時間：2022-06-16 21:20:58
序論：在您撰寫壓縮技術論文時，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導您走向新的創(chuàng)作高度。
關鍵詞：數(shù)字圖像；圖像壓縮；壓縮技術；任意形狀可視對象編碼
Abstract:Digitalimagecompressiontechnologyisofspecialintrestforthefasttransmissionandreal-timeprocesssingofdigitalimageinformationontheinternet.Thepaperintroducesseveralkindsofthemostimportantimagecompressionalgorithmsatpresent:JPEG,JPEG2000,fractalimagecompressionandwavelettransformationimagecompression,andsummarizestheiradvantageanddisadvantageanddevelopmentprospect.Thenitintroducessimplythepresentdevelopmentofcodingalgorithmsaboutarbitraryshapevideoobject,andindicatesthealgorithmshaveahighcompressionrate.
Keyword:Digitalimage;Imagecompression;Compresstechnique;Arbitraryshapevisibleobjectcode
一、引言
隨著多媒體技術和通訊技術的不斷發(fā)展，多媒體娛樂、信息高速公路等不斷對信息數(shù)據(jù)的存儲和傳輸提出了更高的要求，也給現(xiàn)有的有限帶寬以嚴峻的考驗，特別是具有龐大數(shù)據(jù)量的數(shù)字圖像通信，更難以傳輸和存儲，極大地制約了圖像通信的發(fā)展，因此圖像壓縮技術受到了越來越多的關注。圖像壓縮的目的就是把原來較大的圖像用盡量少的字節(jié)表示和傳輸，并且要求復原圖像有較好的質量。利用圖像壓縮，可以減輕圖像存儲和傳輸?shù)呢摀?，使圖像在網絡上實現(xiàn)快速傳輸和實時處理。
圖像壓縮編碼技術可以追溯到1948年提出的電視信號數(shù)字化，到今天已經有50多年的歷史了[1]。在此期間出現(xiàn)了很多種圖像壓縮編碼方法，特別是到了80年代后期以后，由于小波變換理論，分形理論，人工神經網絡理論，視覺仿真理論的建立，圖像壓縮技術得到了前所未有的發(fā)展，其中分形圖像壓縮和小波圖像壓縮是當前研究的熱點。本文對當前最為廣泛使用的圖像壓縮算法進行綜述，討論了它們的優(yōu)缺點以及發(fā)展前景。
二、JPEG壓縮
負責開發(fā)靜止圖像壓縮標準的“聯(lián)合圖片專家組”（JointPhotographicExpertGroup,簡稱JPEG），于1989年1月形成了基于自適應DCT的JPEG技術規(guī)范的第一個草案，其后多次修改，至1991年形成ISO10918國際標準草案，并在一年后成為國際標準，簡稱JPEG標準。
1．JPEG壓縮原理及特點
JPEG算法中首先對圖像進行分塊處理，一般分成互不重疊的大小的塊，再對每一塊進行二維離散余弦變換（DCT）。變換后的系數(shù)基本不相關，且系數(shù)矩陣的能量集中在低頻區(qū)，根據(jù)量化表進行量化，量化的結果保留了低頻部分的系數(shù)，去掉了高頻部分的系數(shù)。量化后的系數(shù)按zigzag掃描重新組織，然后進行哈夫曼編碼。JPEG的特點如下：
優(yōu)點：（1）形成了國際標準；（2）具有中端和高端比特率上的良好圖像質量。
缺點：（1）由于對圖像進行分塊，在高壓縮比時產生嚴重的方塊效應；（2）系數(shù)進行量化，是有損壓縮；（3）壓縮比不高，小于50[2]。
JPEG壓縮圖像出現(xiàn)方塊效應的原因是：一般情況下圖像信號是高度非平穩(wěn)的，很難用Gauss過程來刻畫，并且圖像中的一些突變結構例如邊緣信息遠比圖像平穩(wěn)性重要，用余弦基作圖像信號的非線性逼近其結果不是最優(yōu)的[3]。
2．JPEG壓縮的研究狀況及其前景[2]
針對JPEG在高壓縮比情況下，產生方塊效應，解壓圖像較差，近年來提出了不少改進方法，最有效的是下面的兩種方法：
（1）DCT零樹編碼
DCT零樹編碼把DCT塊中的系數(shù)組成log2N個子帶，然后用零樹編碼方案進行編碼。在相同壓縮比的情況下，其PSNR的值比EZW高。但在高壓縮比的情況下，方塊效應仍是DCT零樹編碼的致命弱點。
（2）層式DCT零樹編碼
此算法對圖像作的DCT變換，將低頻塊集中起來，做反DCT變換；對新得到的圖像做相同變換，如此下去，直到滿足要求為止。然后對層式DCT變換及零樹排列過的系數(shù)進行零樹編碼。
JPEG壓縮的一個最大問題就是在高壓縮比時產生嚴重的方塊效應，因此在今后的研究中，應重點解決DCT變換產生的方塊效應，同時考慮與人眼視覺特性相結合進行壓縮。
三、JEPG2000壓縮
JPEG2000是由ISO/IECJTCISC29標準化小組負責制定的全新靜止圖像壓縮標準。一個最大改進是它采用小波變換代替了余弦變換。2000年3月的東京會議，確定了彩色靜態(tài)圖像的新一代編碼方式—JPEG2000圖像壓縮標準的編碼算法。
1．JPEG2000壓縮原理及特點
JPEG2000編解碼系統(tǒng)的編碼器和解碼器的框圖如圖1所示[4]。
編碼過程主要分為以下幾個過程：預處理、核心處理和位流組織。預處理部分包括對圖像分片、直流電平（DC）位移和分量變換。核心處理部分由離散小波變換、量化和熵編碼組成。位流組織部分則包括區(qū)域劃分、碼塊、層和包的組織。
JPEG2000格式的圖像壓縮比，可在現(xiàn)在的JPEG基礎上再提高10%~30%，而且壓縮后的圖像顯得更加細膩平滑。對于目前的JPEG標準，在同一個壓縮碼流中不能同時提供有損和無損壓縮，而在JPEG2000系統(tǒng)中，通過選擇參數(shù)，能夠對圖像進行有損和無損壓縮。現(xiàn)在網絡上的JPEG圖像下載時是按“塊”傳輸?shù)?，而JPEG2000格式的圖像支持漸進傳輸，這使用戶不必接收整個圖像的壓縮碼流。由于JPEG2000采用小波技術，可隨機獲取某些感興趣的圖像區(qū)域（ROI）的壓縮碼流，對壓縮的圖像數(shù)據(jù)進行傳輸、濾波等操作[4]。
圖1JPEG2000壓縮編碼與解壓縮的總體流程
2．JPEG2000壓縮的前景
JPEG2000標準適用于各種圖像的壓縮編碼。其應用領域將包括Internet、傳真、打印、遙感、移動通信、醫(yī)療、數(shù)字圖書館和電子商務等[5]。JPEG2000圖像壓縮標準將成為21世紀的主流靜態(tài)圖像壓縮標準。
四、小波變換圖像壓縮
1．小波變換圖像壓縮原理
小波變換用于圖像編碼的基本思想就是把圖像根據(jù)Mallat塔式快速小波變換算法進行多分辨率分解。其具體過程為：首先對圖像進行多級小波分解，然后對每層的小波系數(shù)進行量化，再對量化后的系數(shù)進行編碼。小波圖像壓縮是當前圖像壓縮的熱點之一，已經形成了基于小波變換的國際壓縮標準，如MPEG-4標準，及如上所述的JPEG2000標準[2]。
