圖像有損壓縮與無損壓縮的對比分析

林曉宇

摘 要：伴隨著科技的發展，在多媒體壓縮范疇內，人們通過對信號源建模表達認識的不斷深化，進而使壓縮技術得到了更大的發展。圖像的編碼與壓縮的目的就是對圖像數據按一定的規則進行變換和組合，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。本文系統總結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、圖像有損壓縮的優點

有損壓縮方法的一個優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，同時又能滿足系統的需要。當用戶得到有損壓縮文件的時候，譬如為了節省下載時間，解壓文件與原始文件在數據位的層面上看可能會大相徑庭，但是對于多數實用目的來說，人耳或者人眼并不能分辨出二者之間的區別。有損方法經常用于壓縮聲音、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量下降情況下實現10：1的壓縮比，視頻能夠在稍微觀察質量下降的情況下實現如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，某些數據被有意地刪除了，而被取消的數據也不再恢復。

二、圖像有損壓縮的缺點

有損靜態圖像壓縮經常如音頻那樣，能夠得到原始大小的1/10，但是無可否認，利用有損壓縮技術是會影響圖像質量，尤其是在仔細觀察的時候，質量下降更加明顯。另外，如果使用了有損壓縮的圖像僅在屏幕上顯示，可能對圖像質量影響不太大，至少對于人類眼睛的識別程度來說區別不大，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。可是，如果要把一幅經過有損壓縮技術處理的圖像用高分辨率打印機打印出來，那么圖像質量就會有明顯的受損痕跡。

三、圖像無損壓縮的優點

無損壓縮格式就如同用Zip壓縮文件一樣，能100%的保存WAV文件的全部數據，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）有著音質高，不受信號源的影響的優勢。而有損壓縮格式由于其先天的設計（需要丟失一部分信號），所以音質再好，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范圍大的音樂時，其音質表現不盡人意。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換。無損壓縮格式可以很方便地還原成WAV，還能直接轉壓縮成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換，而不會丟失任何數據。因為有損壓縮格式的二次編碼（從一種有損格式轉換成另一種有損格式，或者格式不變而調整比特率）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。

從本質上看，無損壓縮的方法可以刪除一些重復數據，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的顏色信息填充進來。如果要減少圖像占用內存的容量，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計概率的方法和基于字典的技術。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測編碼方法和變換編碼方法，通過減少像素之間的聯系，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當優先選用無損壓縮。

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的編碼技術，由于像素之間的聯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性進行的數據壓縮，并且不損失原信息的內容，能夠準確無誤地重現原始數字波形數據，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據的信息，所以這種壓縮是不可逆的。

八、結語

從本文的總結不難發現，對于如繪制的技術圖、圖表或者漫畫優先使用無損壓縮，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。