrate小于128K时，WMA最为出色且编码后得到的音频文件很小。 缺点：当Bitrate大于128K时，WMA音质损失过大。WMA标准不开放，由微软掌握。 应用领域：voip 版税方式：按个收取 备注：WMA的全称是Windows Media Audio，它是微软公司推出的与MP3格式齐名的一种新的音频格式。由于WMA在压缩比和音质方面都超过了MP3，更是远胜于RA(Real Audio)，即使在较低的采样频率下也能产生较好的音质，再加上WMA有微软的

图像压缩算法性能的测试与分析工具

图像压缩算法性能的测试与分析工具1 蔡正兴，张虹 中国矿业大学计算机科学与技术学院，江苏徐州 (221008) 摘要：本文研究了图像压缩算法性能的评价方法，提出了图像压缩算法性能的测试算法，包括横向比较测试和纵向分解测试，并在此基础上设计并实现了压缩算法性能的测试与分析工具。该工具能够测试和分析压缩算法的性能，并自动生成各种分析图表，为用户提供了方便，具有较大的实用价值。为了提高评价的效率、准确性和全面性，文中提出了测试图像的选择方法和测试结果的分析方法，具有一定的理论意义。 关键词：压缩性能，测试方法，分析方法，图像选择方法 1. 引言 近年来，图像压缩得到快速发展[1]，各种算法层出不穷，比如有损的压缩算法可以在低失真的条件下达到高压缩比[2，3]，而无损的压缩算法则可以保证重建图像的无失真[4]。因此在实际应用中得知各种压缩算法的性能及特点是必要的。在评价图像压缩算法性能时主要考虑压缩比、重建质量、时间复杂度、空间复杂度和实现代价这几个方面[5]，其中较为重要的是压缩比、重建质量和时间复杂度。为了计算这些压缩性能指标，常常使用一些工具软件，比如在图像处理领域广泛使用的MATLAB系列软件，它提供了大量的内置函数[6]，操作方便，功能强大，但它不是评价图像压缩算法性能的专业工具，需要进行二次开发，不能有效的分析和评价压缩性能。其次，利用性能指标来评价压缩方法，尽管方便快捷，但还不能反映图像压缩算法的全部特点。例如，在考虑变换编码系统的失真性质时，一般采用MSE(均方误差)，有时利用MSE计算得到的重建质量很好，但视觉效果却不好，这是因为MSE对图像中的失真显著性不敏感[7]，可见，性能指标仅仅是对压缩算法进行宏观上的评价，无法评价每个过程对压缩性能的影响。再次，在评价压缩性能时，不可避免地要使用测试图像，用户在选择测试图像时带有随机性，不利于全面地评价压缩方法。针对这些不足，本文设计了图像压缩算法性能的测试与分析工具——AutoTA。AutoTA的目标是自动地对图像压缩算法进行测试与分析，并生成各种分析图表，全面的评价图像压缩算法的性能。AutoTA具有广泛的应用前景，科研人员利用AutoTA可横向比较各种压缩算法的性能，也可纵向分析压缩算法的特点；工程技术人员也可以根据AutoTA的测试结果，在实际应用中选择合适的图像压缩算法。 2. 压缩算法性能指标 压缩性能指标是评价压缩算法的重要方面，也是AutoTA分析图像压缩算法性能的重要依据，下面将描述相关的性能指标。 2.1压缩比 压缩比是指压缩过程中输入数据量和输出数据量之比，反映了图像压缩算法的压缩性能，当压缩比小于1时为正压缩，当压缩比大于1时为负压缩。压缩比的计算公式为： 1本课题得到国家自然科学基金项目(编号：60372102)、教育部博士点基金项目(编号：20030290011)、软件新技术国家重点实验室课题(编号：A200309)资助。