2．小波變換圖像壓縮的發(fā)展現(xiàn)狀及前景
目前3個最高等級的小波圖像編碼分別是嵌入式小波零樹圖像編碼（EZW），分層樹中分配樣本圖像編碼（SPIHT）和可擴展圖像壓縮編碼（EBCOT）。
（1）EZW編碼器[6]
1993年，Shapiro引入了小波“零樹”的概念，通過定義POS、NEG、IZ和ZTR四種符號進行空間小波樹遞歸編碼，有效地剔除了對高頻系數(shù)的編碼，極大地提高了小波系數(shù)的編碼效率。此算法采用漸進式量化和嵌入式編碼模式，算法復雜度低。EZW算法打破了信息處理領域長期篤信的準則：高效的壓縮編碼器必須通過高復雜度的算法才能獲得，因此EZW編碼器在數(shù)據(jù)壓縮史上具有里程碑意義。
（2）EBCOT編碼器[8]
優(yōu)化截斷點的嵌入塊編碼方法（EBCOT）首先將小波分解的每個子帶分成一個個相對獨立的碼塊，然后使用優(yōu)化的分層截斷算法對這些碼塊進行編碼，產生壓縮碼流，結果圖像的壓縮碼流不僅具有SNR可擴展而且具有分辨率可擴展，還可以支持圖像的隨機存儲。比較而言，EBCOT算法的復雜度較EZW和SPIHT有所提高，其壓縮性能比SPIHT略有提高。
小波圖像壓縮被認為是當前最有發(fā)展前途的圖像壓縮算法之一。小波圖像壓縮的研究集中在對小波系數(shù)的編碼問題上。在以后的工作中，應充分考慮人眼視覺特性，進一步提高壓縮比，改善圖像質量。并且考慮將小波變換與其他壓縮方法相結合。例如與分形圖像壓縮相結合是當前的一個研究熱點[2]。
（3）SPIHT編碼器[7]
由Said和Pearlman提出的分層小波樹集合分割算法（SPIHT）則利用空間樹分層分割方法，有效地減小了比特面上編碼符號集的規(guī)模。同EZW相比，SPIHT算法構造了兩種不同類型的空間零樹，更好地利用了小波系數(shù)的幅值衰減規(guī)律。同EZW編碼器一樣，SPIHT編碼器的算法復雜度低，產生的也是嵌入式比特流，但編碼器的性能較EZW有很大的提高。
五、分形圖像壓縮
1988年，Barnsley通過實驗證明分形圖像壓縮可以得到比經典圖像編碼技術高幾個數(shù)量級的壓縮比。1990年，Barnsley的學生A.E.Jacquin提出局部迭代函數(shù)系統(tǒng)理論后，使分形用于圖像壓縮在計算機上自動實現(xiàn)成為可能。
1．分形圖像壓縮的原理
分形壓縮主要利用自相似的特點，通過迭代函數(shù)系統(tǒng)（IteratedFunctionSystem,IFS）實現(xiàn)。其理論基礎是迭代函數(shù)系統(tǒng)定理和拼貼定理。
分形圖像壓縮把原始圖像分割成若干個子圖像，然后每一個子圖像對應一個迭代函數(shù)，子圖像以迭代函數(shù)存儲，迭代函數(shù)越簡單，壓縮比也就越大。同樣解碼時只要調出每一個子圖像對應的迭代函數(shù)反復迭代，就可以恢復出原來的子圖像，從而得到原始圖像[9]。
2．幾種主要分形圖像編碼技術[9]
隨著分形圖像壓縮技術的發(fā)展，越來越多的算法被提出，基于分形的不同特征，可以分成以下幾種主要的分形圖像編碼方法。
（1）尺碼編碼方法
尺碼編碼方法是基于分形幾何中利用小尺度度量不規(guī)則曲線長度的方法，類似于傳統(tǒng)的亞取樣和內插方法，其主要不同之處在于尺度編碼方法中引入了分形的思想，尺度隨著圖像各個組成部分復雜性的不同而改變。
（2）迭代函數(shù)系統(tǒng)方法
迭代函數(shù)系統(tǒng)方法是目前研究最多、應用最廣泛的一種分形壓縮技術，它是一種人機交互的拼貼技術，它基于自然界圖像中普遍存在的整體和局部自相關的特點，尋找這種自相關映射關系的表達式，即仿射變換，并通過存儲比原圖像數(shù)據(jù)量小的仿射系數(shù)，來達到壓縮的目的。如果尋得的仿射變換簡單而有效，那么迭代函數(shù)系統(tǒng)就可以達到極高的壓縮比。
（3）A-E-Jacquin的分形方案
A-E-Jacquin的分形方案是一種全自動的基于塊的分形圖像壓縮方案，它也是一個尋找映射關系的過程，但尋找的對象域是將圖像分割成塊之后的局部與局部的關系。在此方案中還有一部分冗余度可以去除，而且其解碼圖像中存在著明顯的方塊效應。
3．分形圖像壓縮的前景[2]
雖然分形圖像壓縮在圖像壓縮領域還不占主導地位，但是分形圖像壓縮既考慮局部與局部，又考慮局部與整體的相關性，適合于自相似或自仿射的圖像壓縮，而自然界中存在大量的自相似或自仿射的幾何形狀，因此它的適用范圍很廣。
六、其它壓縮算法
除了以上幾種常用的圖像壓縮方法以外，還有：NNT（數(shù)論變換）壓縮、基于神經網絡的壓縮方法、Hibert掃描圖像壓縮方法、自適應多相子帶壓縮方法等，在此不作贅述。下面簡單介紹近年來任意形狀紋理編碼的幾種算法[10]~[13]。
（1）形狀自適應DCT（SA-DCT）算法
SA-DCT把一個任意形狀可視對象分成的圖像塊，對每塊進行DCT變換，它實現(xiàn)了一個類似于形狀自適應GilgeDCT[10][11]變換的有效變換，但它比GilgeDCT變換的復雜度要低?？墒?，SA-DCT也有缺點，它把像素推到與矩形邊框的一個側邊相平齊，因此一些空域相關性可能丟失，這樣再進行列DCT變換，就有較大的失真了[11][14][15]。
（2）形狀自適應離散小波變換（SA-DWT）
Li等人提出了一種新穎的任意形狀對象編碼，SA-DWT編碼[18]~[22]。這項技術包括SA-DWT和零樹熵編碼的擴展（ZTE），以及嵌入式小波編碼（EZW）。SA-DWT的特點是：經過SA-DWT之后的系數(shù)個數(shù)，同原任意形狀可視對象的像素個數(shù)相同；小波變換的空域相關性、區(qū)域屬性以及子帶之間的自相似性，在SA-DWT中都能很好表現(xiàn)出來；對于矩形區(qū)域，SA-DWT與傳統(tǒng)的小波變換一樣。SA-DWT編碼技術的實現(xiàn)已經被新的多媒體編碼標準MPEG-4的對于任意形狀靜態(tài)紋理的編碼所采用。
在今后的工作中，可以充分地利用人類視覺系統(tǒng)對圖像邊緣部分較敏感的特性，嘗試將圖像中感興趣的對象分割出來，對其邊緣部分、內部紋理部分和對象之外的背景部分按不同的壓縮比進行壓縮，這樣可以使壓縮圖像達到更大的壓縮比，更加便于傳輸。
（3）Egger方法
Egger等人[16][17]提出了一個應用于任意形狀對象的小波變換方案。在此方案中，首先將可視對象的行像素推到與邊界框的右邊界相平齊的位置，然后對每行的有用像素進行小波變換，接下來再進行另一方向的小波變換。此方案，充分利用了小波變換的局域特性。然而這一方案也有它的問題，例如可能引起重要的高頻部分同邊界部分合并，不能保證分布系數(shù)彼此之間有正確的相同相位，以及可能引起第二個方向小波分解的不連續(xù)等。
七、總結
圖像壓縮技術研究了幾十年，取得了很大的成績，但還有許多不足，值得我們進一步研究。小波圖像壓縮和分形圖像壓縮是當前研究的熱點，但二者也有各自的缺點，在今后工作中，應與人眼視覺特性相結合?？傊?，圖像壓縮是一個非常有發(fā)展前途的研究領域，這一領域的突破對于我們的信息生活和通信事業(yè)的發(fā)展具有深遠的影響。
參考文獻：
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[2]張海燕,王東木等.圖像壓縮技術[J].系統(tǒng)仿真學報,2002,14(7)：831-835.
