淺談影像數據庫的數據壓縮

摘要：遙感技術的發展需要以強大的影像數據庫來作為基礎，這就為海量影像數據庫系統的發展奠定了基礎。本文就影像數據庫的數據壓縮中的算法選擇、ECW算法的實現及其優越性、影像建庫的方式作初步探究。

關鍵詞：影像數據庫；數據壓縮；算法選擇；ECW；算法；建庫方式

現代遙感技術的高速發展使遙感影像呈幾何級形式遞增，從一開始的MB數量級到現在的GB級，甚至是TB級，如何解決數據的壓縮問題，這對遙感技術的發展無疑意義重大。

一、壓縮算法的選擇

傳統的Shannon2Fano、 JPEG、LZW等影像壓縮技術在壓縮比例、速度和海量管理方面已經不能適應遙感技術的應用發展，小波分析理論則為遙感技術的發展奠定了基礎。如Australia的Resource Mapping開發的Enhanced Compressed Wavelet就在壓縮率、速度、編碼、速度、比例等方面有了新的發展。ECW技術最大的優點利用多種壓縮編碼，能將不同圖像進行最優的編碼方法進行。

二、ECW算法的實現

ECW以二維離散小波變換圖像進行編碼，二維離散小波變換能將圖像進行多尺度分解、多尺度分析，擁有高壓縮比、解壓后圖像視覺效果優的特點。這就使得ECW在壓縮處理尺寸大、分辨率高、數據量龐大的遙感圖像方面具有了廣泛的應用性。

三、影像建庫的方式

1、影像數據分塊

影像數據的分塊其實就是一個解構的過程，將一副較大影像分解成多個小的影像，這樣就減少了讀盤的時間，但與此同時，讀取次數就增加了。相對于CPU的速度而言，硬盤 I/O的速度無法滿足影像的分塊速度要求，這就會出現一個問題，數據塊如果過大，網絡傳輸壓力自然加大；相反地，如果數據塊過小，又會因頻繁的加載或索引而導致開銷加大。如此，數據分塊便得到了“施展才華”的機會，如果利用影像數據的分塊技術來進行，就可避免那種從左到右、自上而下的切割，直接將需要的數據讀入到內存中進行處理即可。

2、影像金字塔

在影像處理中，系統先要將原始圖像生成多級別的影像金字塔，這樣才能保證圖像的實時縮放顯示速度，達到快速獲取分辨率的圖像信息的目的。影像按分辨率分級儲存和管理，底層分辨率高、數據量大、厄爾高層則相反，如此，分辨率不同的遙感影像就形成了金字塔結構。

影像數據庫采用影像金字塔來進行建庫，就利用對影像的組織、儲存和管理，實現了跨分辨率的瀏覽和索引。

影像金字塔的建立一般有兩種：一是在原始影像塊數據基礎上，依次遍歷相鄰的四個影像塊，然后對四個影像塊進行動態的拼接后重采樣建構成一級金字塔數據，再逐次類推建立多分辨率的金字塔。其二是在影像分塊時進行建構金子塔，按照影像塊大小的兩倍數進行遞增的方式對原始影像進行分割，直到分割到最高層和最底層的影像塊大小一致時為止。

3、線性四叉樹索引

四叉樹結構是一種每個非葉子節點最多只有四個分支的樹型結構那么如何來判斷四個孩子節點是否相等，代碼如class QuadTreeCode{public:

vector m_Numbers;/*判斷兩個四叉樹碼是否相等*/

bool operator =( QuadTreeCode& tempTree )

{if ( m_Numbers.size()!=tempTree.m_Numbers.size() )

{ return false; }else{for ( int i=0; i

{if ( m_Numbers[i]!=tempTree.m_Numbers[i]){ return false; } }}

return true; { int GetLength(){return m_Numbers.size();}

int operator[](int Index){return m_Numbers[Index]; }}; }}

（備注：如果要進行代碼運行測試，請按代碼編排方式進行代碼的格式調整，例如：空格、換行等。）

由于影像采用的倍率是2，那么，影像金字塔就可用四叉樹結構進行儲存管理。

四、ECW的優越性

1、圖像質量和壓縮率

首先是ECW采用DWT的局部變換，智能最優編碼選擇策略保證了它的高壓縮比，讓解壓圖像和原始圖像之間效果相當；其次是ECW的壓縮率可以按用途進行自定義設計；其三是壓縮合適能具有多種選擇性；最后是影像的相關信息也可以被壓縮。

2、多分辨率與解壓縮的可選擇性

ECW不但能實現遙感影像的快速縮放漫游，還能對不同分辨率的圖像I/ O 設備和不同的傳輸速率的通信系統適應。實現了解壓的可選擇性，速度快捷。

3、無限制壓縮和無縫壓縮

由于ECW采用遞歸算法管道技術進行數據壓縮，壓縮過程不受內存空間、圖像大小、和格式的限制，從而實現了對影像數據的無限制壓縮；ECW在壓縮過程中的同時壓縮和鑲嵌壓縮技術讓ECW實現了無縫壓縮，保證了圖像的質量。

參考文獻：

[1]龔劬.小波的設計與圖像壓縮新方法研究[D].重慶大學，2002.

[2]姜鳳嬌.基于小波零樹編碼的遙感圖像壓縮研究[D].大連海事大學，2006.

[3]邱玉寶,胡光道.ECW壓縮技術在高分辨率遙感圖像壓縮與分發中的應用[J].遙感技術與應用，2007.

（作者簡介：王珺，武漢紡織大學數學與計算機學院，數字媒體專業。）