(完整版)各种常见视频格式的比较

常见的格式有以下一些： MPEG/MPG/DAT MPEG是Motion Picture Experts Group 的缩写。这类格式包括了MPEG-1, MPEG-2 和MPEG-4在内的多种视频格式。MPEG-1相信是大家接触得最多的了，因为目前其正在被广泛地应用在VCD 的制作和一些视频片段下载的网络应用上面，大部分的VCD 都是用MPEG1 格式压缩的( 刻录软件自动将MPEG1转为 .DAT格式) ，使用MPEG-1 的压缩算法，可以把一部120 分钟长的电影压缩到 1.2 GB 左右大小。MPEG-2 则是应用在DVD 的制作，同时在一些HDTV（高清晰电视广播）和一些高要求视频编辑、处理上面也有相当多的应用。使用MPEG-2 的压缩算法压缩一部120 分钟长的电影可以压缩到5-8 GB 的大小（MPEG2的图像质量是MPEG-1 无法比拟的）。 AVI AVI，音频视频交错(Audio Video Interleaved)的英文缩写。AVI这个由微软公司发表的视频格式，在视频领域可以说是最悠久的格式之一。AVI格式调用方便、图像质量好，压缩标准可任意选择，是应用最广泛的格式。 MOV 使用过Mac机的朋友应该多少接触过QuickTime。QuickTime原本是Apple 公司用于Mac计算机上的一种图像视频处理软件。Quick-Time提供了两种标准图像和数字视频格式, 即可以支持静态的*.PIC和*.JPG图像格式，动态的基于Indeo压缩法的*.MOV和基于MPEG压缩法的*.MPG视频格式。 ASF ASF (Advanced Streaming format高级流格式)。ASF 是MICROSOFT 为了和现在的Real player 竞争而发展出来的一种可以直接在网上观看视频节目的文件压缩格式。ASF使用了MPEG4 的压缩算法，压缩率和图像的质量都很不错。因为ASF 是以一个可以在网上即时观赏的视频“流”格式存在的，所以它的图像质量比VCD 差一点点并不出奇，但比同是视频“流”格式的RAM 格式要好。 WMV 一种独立于编码方式的在Internet上实时传播多媒体的技术标准，Microsoft 公司希望用其取代QuickTime之类的技术标准以及WAV、AVI之类的文件扩展名。WMV的主要优点在于：可扩充的媒体类型、本地或网络回放、可伸缩的媒体类型、流的优先级化、多语言支持、扩展性等。 NAVI 如果发现原来的播放软件突然打不开此类格式的AVI文件，那你就要考虑是不是碰到了n AVI。n AVI是New AVI 的缩写，是一个名为Shadow Realm 的地下组织发展起来的一种新视频格式。它是由Microsoft ASF 压缩算法的修改而来的（并不是想象中的AVI），视频格式追求的无非是压缩率和图像质量，所以NAVI 为了追求这个目标，改善了原始的ASF 格式的一些不足，让NAVI 可以拥有更高的帧率。可以这样说，NAVI 是一种去掉视频流特性的改良型ASF 格式。 3GP

几种视频压缩算法对比

视频压缩算法对比 视频2008-05-23 10:10:09 阅读557 评论0 字号：大中小订阅 视频压缩标准及比较原始的数字视频信号的数据量是相当惊人的，例如，NTSC 图像以大约640X480的分辨率，24bist/象素，每秒30帧的质量传输时，则视频数据有640X480x24X30=221Mb/S或28MB/s秒，显然这样庞大的数据流对大多数传输线路来说是无法承受的，而且也是无法存储的。为此人们开始专门研究将这些视频、音频数据流进行压缩。很多压缩编码标准相继推出，主要有JPEG月吐一JPEG‘，幻，_H.261旧.263和MPEG等标准。其中JPEG标准主要是用在静止图像的压缩。M一PJEG是将PJEG改进后用到运动图像上，在压缩比不高时，有较好的复现图像质量，但占用存储空间大;在压缩比高的情况下，复现图像质量差。.H261爪.263标准是专门为用于图像质量要求不高的视频会议和可视电话设计。MpEG(MovnigPictureExPertGorPu即活动图像专家组)。它是由150(国际标准化组织)和正(c国际电工委员会)于1988年联合成立的。专门致力于运动图像及伴音编码标准化工作。它们推出了MPEG编码标准【1卜，1l。到现在为止，专家组己制定了MPEG一1，MPEG一2和MPEG一4三种标准，由于其标准化、较大的压缩比及较高的画面质量，成为视频压缩系统首选算法。 MPEGI是一种压缩比高但图像质量稍差的技术;而MPEGZ技术主要专注于图像质量，压缩比小，因此需要的存储空间就大;MPEG4技术是时下比较流行的技术，使用这种技术可以节省空间、提高图像质量、节省网络传输带宽等优点。 来自：https://www.wendangku.net/doc/fd11604258.html,/blog/static/80720305200842310109120/