[3]張宗平,劉貴忠.基于小波的視頻圖像壓縮研究進展[J].電子學報,2002,30(6)：883-889.
[4]周寧,湯曉軍,徐維樸.JPEG2000圖像壓縮標準及其關鍵算法[J].現(xiàn)代電子技術,2002,(12)：1-5.
[5]吳永輝,俞建新.JPEG2000圖像壓縮算法概述及網絡應用前景[J].計算機工程,2003,29(3)：7-10.
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[9]徐林靜,孟利民,朱建軍.小波與分行在圖像壓縮中的比較及應用.中國有線電視,2003,03/04：26-29.
[10]MGilge,TEngelhardt,RMehlan.Codingofarbitrarilyshapedimagesegmentsbasedonageneralizedorthogonaltransform[J].SignalProcessing:ImageCommun.,1989,1(10):153–180.
[11]TSikora,BMakai.Shape-adaptiveDCTforgenericcodingofvideo[J].IEEETrans.CircuitsSyst.VideoTechnol.,1995,5(1):59–62.
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[18]SLi,WLi,etal.Shapeadaptivevectorwaveletcodingofarbitrarilyshapedtexture[S].ISO/IECJTC/SC29/WG11,MPEG-96-m1027,1996.
[19]WLi,FLing,HSun.ReportoncoreexperimentO3(Shapeadaptivewaveletcodingofarbitrarilyshapedtexture)[S].ISO/IECJTC/SC29/WG11,MPEG-97-m2385,1997.
[20]SLi,WLi.Shapeadaptivediscretewavelettransformforcodingarbitrarilyshapedtexture[C].Proc.SPIEVCIP’97,1997,3024:1046–1056.
關鍵詞：數(shù)字圖像；圖像壓縮；壓縮技術；任意形狀可視對象編碼
Abstract:Digitalimagecompressiontechnologyisofspecialintrestforthefasttransmissionandreal-timeprocesssingofdigitalimageinformationontheinternet.Thepaperintroducesseveralkindsofthemostimportantimagecompressionalgorithmsatpresent:JPEG,JPEG2000,fractalimagecompressionandwavelettransformationimagecompression,andsummarizestheiradvantageanddisadvantageanddevelopmentprospect.Thenitintroducessimplythepresentdevelopmentofcodingalgorithmsaboutarbitraryshapevideoobject,andindicatesthealgorithmshaveahighcompressionrate.
Keyword:Digitalimage;Imagecompression;Compresstechnique;Arbitraryshapevisibleobjectcode
一、引言
隨著多媒體技術和通訊技術的不斷發(fā)展，多媒體娛樂、信息高速公路等不斷對信息數(shù)據(jù)的存儲和傳輸提出了更高的要求，也給現(xiàn)有的有限帶寬以嚴峻的考驗，特別是具有龐大數(shù)據(jù)量的數(shù)字圖像通信，更難以傳輸和存儲，極大地制約了圖像通信的發(fā)展，因此圖像壓縮技術受到了越來越多的關注。圖像壓縮的目的就是把原來較大的圖像用盡量少的字節(jié)表示和傳輸，并且要求復原圖像有較好的質量。利用圖像壓縮，可以減輕圖像存儲和傳輸?shù)呢摀箞D像在網絡上實現(xiàn)快速傳輸和實時處理。
圖像壓縮編碼技術可以追溯到1948年提出的電視信號數(shù)字化，到今天已經有50多年的歷史了[1]。在此期間出現(xiàn)了很多種圖像壓縮編碼方法，特別是到了80年代后期以后，由于小波變換理論，分形理論，人工神經網絡理論，視覺仿真理論的建立，圖像壓縮技術得到了前所未有的發(fā)展，其中分形圖像壓縮和小波圖像壓縮是當前研究的熱點。本文對當前最為廣泛使用的圖像壓縮算法進行綜述，討論了它們的優(yōu)缺點以及發(fā)展前景。
二、JPEG壓縮
負責開發(fā)靜止圖像壓縮標準的“聯(lián)合圖片專家組”（JointPhotographicExpertGroup,簡稱JPEG），于1989年1月形成了基于自適應DCT的JPEG技術規(guī)范的第一個草案，其后多次修改，至1991年形成ISO10918國際標準草案，并在一年后成為國際標準，簡稱JPEG標準。
1．JPEG壓縮原理及特點
JPEG算法中首先對圖像進行分塊處理，一般分成互不重疊的大小的塊，再對每一塊進行二維離散余弦變換（DCT）。變換后的系數(shù)基本不相關，且系數(shù)矩陣的能量集中在低頻區(qū)，根據(jù)量化表進行量化，量化的結果保留了低頻部分的系數(shù)，去掉了高頻部分的系數(shù)。量化后的系數(shù)按zigzag掃描重新組織，然后進行哈夫曼編碼。JPEG的特點如下：
優(yōu)點：（1）形成了國際標準；（2）具有中端和高端比特率上的良好圖像質量。
缺點：（1）由于對圖像進行分塊，在高壓縮比時產生嚴重的方塊效應；（2）系數(shù)進行量化，是有損壓縮；（3）壓縮比不高，小于50[2]。
JPEG壓縮圖像出現(xiàn)方塊效應的原因是：一般情況下圖像信號是高度非平穩(wěn)的，很難用Gauss過程來刻畫，并且圖像中的一些突變結構例如邊緣信息遠比圖像平穩(wěn)性重要，用余弦基作圖像信號的非線性逼近其結果不是最優(yōu)的[3]。
2．JPEG壓縮的研究狀況及其前景[2]
