图像编码的可能性

4.1.2　图像编码的可能性

数据是用来表示信息的，如果不同的方法为表示给定量的信息使用了不同的数据量，那么使用较多数据量的方法中，有些数据必然是代表了无用的信息，或者是重复地表示了其他数据已经表示的信息，这就是数据冗余的概念。

由于图像数据本身固有的冗余性和相关性，使得将一个大的图像数据文件转换成较小的图像数据文件成为可能，图像数据压缩就是要去掉信号数据的冗余性。一般来说，图像数据中存在以下几种冗余:

(1)空间冗余(像素间冗余、几何冗余)。这是图像数据中所经常存在的一种冗余。在同一幅图像中，规则物体和规则背景(所谓规则是指表面是有序的而不是完全杂乱无章的排列)的表面物理特性具有相关性，这些相关性的光成像结果在数字化图像中就表现为数据冗余。如:同一景物表面上各采样点之间的颜色(亮度)之间往往存在着空间相关性;基于离散像素的表示方式通常没有利用景物表面颜色(亮度)的这种空间相关性，从而产生了空间冗余。

(2)时间冗余。在序列图像(电视图像、运动图像)中，相邻两帧图像之间有较大的相关性，也指视频相邻帧之间的冗余。

(3)信息熵冗余。也称为编码冗余。如果图像中平均每个像素使用的比特数大于该图像的信息熵，则图像中存在冗余，称为信息熵冗余。

(4)结构冗余。有些图像存在较强的纹理结构，像素值之间存在着明显的分布模式，如墙纸、草席等图像，称之存在结构冗余。

(5)知识冗余。有许多图像的理解与某些基础知识有相当大的相关性，例如，人脸的图像有固定的结构，比如说嘴的上方有鼻子，鼻子的上方有眼睛，鼻子位于正脸图像的中线上等。这类规律性的结构可由先验知识和背景知识得到，称此类冗余为知识冗余。

(6)心理视觉冗余。人类的视觉系统对于图像场的注意是非均匀和非线性的，特别是视觉系统并不是对图像场的任何变化都能感知，即眼睛并不是对所有信息都有相同的敏感度。有些信息在通常的视觉感觉过程中与另外一些信息相比来说并不那么重要，这些信息可认为是心理视觉冗余，去除这些信息并不会明显地降低所感受到的图像的质量。

心理视觉冗余的存在是与人观察图像的方式有关的，人在观察图像时主要是寻找某些比较明显的目标特征，而不是定量地分析图像中每个像素的亮度，或至少不是对每个像素等同地分析，人通过在脑子里分析这些特征并与先验知识结合以完成对图像的解释过程。由于每个人所具有的先验知识不同，对同一幅图像的心理视觉冗余也就因人而异。

(7)图像区域的相同性冗余。在图像中的两个或对应的所有像素相同或相近，从而产生的数据重复性存储，即图像区域的相似性冗余。

(8)纹理的统计冗余。图像纹理在统计意义上服从某一分布规律，利用这种性质可以减少表示图像的数据量。