图像压缩(JPEG)编码算法及压缩过程的实现

秋风，秋雨，秋天的景色 ?博客园 ?首页 ?博问 ?闪存 ?新随笔 ?联系 ?订阅 ?管理 随笔- 234 文章- 0 评论- 22 图象压缩（JPEG）编码算法及压缩过程的实现转 图象压缩（JPEG）编码算法及压缩过程的实现 摘要 本文首先介绍了静态图像压缩（JPEG）编码算法的基本原理、压缩的实现过程及其重要过程的离散余弦变换（DCT）算法的实现原理及软件实现的例程，其次着重介绍了压缩过程中的DCT、量化和编码三个重要步骤的实现原理。 关键词：图像压缩有损压缩 JPEG 离散余弦变换 DCT 量化 第一章图像压缩编码的综述 1.1 图象压缩的目的和方法 图象的数字化表示使得图象信号可以高质量地传输，并便于图像的检索、分析、处理和存储。但是数字图像的表示需要大量的数据，必须进行数据的压缩。即使采用多种方法对数据进行了压缩，其数据量仍然巨大，对传输介质、传输方法和存储介质的要求较高。因此图象压缩编码技术的研究显得特别有意义，也正

是由于图象压缩编码技术及传输技术的不断发展、更新，推动了现代多媒体技术应用的迅速发展。 1.1.1 图象压缩的目的 图象采样后，如果对之进行简单的8bit量化和PCM编码，其数据量是 巨大的。以CIF（Common Intermediate Format）格式的彩色视频信号为例，若采样速率为25帧/秒，采样样点的Y、U、V分量均为8bit量化，则一秒钟的数据量为： 352×288×3×8×25＝60.83Mbit 要传输或存储这样大的数据量是非常困难的，必需对其进行压缩编码，在满足实际需要的前提下，尽量减少要传输或存储的数据量。 虽然数字图象的数据量巨大，但图象数据是高度相关的。一幅图象的内部相邻象素之间，相邻行之间的视频序列中相邻图象之间有大量冗余信息—空间相关性和时间相关性，可以使用各种方法尽量去除这些冗余信息，减少图象的数据量。 除了时间冗余和空间冗余外，在一般的图象数据中还存在信息熵冗余、结构冗余、知识冗余和视觉冗余。各种冗余就是压缩图象数据的出发点。图象编码的目的就在于采用各种方法去除冗余，以尽量少的数据量来表示个重建图象。 1.1.2图象压缩的几种方法 1.统计和字典的压缩方法 常规程序和计算机熵的数据对于那些基于利用统计变种的压缩，效果很好，这些统计变种表现在单个符号的频率以及符号或短语字符串的频率等方面，而基于字典的系统实际山就是假扮统计程序。可是遗憾的是，这类压缩对于连续色调图象的作用并不很好。 这些程序的主要问题产生于这样的一个事实：照片图象的象素广泛地分布在整个范围。如果将图象中的彩色用频率分布画出，那么频率分布图中，没有我们在统计压缩的成功的情况下所看到的“尖峰”状，实际上，如果延长这个分布图，那么从类似于电视那样的生活图象源中得出的分布图会趋于平展。这意味着，每个象素代码彼此是大约相同的出现机会，决定不存在挖掘熵差的任何机会。 基于字典的压缩程序的运行也有类似的问题，基于扫描照片的图象决定没有任何类型的数据特征以产生相同的短语的多次出现。例如，一个栅格化的图象，

无损压缩算法的比较和分析

Adaptive-Huffman-Coding 自适应霍夫曼编码 压缩比：1.79 分析： 霍夫曼算法需要有关信息源的先验统计知识，而这样的信息通常很难获得，即使能够获得这些统计数字，符号表的传输仍然是一笔相当大的开销。 自适应压缩算法能够解决上述问题，统计数字是随着数据流的到达而动态地收集和更新的。概率再不是基于先验知识而是基于到目前为止实际收到的数据。随着接收到的符号的概率分布的改变，符号将会被赋予新的码字，这在统计数字快速变化的多媒体数据中尤为适用。 Lempel-Ziv-Welch 基于字典的编码 压缩比：1.86 分析： LZW算法利用了一种自适应的，基于字典的压缩技术。和变长编码方式不同，LZW使用定长的码字（本次实验使用12位定长码字）来表示通常会在一起出现的符号/字符的变长的字符串。 LZW编码器和解码器会在接受数据是动态的创建字典，编码器和解码器也会产生相同的字典。 编码器的动作有时会先于解码器发生。因为这是一个顺序过程，所以从某种意义上说，这是可以预见的。