針對JPEG在高壓縮比情況下，產生方塊效應，解壓圖像較差，近年來提出了不少改進方法，最有效的是下面的兩種方法：
（1）DCT零樹編碼
DCT零樹編碼把DCT塊中的系數(shù)組成log2N個子帶，然后用零樹編碼方案進行編碼。在相同壓縮比的情況下，其PSNR的值比EZW高。但在高壓縮比的情況下，方塊效應仍是DCT零樹編碼的致命弱點。
（2）層式DCT零樹編碼
此算法對圖像作的DCT變換，將低頻塊集中起來，做反DCT變換；對新得到的圖像做相同變換，如此下去，直到滿足要求為止。然后對層式DCT變換及零樹排列過的系數(shù)進行零樹編碼。
JPEG壓縮的一個最大問題就是在高壓縮比時產生嚴重的方塊效應，因此在今后的研究中，應重點解決DCT變換產生的方塊效應，同時考慮與人眼視覺特性相結合進行壓縮。
三、JEPG2000壓縮
JPEG2000是由ISO/IECJTCISC29標準化小組負責制定的全新靜止圖像壓縮標準。一個最大改進是它采用小波變換代替了余弦變換。2000年3月的東京會議，確定了彩色靜態(tài)圖像的新一代編碼方式—JPEG2000圖像壓縮標準的編碼算法。
1．JPEG2000壓縮原理及特點
JPEG2000編解碼系統(tǒng)的編碼器和解碼器的框圖如圖1所示[4]。
編碼過程主要分為以下幾個過程：預處理、核心處理和位流組織。預處理部分包括對圖像分片、直流電平（DC）位移和分量變換。核心處理部分由離散小波變換、量化和熵編碼組成。位流組織部分則包括區(qū)域劃分、碼塊、層和包的組織。
JPEG2000格式的圖像壓縮比，可在現(xiàn)在的JPEG基礎上再提高10%~30%，而且壓縮后的圖像顯得更加細膩平滑。對于目前的JPEG標準，在同一個壓縮碼流中不能同時提供有損和無損壓縮，而在JPEG2000系統(tǒng)中，通過選擇參數(shù)，能夠對圖像進行有損和無損壓縮?，F(xiàn)在網絡上的JPEG圖像下載時是按“塊”傳輸?shù)?，而JPEG2000格式的圖像支持漸進傳輸，這使用戶不必接收整個圖像的壓縮碼流。由于JPEG2000采用小波技術，可隨機獲取某些感興趣的圖像區(qū)域（ROI）的壓縮碼流，對壓縮的圖像數(shù)據(jù)進行傳輸、濾波等操作[4]。
圖1JPEG2000壓縮編碼與解壓縮的總體流程
2．JPEG2000壓縮的前景
JPEG2000標準適用于各種圖像的壓縮編碼。其應用領域將包括Internet、傳真、打印、遙感、移動通信、醫(yī)療、數(shù)字圖書館和電子商務等[5]。JPEG2000圖像壓縮標準將成為21世紀的主流靜態(tài)圖像壓縮標準。
四、小波變換圖像壓縮
1．小波變換圖像壓縮原理
小波變換用于圖像編碼的基本思想就是把圖像根據(jù)Mallat塔式快速小波變換算法進行多分辨率分解。其具體過程為：首先對圖像進行多級小波分解，然后對每層的小波系數(shù)進行量化，再對量化后的系數(shù)進行編碼。小波圖像壓縮是當前圖像壓縮的熱點之一，已經形成了基于小波變換的國際壓縮標準，如MPEG-4標準，及如上所述的JPEG2000標準[2]。
2．小波變換圖像壓縮的發(fā)展現(xiàn)狀及前景
目前3個最高等級的小波圖像編碼分別是嵌入式小波零樹圖像編碼（EZW），分層樹中分配樣本圖像編碼（SPIHT）和可擴展圖像壓縮編碼（EBCOT）。
（1）EZW編碼器[6]
1993年，Shapiro引入了小波“零樹”的概念，通過定義POS、NEG、IZ和ZTR四種符號進行空間小波樹遞歸編碼，有效地剔除了對高頻系數(shù)的編碼，極大地提高了小波系數(shù)的編碼效率。此算法采用漸進式量化和嵌入式編碼模式，算法復雜度低。EZW算法打破了信息處理領域長期篤信的準則：高效的壓縮編碼器必須通過高復雜度的算法才能獲得，因此EZW編碼器在數(shù)據(jù)壓縮史上具有里程碑意義。
（2）EBCOT編碼器[8]
優(yōu)化截斷點的嵌入塊編碼方法（EBCOT）首先將小波分解的每個子帶分成一個個相對獨立的碼塊，然后使用優(yōu)化的分層截斷算法對這些碼塊進行編碼，產生壓縮碼流，結果圖像的壓縮碼流不僅具有SNR可擴展而且具有分辨率可擴展，還可以支持圖像的隨機存儲。比較而言，EBCOT算法的復雜度較EZW和SPIHT有所提高，其壓縮性能比SPIHT略有提高。
小波圖像壓縮被認為是當前最有發(fā)展前途的圖像壓縮算法之一。小波圖像壓縮的研究集中在對小波系數(shù)的編碼問題上。在以后的工作中，應充分考慮人眼視覺特性，進一步提高壓縮比，改善圖像質量。并且考慮將小波變換與其他壓縮方法相結合。例如與分形圖像壓縮相結合是當前的一個研究熱點[2]。
（3）SPIHT編碼器[7]
由Said和Pearlman提出的分層小波樹集合分割算法（SPIHT）則利用空間樹分層分割方法，有效地減小了比特面上編碼符號集的規(guī)模。同EZW相比，SPIHT算法構造了兩種不同類型的空間零樹，更好地利用了小波系數(shù)的幅值衰減規(guī)律。同EZW編碼器一樣，SPIHT編碼器的算法復雜度低，產生的也是嵌入式比特流，但編碼器的性能較EZW有很大的提高。
五、分形圖像壓縮
1988年，Barnsley通過實驗證明分形圖像壓縮可以得到比經典圖像編碼技術高幾個數(shù)量級的壓縮比。1990年，Barnsley的學生A.E.Jacquin提出局部迭代函數(shù)系統(tǒng)理論后，使分形用于圖像壓縮在計算機上自動實現(xiàn)成為可能。
1．分形圖像壓縮的原理
分形壓縮主要利用自相似的特點，通過迭代函數(shù)系統(tǒng)（IteratedFunctionSystem,IFS）實現(xiàn)。其理論基礎是迭代函數(shù)系統(tǒng)定理和拼貼定理。
分形圖像壓縮把原始圖像分割成若干個子圖像，然后每一個子圖像對應一個迭代函數(shù)，子圖像以迭代函數(shù)存儲，迭代函數(shù)越簡單，壓縮比也就越大。同樣解碼時只要調出每一個子圖像對應的迭代函數(shù)反復迭代，就可以恢復出原來的子圖像，從而得到原始圖像[9]。
2．幾種主要分形圖像編碼技術[9]
隨著分形圖像壓縮技術的發(fā)展，越來越多的算法被提出，基于分形的不同特征，可以分成以下幾種主要的分形圖像編碼方法。
（1）尺碼編碼方法
尺碼編碼方法是基于分形幾何中利用小尺度度量不規(guī)則曲線長度的方法，類似于傳統(tǒng)的亞取樣和內插方法，其主要不同之處在于尺度編碼方法中引入了分形的思想，尺度隨著圖像各個組成部分復雜性的不同而改變。
（2）迭代函數(shù)系統(tǒng)方法
