圖像有損壓縮與無損壓縮的對比分析

林曉宇

摘 要：伴隨著科技的發(fā)展，在多媒體壓縮范疇內(nèi)，人們通過對信號源建模表達認識的不斷深化，進而使壓縮技術(shù)得到了更大的發(fā)展。圖像的編碼與壓縮的目的就是對圖像數(shù)據(jù)按一定的規(guī)則進行變換和組合，從而達到用盡可能少的代碼（符號）來表示盡可能多的圖像信息。本文系統(tǒng)總結(jié)了對圖像壓縮的兩種主要方法，即無損壓縮與有損壓縮兩種方法，通過對不同壓縮方法的比較，可以在實踐中獲得更高的圖像水平與工作效率。

關(guān)鍵詞：信號源；有損壓縮；無損壓縮；圖像；對比

一、圖像有損壓縮的優(yōu)點

有損壓縮方法的一個優(yōu)點就是在有些情況下，能夠獲得比任何已知無損方法小得多的文件大小，同時又能滿足系統(tǒng)的需要。當用戶得到有損壓縮文件的時候，譬如為了節(jié)省下載時間，解壓文件與原始文件在數(shù)據(jù)位的層面上看可能會大相徑庭，但是對于多數(shù)實用目的來說，人耳或者人眼并不能分辨出二者之間的區(qū)別。有損方法經(jīng)常用于壓縮聲音、圖像以及視頻。

有損視頻編解碼幾乎總能達到比音頻或者靜態(tài)圖像好得多的壓縮率（壓縮率是壓縮文件與未壓縮文件的比值）。音頻能夠在沒有察覺的質(zhì)量下降情況下實現(xiàn)10：1的壓縮比，視頻能夠在稍微觀察質(zhì)量下降的情況下實現(xiàn)如300：1這樣非常大的壓縮比。

有損壓縮圖像的特點是保持顏色的逐漸變化，刪除圖像中顏色的突然變化。生物學中的大量實驗證明，人類大腦會利用與附近最接近的顏色來填補所丟失的顏色。例如，對于藍色天空背景上的一朵白云，有損壓縮的方法就是刪除圖像中景物邊緣的某些顏色部分。當在屏幕上看這幅圖時，大腦會利用在景物上看到的顏色填補所丟失的顏色部分。利用有損壓縮技術(shù)，某些數(shù)據(jù)被有意地刪除了，而被取消的數(shù)據(jù)也不再恢復。

二、圖像有損壓縮的缺點

有損靜態(tài)圖像壓縮經(jīng)常如音頻那樣，能夠得到原始大小的1/10，但是無可否認，利用有損壓縮技術(shù)是會影響圖像質(zhì)量，尤其是在仔細觀察的時候，質(zhì)量下降更加明顯。另外，如果使用了有損壓縮的圖像僅在屏幕上顯示，可能對圖像質(zhì)量影響不太大，至少對于人類眼睛的識別程度來說區(qū)別不大，因為人的眼睛對光線比較敏感，光線對景物的作用比顏色的作用更為重要?？墒?，如果要把一幅經(jīng)過有損壓縮技術(shù)處理的圖像用高分辨率打印機打印出來，那么圖像質(zhì)量就會有明顯的受損痕跡。

三、圖像無損壓縮的優(yōu)點

無損壓縮格式就如同用Zip壓縮文件一樣，能100%的保存WAV文件的全部數(shù)據(jù)，沒有任何信號丟失。

其次，無損壓縮相對于有損壓縮在處理音頻文件時（CD）有著音質(zhì)高，不受信號源的影響的優(yōu)勢。而有損壓縮格式由于其先天的設(shè)計（需要丟失一部分信號），所以音質(zhì)再好，也只能是無限接近于原聲CD，要想真正達到CD的水準是不可能。而且由于有損壓縮格式算法的局限性，在壓縮交響樂等類型動態(tài)范圍大的音樂時，其音質(zhì)表現(xiàn)不盡人意。而無損壓縮格式則不存在這樣的問題。

最后，無損壓縮較有損壓縮更容易轉(zhuǎn)換。無損壓縮格式可以很方便地還原成WAV，還能直接轉(zhuǎn)壓縮成MP3、Ogg等有損壓縮格式，甚至可以在不同無損壓縮格式之間互相轉(zhuǎn)換，而不會丟失任何數(shù)據(jù)。因為有損壓縮格式的二次編碼（從一種有損格式轉(zhuǎn)換成另一種有損格式，或者格式不變而調(diào)整比特率）意味著丟失更多的信號，帶來更大的失真。

四、圖像無損壓縮的缺點

占用空間大，壓縮比不高是它第一個缺陷。比起有損壓縮格式來，無損壓縮格式的壓縮能力要差得多，一般都在60%左右。而192Kbps的有損格式只有原文件的14%左右，兩者在壓縮率上的差異相當懸殊。其次，缺乏硬件的支持也是明顯的劣勢。

從本質(zhì)上看，無損壓縮的方法可以刪除一些重復數(shù)據(jù)，大大減少要在磁盤上保存的圖像尺寸。但是，無損壓縮的方法并不能減少圖像的內(nèi)存占用量，這是因為，當從磁盤上讀取圖像時，軟件又會把丟失的像素用適當?shù)念伾畔⑻畛溥M來。如果要減少圖像占用內(nèi)存的容量，就必須使用有損壓縮方法。

五、兩種壓縮方式在精確度上的比較

圖像的無損壓縮主要利用的是基于統(tǒng)計概率的方法和基于字典的技術(shù)。通過霍夫曼編碼和游程編碼等編碼方式進行具體的操作。從而使圖像在壓縮時損失較少的信息，進而擁有較高的精確度。圖像的有損壓縮則是運用有損預(yù)測編碼方法和變換編碼方法，通過減少像素之間的聯(lián)系，進行高密度的壓縮。因而對于對圖像精確度要求較高的圖片應(yīng)當優(yōu)先選用無損壓縮。

六、兩種壓縮方式擁有不同的壓縮比率

圖像的無損壓縮運用適當?shù)木幋a技術(shù)，由于像素之間的聯(lián)系被幾乎完整的保留了下來，所以圖像更精確，這樣以來壓縮比率就比較小，占用空間較大；而有損壓縮卻以丟失部分圖像信息為代價，去除圖像中的次要部分，只保留主要部分，從而使圖像壓縮的更小，使得壓縮比率大大提高。

七、兩種壓縮方式可逆性的差別

無損壓縮利用信息相關(guān)性進行的數(shù)據(jù)壓縮，并且不損失原信息的內(nèi)容，能夠準確無誤地重現(xiàn)原始數(shù)字波形數(shù)據(jù)，所以這種壓縮是可逆的。有損壓縮利用了人類對圖像中的某些頻率成分不敏感的特性，允許壓縮過程中損失一定的信息，因此，無法完全復原出原始數(shù)據(jù)的信息，所以這種壓縮是不可逆的。

八、結(jié)語

從本文的總結(jié)不難發(fā)現(xiàn)，對于如繪制的技術(shù)圖、圖表或者漫畫優(yōu)先使用無損壓縮，這是因為有損壓縮方法，尤其是在低的位速條件下將會帶來壓縮失真。有損方法非常適合于自然的圖像，或者是想表達某些特定信息的圖像。