算术编码（arithmetic coding） 压缩比：2 分析： 算术编码是一种更现代化的编码方法，在实际中不赫夫曼编码更有效。 算术编码把整个信息看作一个单元，在实际中，输入数据通常被分割成块以免错误传播。 算术编码将整个要编码的数据映射到一个位于[0,1)的实数区间中。并且输出一个小于1同时大于0的小数来表示全部数据。利用这种方法算术编码可以让压缩率无限的接近数据的熵值，从而获得理论上的最高压缩率。 比较分析： 一般来说，算术编码的性能优于赫夫曼编码，因为前者将整个消息看作一个单元，而后者受到了必须为每一个符号分配整数位的限制。 但是，算术编码要求进行无限精度的实数运算，这在仅能进行有限精度运算的计算机系统是无法进行的。随着研究的深入，有学者提出了一种基于整数运算的算术编码实现算法。在编码和解码的过程还需要不时的调整区间大小，以免精度不足，加大了实现的难度。 在3种无损压缩算法中，LZW算法相对来说，实现最为简单，但其压缩效果要在数据源足够大的时候，才能显现出来。

PNG图像的压缩算法

PNG图像格式的压缩算法 便携式网络图形（Portable Network Graphics）简称为PNG，它是一种无损压缩的位图图形格式，其含有以下几种特性： 1、支持256色调色板技术以产生小体积文件 2、支持最高48位真彩色图像以及16位灰度图像 3、支持阿尔法通道（Alpha Channel，表示图片的透明度和半透明度）的透明/半透明 性 4、支持图像亮度的伽马校正（Gamma校准，用来针对影片或是影像系统里对于光线的 辉度 (luminance) 或是三色刺激值 (tristimulus values)所进行非线性的运算或 反运算）信息 5、使用了无损压缩的算法 6、使用了循环冗余校验（CRC，用来检测或校验数据传输或者保存后可能出现的错误） 防止文件出错 一、 PNG格式的文件结构 PNG定义了两种类型的数据块：一种是PNG文件必须包含、读写软件也都必须要支持的关键块（critical chunk）；另一种叫做辅助块（ancillary chunks），PNG允许软件忽略它不认识的附加块。这种基于数据块的设计，允许PNG格式在扩展时仍能保持与旧版本兼容。 关键数据块中有4个标准数据块： 1、文件头数据块IHDR(header chunk)：包含有图像基本信息，作为第一个数据块出现 并只出现一次。 2、调色板数据块PLTE(palette chunk)：必须放在图像数据块之前。 3、图像数据块IDAT(image data chunk)：存储实际图像数据。PNG数据允许包含多个 连续的图像数据块。 4、图像结束数据IEND(image trailer chunk)：放在文件尾部，表示PNG数据流结束 二、PNG格式文件的压缩算法 PNG格式文件采用的是从LZ77派生的一个称为DEFLATE的非专利无失真式压缩算法，这个算法对图像里的直线进行预测然后存储颜色差值，这使得PNG经常能获得比原始图像更大的压缩率。

图像无损压缩算法综述

图像无损压缩算法综述 【摘要】本文介绍了常见的图像无损压缩方法：静态及动态霍夫曼(Huffman)编码算法、算术编码算法、LZW ( lanpel-ziv-velch)编码及其改进算法、行程编码（又称游程编码，RLE）及改进自适应游程编码算法、费诺-香农编码算法和一种改进的编码方法。简要分析了各种算法的优缺点。 【关键词】霍夫曼算术编码 LZW 行程编码费诺-香农编码 1 前言 随着技术的不断发展，多媒体技术和通讯技术等对信息数据的存储和传输也提出了更高的要求，给现有的有限带宽带来更严峻的考验，尤其是具有庞大数据量的数字图像通信。存储和传输的高难度极大地制约了图像通信的发展，因此对图像信息压缩技术的研究受到了越来越多的关注。压缩数据量是图像压缩的首要目的，但保证压缩后图像的质量也是非常重要的，无损压缩是指能精确恢复原始图像数据的压缩方法，其在编码压缩过程中没有图像信号的损失。本文介绍了常见的无损压缩方法：静态及动态霍夫曼(Huffman)编码算法、算术编码算法、LZW ( lanpel-ziv-velch)编码及其改进算法、行程编码（又称游程编码，RLE）及改进自适应游程编码算法、费诺-香农编码算法和一种改进的编码方法。 2 常见图像无损压缩算法 2.1 霍夫曼算法 Huffman算法是一种用于数据压缩的算法，由D.A.Huffman最先提出。它完全依据字符出现概率来构造平均长度最短的编码，有时称之为最佳编码，一般叫做Huffman编码。频繁使用的数据用较短的代码代替，较少使用的数据用较长的代码代替，每个数据的代码各不相同。这些代码都是二进制码，且码的长度是可变的。 2.1.1 静态霍夫曼编码 步骤：