迭代函數(shù)系統(tǒng)方法是目前研究最多、應用最廣泛的一種分形壓縮技術，它是一種人機交互的拼貼技術，它基于自然界圖像中普遍存在的整體和局部自相關的特點，尋找這種自相關映射關系的表達式，即仿射變換，并通過存儲比原圖像數(shù)據(jù)量小的仿射系數(shù)，來達到壓縮的目的。如果尋得的仿射變換簡單而有效，那么迭代函數(shù)系統(tǒng)就可以達到極高的壓縮比。
（3）A-E-Jacquin的分形方案
A-E-Jacquin的分形方案是一種全自動的基于塊的分形圖像壓縮方案，它也是一個尋找映射關系的過程，但尋找的對象域是將圖像分割成塊之后的局部與局部的關系。在此方案中還有一部分冗余度可以去除，而且其解碼圖像中存在著明顯的方塊效應。
3．分形圖像壓縮的前景[2]
雖然分形圖像壓縮在圖像壓縮領域還不占主導地位，但是分形圖像壓縮既考慮局部與局部，又考慮局部與整體的相關性，適合于自相似或自仿射的圖像壓縮，而自然界中存在大量的自相似或自仿射的幾何形狀，因此它的適用范圍很廣。
六、其它壓縮算法
除了以上幾種常用的圖像壓縮方法以外，還有：NNT（數(shù)論變換）壓縮、基于神經網絡的壓縮方法、Hibert掃描圖像壓縮方法、自適應多相子帶壓縮方法等，在此不作贅述。下面簡單介紹近年來任意形狀紋理編碼的幾種算法[10]~[13]。
（1）形狀自適應DCT（SA-DCT）算法
SA-DCT把一個任意形狀可視對象分成的圖像塊，對每塊進行DCT變換，它實現(xiàn)了一個類似于形狀自適應GilgeDCT[10][11]變換的有效變換，但它比GilgeDCT變換的復雜度要低?？墒?，SA-DCT也有缺點，它把像素推到與矩形邊框的一個側邊相平齊，因此一些空域相關性可能丟失，這樣再進行列DCT變換，就有較大的失真了[11][14][15]。
（2）形狀自適應離散小波變換（SA-DWT）
Li等人提出了一種新穎的任意形狀對象編碼，SA-DWT編碼[18]~[22]。這項技術包括SA-DWT和零樹熵編碼的擴展（ZTE），以及嵌入式小波編碼（EZW）。SA-DWT的特點是：經過SA-DWT之后的系數(shù)個數(shù)，同原任意形狀可視對象的像素個數(shù)相同；小波變換的空域相關性、區(qū)域屬性以及子帶之間的自相似性，在SA-DWT中都能很好表現(xiàn)出來；對于矩形區(qū)域，SA-DWT與傳統(tǒng)的小波變換一樣。SA-DWT編碼技術的實現(xiàn)已經被新的多媒體編碼標準MPEG-4的對于任意形狀靜態(tài)紋理的編碼所采用。
在今后的工作中，可以充分地利用人類視覺系統(tǒng)對圖像邊緣部分較敏感的特性，嘗試將圖像中感興趣的對象分割出來，對其邊緣部分、內部紋理部分和對象之外的背景部分按不同的壓縮比進行壓縮，這樣可以使壓縮圖像達到更大的壓縮比，更加便于傳輸。
（3）Egger方法
Egger等人[16][17]提出了一個應用于任意形狀對象的小波變換方案。在此方案中，首先將可視對象的行像素推到與邊界框的右邊界相平齊的位置，然后對每行的有用像素進行小波變換，接下來再進行另一方向的小波變換。此方案，充分利用了小波變換的局域特性。然而這一方案也有它的問題，例如可能引起重要的高頻部分同邊界部分合并，不能保證分布系數(shù)彼此之間有正確的相同相位，以及可能引起第二個方向小波分解的不連續(xù)等。
七、總結
圖像壓縮技術研究了幾十年，取得了很大的成績，但還有許多不足，值得我們進一步研究。小波圖像壓縮和分形圖像壓縮是當前研究的熱點，但二者也有各自的缺點，在今后工作中，應與人眼視覺特性相結合。總之，圖像壓縮是一個非常有發(fā)展前途的研究領域，這一領域的突破對于我們的信息生活和通信事業(yè)的發(fā)展具有深遠的影響。
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1．1Huffman編碼
哈夫曼編碼是無損壓縮當中最好的方法。它使用預先二進制描述來替換每個符號，長度由特殊符號出現(xiàn)的頻率決定?；镜脑硎菫槊總€符號找到新的二進制表示，從而通常符號使用很少的位，不常見的符號使用較多的位。
1．2LZW壓縮算法
LZW是Lempel—Ziv—Welch的縮寫，主要用于圖像數(shù)據(jù)壓縮．對于簡滑圖像且噪聲小的信號源具有較高的壓縮比，并且其壓縮和解壓縮速度也比較快。
1．3算數(shù)編碼
Huffman編碼解決的是整數(shù)位編碼問題，而這一點有時可能成為一個問題。例如，如果一個字符的概率是1/3，則編碼該字符的最優(yōu)位數(shù)是1.6位左右但Huffman編碼卻必須給代碼指定1位或2位，而無論哪一種選擇都將導致比理論上可能的長度更長的壓縮信息。
1．4PPM數(shù)據(jù)解壓縮算法
PPM(PredictionbyPartialMatching)是一種上下文統(tǒng)計模型技術。它根據(jù)輸入字符串中一定長度的上下文后面字符出現(xiàn)的次數(shù)，得出每個上下文的預測概率，然后利用多個上下文模型來得出輸入字符出現(xiàn)的概率，最后根據(jù)該概率用算術編碼對該字符進行編碼。根據(jù)最近輸入的字符，來預測即將輸入的下一個字符，可以達到數(shù)據(jù)壓縮的目的。PPM就是利用了這種方法。利用最近輸入的幾個字符(叫做上下文模型)，來預測下一個字符。其中，上下文模型的長度k可以從0到已輸入字符的最大長度k不等。對于k長度的上下文模型來說，首先要計算在已輸入字符串中，每個k長度的子串后面不同的字符出現(xiàn)的次數(shù)，然后可以得到該上下文模型的預測概率。預測概率主要用于計算在該上下文模型后面輸入字符出現(xiàn)的概率，以便于用算術編碼對該字字符進行編碼。這樣每個不同長度的上下文模型可以得到相應的預測概率。因為每個模型具有不同的k值。在計算輸入字符出現(xiàn)的概率時，一般都是從最長的模型開始的。對于某個k長度的模型來說，當輸入的字符已經被該上下文模型預測出時，該輸入字符出現(xiàn)的概率就是預測概率。而當一個新字符，也就是說該上下文模型不能預測出的字符出現(xiàn)時，輸入字符出現(xiàn)的概率就無法得到，也就不能對該字符進行編碼。這時，就需要用到”跳轉”(Esc)概率將不同長度上下文模型各自的預測概率聯(lián)系起來。”跳轉”概率就可以將模型從k跳f,lk一1，看k一1長度的模型能不能預測出該字符。如果可以，該字符的概率就是”跳轉”概率k一1模型的預測概率；如果不能，”跳轉”過程將一直進行直到某個模型可以預測出該字符。有了”跳轉”機制以后，某個字符的預測概率就由可以預測出該字符模型和它以前的所有模型中的”跳轉”概率來決定。為了保證無論出現(xiàn)什么字符，最后”跳轉”過程都能結束，最低長度的模型中必須包括字母表中所有的字符。根據(jù)計算”跳轉”概率的方法不同，PPM算法有很多類型，有A，B，C，D，P等形式。
2．詞庫壓縮程序的設計和實現(xiàn)
2．1選擇PPMD算法為詞庫解壓縮算法的依據(jù)
根據(jù)計算”逃避”或“跳轉”概率的方法不同，PPM算法有很多類型，有A，B，C，D，P等形式。PPMD算法在運行時，對內存的要求不是特別高，運行速度比較快。PPMD算法的階數(shù)可以取1-16的階數(shù)。當階數(shù)落在2-3范圍時的壓縮率跟ZIP，BZIP2可比較，階數(shù)在4-6范圍之內時，壓縮率比ZIP,BZIP2快，而且運行速度比ZIP,BZIP2快。在高階數(shù)范圍8-16之內時，PPMD算法各方面的表現(xiàn)極為突出。因此，在此系統(tǒng)的詞庫壓縮程序中使用了PPMD算法，并且把階數(shù)選為16。2．2詞庫壓縮程序的設計設計詞庫壓縮程序思路：使用Dao技術操作數(shù)據(jù)庫。當用戶選擇某數(shù)據(jù)庫時，首先檢查次數(shù)據(jù)庫是否包含名稱為DictTag和Tags的兩個數(shù)據(jù)表。當用戶選擇某個數(shù)據(jù)表時檢查該表是否符合壓縮程序的要求。若不符合，則提示給用戶。選擇好壓縮的數(shù)據(jù)表之后，首先對數(shù)據(jù)進行分析。在分析過程中主要完成單詞和解釋字符串的長度，寫入壓縮文件時使用的數(shù)據(jù)包編號的計算等。壓縮后的詞庫的名稱填寫，源語言和目標語言的選擇，排序規(guī)則的選擇等。其中，排序表必須為Excel文件，而且表的結構也要符合規(guī)定。生成詞庫文件時，首先讀取單詞和單詞的長度和解釋的長度，先把這些寫入文件，然后再把單詞解釋部分壓縮后寫入詞庫文件。
如何利用先進技術解決空壓機組運行中存在的不足，成為亟待解決的問題。具體改造思路如下：（1）將空壓機的人工操作改為計算機操作。（2）利用當前成功的電控技術開發(fā)研制螺桿式空氣壓縮機組聯(lián)鎖控制系統(tǒng)，實現(xiàn)空壓機組的集中控制；各臺空壓機的運行參數(shù)24h實時在線監(jiān)測，實現(xiàn)空壓機異常即報警。（3）利用變頻技術實現(xiàn)壓力穩(wěn)定、恒壓供風，達到節(jié)約電能的目的。（4）1臺變頻器經過切換可拖動4臺空壓機，節(jié)約投資。（5）在完善空氣壓縮機組電控的基礎上，實現(xiàn)空壓機房車間無人值守，安全管理上做到“無人則安、少人則安”。（6）應用集中控制與變頻控制技術，消除空壓機卸荷狀態(tài)的空載運行時間、減少空壓機啟動次數(shù)，達到節(jié)能、降低對設備沖擊的目的。
2技術改造實施方案
空壓機組控制系統(tǒng)如圖1所示，包括工控機（上位機）系統(tǒng)、微機控制系統(tǒng)（集控柜）、壓力、溫度傳感器、高壓變頻控制系統(tǒng)、高壓切換系統(tǒng)等。（1）新建集中控制系統(tǒng)，在空壓機房安裝集中控制柜、監(jiān)視操作用工控計算機（上位機）。其主要完成空氣壓縮機組遠程參數(shù)的監(jiān)視、控制、運行參數(shù)設置、實時曲線、歷史報表查詢及其他數(shù)據(jù)的處理等功能。選用ACS4000型集控柜：由電源開關及熔斷器、觸摸顯示屏、PLC控制器、輸出繼電器、24V直流電源、通訊轉換模塊、指示及報警裝置等組成。高壓變頻器、高壓啟動柜、空氣壓縮機與集控柜通訊模塊通過通訊電纜進行通訊，將空壓機運行、變頻器運行參數(shù)、高壓啟動柜電壓、電流、儲氣罐溫度傳輸?shù)郊毓襁M行數(shù)據(jù)處理、顯示。根據(jù)運算數(shù)據(jù)控制空壓機與變頻器運行。運行狀況及各種參數(shù)、數(shù)據(jù)在上位機上顯示。（2）在主供風管路上安裝壓力變送器。主要是檢測供風出口壓力并把壓力信號傳輸給集控柜PLC，PLC運算后根據(jù)總管壓力和空壓機運行狀態(tài)智能地控制變頻器的運行頻率，從而達到根據(jù)設定壓力范圍來控制空壓機的運行狀態(tài)的目的。（3）增設高壓變頻器，控制空壓機在需要的工況下運行。（4）增設高壓切換柜，如圖2所示，內裝4臺高壓真空接觸器，與空氣壓縮機高壓啟動柜一一對應，并相互閉鎖，達到有選擇性地控制空壓機在變頻狀態(tài)下運行的目的。（5）空壓機組控制。1）每臺空壓機啟動、停止、變頻狀態(tài)下運行均由PLC控制，PLC內設空壓機運行程序。2）工作方式設定為5種：就地啟動／停止、遠程啟動／停止、緊急停機、聯(lián)機控制、單臺控制。3）風壓設定：5．5～6．2kg／cm2；空壓機轉速調節(jié)范圍：電機額定轉速的60％～100％。4）空壓機啟動停止全部由PLC程序控制?？諌簷C運行規(guī)定，連續(xù)運行不得超過72h，按照空壓機編號設定主機1、主機2、主機3、主機4，程序控制每72h更換一次主機，輔機每24h更換一次。主機、輔機分別在工頻、變頻狀態(tài)下運行。變頻頻率達到50Hz、10min內風壓達不到設定值，該臺空壓機自動轉為工頻運行，同時啟動第3臺空壓機變頻運行，以控制風壓穩(wěn)定。空壓機變頻方式運行頻率30Hz及以下達10min以上時，該臺空壓機自動停止運行，同時原輔機或主機自動轉為變頻方式運行。
3技術關鍵及創(chuàng)新點
（1）工頻、變頻狀態(tài)下空壓機運行曲線的智能擬合。（2）ACS400集控系統(tǒng)、高壓變頻的配合控制。（3）變頻方式與工頻方式轉換控制。（4）主機、輔機按時切換控制。
4經濟效益、社會效益分析
2011年1月系統(tǒng)改造完成并投入工業(yè)性運行，實現(xiàn)了多臺空壓機組聯(lián)動控制，運行狀況良好。（1）節(jié)能降耗效果顯著：通過實際測定，技術改造后比原運行方式節(jié)能13％～15％，年節(jié)電耗43．2萬kW•h，約21．6萬元，節(jié)能效果明顯。（2）實現(xiàn)了大型設備車間真正無人值守。機組自動24h穩(wěn)定高效運行，減少操作人員9人，年可節(jié)約人工費用54萬元。（3）穩(wěn)定的壓力輸出，減少了對生產的影響，為礦井安全生產奠定基礎。（4）維護量小，運行效率高。集控系統(tǒng)及變頻的投入運行減少了空壓機配件的磨損，延長了電機及空壓機的使用壽命，年可維修及配件費用可減少10余萬元。（5）實時設備運行狀況，便于人員觀察和及時掌握，發(fā)生異常及時處理，避免機械事故的發(fā)生。（6）采用變頻控制，實測減少噪聲15dB，減少噪聲污染。
5結語
關鍵詞：數(shù)控液壓伺服系統(tǒng)數(shù)控改造
一、引言
液壓控制技術是以流體力學、液壓傳動和液力傳動為基礎，應用現(xiàn)代控制理論、模糊控制理論，將計算機技術、集成傳感器技術應用到液壓技術和電子技術中，為實現(xiàn)機械工程自動化或生產現(xiàn)代化而發(fā)展起來的一門技術，它廣泛的應用于國民經濟的各行各業(yè)，在農業(yè)、化工、輕紡、交通運輸、機械制造中都有廣泛的應用，尤其在高、新、尖裝備中更為突出。隨著機電一體化的進程不斷加快，技術裝各的工作精度、響應速度和自動化程度的要求不斷提高，對液壓控制技術的要求也越來越高，文章基于此，首先分析了液壓伺服控制系統(tǒng)的工作特點，并進一步探討了液壓傳動的優(yōu)點和缺點和改造方向。
二、液壓伺服控制系統(tǒng)原理
目前以高壓液體作為驅動源的伺服系統(tǒng)在各行各業(yè)應用十分的廣泛，液壓伺服控制具有以下優(yōu)點：易于實現(xiàn)直線運動的速度位移及力控制，驅動力、力矩和功率大，尺寸小重量輕，加速性能好，響應速度快，控制精度高，穩(wěn)定性容易保證等。
液壓伺服控制系統(tǒng)的工作特點：(1)在系統(tǒng)的輸出和輸入之間存在反饋連接，從而組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。反饋介質可以是機械的，電氣的、氣動的、液壓的或它們的組合形式。(2)系統(tǒng)的主反饋是負反饋，即反饋信號與輸入信號相反，兩者相比較得偏差信號控制液壓能源，輸入到液壓元件的能量，使其向減小偏差的方向移動，既以偏差來減小偏差。(3)系統(tǒng)的輸入信號的功率很小，而系統(tǒng)的輸出功率可以達到很大。因此它是一個功率放大裝置，功率放大所需的能量由液壓能源供給，供給能量的控制是根據(jù)伺服系統(tǒng)偏差大小自動進行的。
綜上所述，液壓伺服控制系統(tǒng)的工作原理就是流體動力的反饋控制。即利用反饋連接得到偏差信號，再利用偏差信號去控制液壓能源輸入到系統(tǒng)的能量，使系統(tǒng)向著減小偏差的方向變化，從而使系統(tǒng)的實際輸出與希望值相符。
在液壓伺服控制系統(tǒng)中，控制信號的形式有機液伺服系統(tǒng)、電液伺服系統(tǒng)和氣液伺服系統(tǒng)。機液伺服系統(tǒng)中系統(tǒng)的給定、反饋和比較環(huán)節(jié)采用機械構件，常用機舵面操縱系統(tǒng)、汽車轉向裝置和液壓仿形機床及工程機械。但反饋機構中的摩擦、間隙和慣性會對系統(tǒng)精度產生不利影響。電液伺服系統(tǒng)中誤差信號的檢測、校正和初始放大采用電氣和電子元件或計算機，形成模擬伺服系統(tǒng)、數(shù)字伺服系統(tǒng)或數(shù)字模擬混合伺服系統(tǒng)。電液伺服系統(tǒng)具有控制精度高、響應速度高、信號處理靈活和應用廣泛等優(yōu)點，可以組成位置、速度和力等方面的伺服系統(tǒng)。
三、液壓傳動帕優(yōu)點和缺點
液壓傳動系統(tǒng)的主要優(yōu)點液壓傳動之所以能得到廣泛的應用，是因為它與機械傳動、電氣傳動相比，具有以下主要優(yōu)點：
1液壓傳動是由油路連接，借助油管的連接可以方便靈活的布置傳動機構，這是比機械傳動優(yōu)越的地方。例如，在井下抽取石油的泵可采用液壓傳動來驅動，以克服長驅動軸效率低的缺點。由于液壓缸的推力很大，且容易布置。在挖掘機等重型工程機械上已基本取代了老式的機械傳動，不僅操作方便，而且外形美觀大方。
2液壓傳動裝置的重量輕、結構緊湊、慣性小。例如相同功率液壓馬達的體積為電動機的12％～13％。液壓泵和液壓馬達單位功率的體積目前是發(fā)電機和電動機的1／10，可在大范圍內實現(xiàn)無級調速。借助閥或變量泵、變量馬達可實現(xiàn)無級調速，調速范圍可達1：2000，并可在液壓裝置運行的過程中進行調速。
3傳遞運動均勻平穩(wěn)，負載變化時速度較穩(wěn)定。因此，金屬切削機床中磨床的傳動現(xiàn)在幾乎都采用液壓傳動。液壓裝置易于實現(xiàn)過載保護，使用安全、可靠，不會因過載而造成主件損壞：各液壓元件能同時自行，因此使用壽命長。液壓傳動容易實現(xiàn)自動化。借助于各種控制閥，特別是采用液壓控制和電氣控制結合使用時，能很容易的實現(xiàn)復雜的自動工作循環(huán)，而且可以實現(xiàn)遙控。液壓元件己實現(xiàn)了標準化、系列化、和通用化，便于設計、制造和推廣使用。
液壓傳動系統(tǒng)的主要缺點：1液壓系統(tǒng)的漏油等因素，影響運動的平穩(wěn)性和正確性，使液壓傳動不能保證嚴格的傳動比：2液壓傳動對油溫的變化比較敏感，溫度變化時，液體勃性變化引起運動特性變化，使工作穩(wěn)定性受到影響，所以不宜在溫度變化很大的環(huán)境條件下工作：3為了減少泄漏以及滿足某些性能上的要求，液壓元件制造和裝配精度要求比較高，加工工藝比較復雜。液壓傳動要求有單獨的能源，不像電源那樣使用方便。液壓系統(tǒng)發(fā)生的故障不易檢查和排除。
總之，液壓傳動的優(yōu)點是主要的，隨著設計制造和使用水平的不斷提高，有些缺點正在逐步加以克服。
四、機床數(shù)控改造方向
(一)加工精度。精度是機床必須保證的一項性能指標。位置伺服控制系統(tǒng)的位置精度在很大程度上決定了數(shù)控機床的加工精度。因此位置精度是一個極為重要的指標。為了保證有足夠的位置精度，一方面是正確選擇系統(tǒng)中開環(huán)放大倍數(shù)的大小，另一方面是對位置檢測元件提出精度的要求。因為在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，對于檢測元件本身的誤差和被檢測量的偏差是很難區(qū)分出來的，反饋檢測元件的精度對系統(tǒng)的精度常常起著決定性的作用。在設計數(shù)控機床、尤其是高精度或太中型數(shù)控機床時，必須精心選用檢測元件。所選擇的測量系統(tǒng)的分辨率或脈沖當量，一般要求比加工精度高一個數(shù)量級。總之，高精度的控制系統(tǒng)必須有高精度的檢測元件作為保證。
(二)先局部后整體。確定改造步驟時，應把整個電氣設備部分改造先分成若干個子系統(tǒng)進行，如數(shù)控系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、主軸、進給系統(tǒng)、面板控制與強電部分等，待各系統(tǒng)基本成型后再互聯(lián)完成全系統(tǒng)工作。這樣可使改造工作減少遺漏和差錯。在每個子系統(tǒng)工作中，應先做技術性較低的、工作量較大的工作，然后做技術性高的、要求精細的工作，做到先易后難、先局部后整體，有條不紊、循序漸進。
(三)提高可靠性。數(shù)控機床是一種高精度、高效率的自動化設備，如果發(fā)生故障其損失就更大，所以提高數(shù)控機床的可靠性就顯得尤為重要?？煽慷仁窃u價可靠性的主要定量指標之一，其定義為：產品在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內，完成規(guī)定功能的概率。對數(shù)控機床來說，它的規(guī)定條件是指其環(huán)境條件、工作條件及工作方式等，例如溫度、濕度、振動、電源、干擾強度和操作規(guī)程等。這里的功能主要指數(shù)控機床的使用功能，例如數(shù)控機床的各種機能，伺服性能等。
處理數(shù)字信號的過程中，通常情況下都需要將模擬信號轉換為數(shù)字信號，在處理信號之前，首先需要采集和量化。采集定理又名奈奎斯特采樣定理，是美國電信工程師奈奎斯特于1928年提出的，通過采集定理可知，想要在離散信號中恢復出無失真的原始信號，那么采樣率至少要達到原始信號的2倍。此后在2004年，華裔科學家T.Tao以及D.Donoho、E.Candes等人通過對比逼近理論和信號稀疏理論的分析，初步提出了壓縮感知理論，通過壓縮感知理論可知，如果將壓縮感知技術用于移動通信系統(tǒng)中，那么即使采用低于奈奎斯特采樣定理的采樣率，也可以恢復出無失真的原始信號。壓縮感知理論的基本思想是：如果信號某個變換域是稀疏的，或者信號是可以壓縮的，那么通過與變換基不相關的觀測矩陣，能夠將變換得到的高維信號投影到低維空間，之后求解最優(yōu)化問題，就能夠在少量投影中重構原始信號。在壓縮感知理論框架下，采樣率不決定于原始信號帶寬，而是重要新信息在信號中的內容和結構決定的，測量值不是信號本身，是高維到低維的投影值，每一個測量值中，都包含著全部樣本信號的部分信息，在恢復信號過程中，所用的測量值數(shù)目要比奈奎斯特采樣定理要求的數(shù)目少很多。假設一個N×1維信號s，s包含非零元素K個，s可以通過轉換得出N×1維變量x，其轉換公式即為：x=覫s式中：覫代表N×N維稀疏變換矩陣，轉換得出N×1維變量x之后，就可以計算出M×1維測量信號y，其計算公式如下：y=準x=準覫s=s式中：準代表M×N維測量矩陣，也可稱之為隨機采樣矩陣或者投影矩陣，在上述環(huán)節(jié)中，覫和準的設計十分重要，對壓縮感知技術的實際性能具有很大影響，另外K<M<<N，其中M的取值滿足以下條件：M≥Cu2（準，覫）Klog（N）式中：u2（準，覫）代表矩陣覫和準相關性。此外信號重構是壓縮感知技術的核心，在取得觀測值y的條件下，獲取最稀疏解s的過程即為信號重構，為了描述壓縮感知理論的信號重構問題，需要運用矩陣理論中的范數(shù)知識。
假設定義向量Z={z1,z2，…，zN}的P-范數(shù)如下：Zp=Ni=1ΣzipΣΣ1p當P=0時，可以求出向量Z的0-范數(shù)，用以表示Z中非零元素的個數(shù)。一般情況下，非稀疏信號x通過稀疏轉換可得出s，此時壓縮感知理論中信號恢復問題就可以轉化為線性約束下最小0-范數(shù)問題，具體表達式如下：s^=argmin0，s.t.y=準x=準覫s=s上述0-范數(shù)優(yōu)化問題屬于非凸優(yōu)化問題，換言之，在多項式內不能夠進行求解，也無法驗證解是否有效，這樣一來，就需要將其轉化為其他范數(shù)，例如2-范數(shù)或者1-范數(shù)，相關資料顯示，上述0-范數(shù)優(yōu)化問題可通過求解簡單的1-范數(shù)來解決，所以壓縮感知理論一般采用如下公式：s=argmin1，s.t.y=準x=準覫s=s這樣一來，就可以運用線性規(guī)劃算法等方法來進行處理，在實際工作中，算法有很多中，可以根據(jù)具體需要來選擇快捷的方法。
2實際應用
分析在實際應用過程中，壓縮感知技術有以下幾方面特性：
（1）觀測信號沒有稀疏性，比如OFDM系統(tǒng)頻域信道響應等等。
（2）變換觀測信號的基坐標，信號在另外的組基下變稀疏，比如頻域信號響應經過DFT進行轉換，使之在時域上具有稀疏性。
（3）稀疏性是變化的，并且稀疏性是不可知的，這也是使用壓縮感知技術的首要條件。有資料顯示，經過外場測試多數(shù)無線信道在時域上均具有多徑稀疏的特點，通過壓縮感知技術的應用，將大大減少用戶的導頻開銷。另一方面，目前基站側天線數(shù)目不斷增多，無線信道在空域上也具有稀疏性，這也為壓縮感知技術未來在移動通信系統(tǒng)中的應用奠定了基礎。
3總結
隨著人口老齡化時代到來，老年骨質疏松脊椎壓縮性骨折臨床越來越多見。對這種悄然發(fā)生的骨折，少數(shù)患者發(fā)生骨折時無明顯癥狀，大多數(shù)患者僅有輕微外傷所致腰背痛來院就診時發(fā)現(xiàn)。此類骨折的臨床表現(xiàn)和治療與青壯年脊椎外傷性屈曲性骨折有很大差異。本院2001年1月至2005年12月共收治骨質疏松脊椎壓縮性骨折96例，現(xiàn)就其特點及治療分析如下。
1臨床資料
1.1一般資料
96例中男45例，女51例，年齡55～90歲(平均68.5歲)。所有患者均攝X線片和CT掃描，其中82例加行MRI檢查，排除腫瘤所致脊椎繼發(fā)性骨折，均確認為骨質疏松脊椎壓縮性骨折。骨質疏松程度根據(jù)L3骨小梁變化分級［1］：I度33例，II度45例，III度18例。骨折部位C6～L5，其中胸腰椎92例，頸椎4例；單處骨折70例，2處及2處以上骨折26例。80例有輕微外傷史，其中腰扭傷22例，平地跌倒58例。16例僅有輕微腰背痛，初次就診時患者未意識到已發(fā)生骨折。
1.2治療方法
本組96例患者其中30例行經后路椎弓根螺釘復位固定術，手術適應證：(1)伴有神經損傷；(2)雖然無神經癥狀，但脊柱后凸成角＞20°，椎管占位＞椎管矢狀位50%，椎體高度壓縮＞50%；(3)全身情況較好，能耐受手術，傷前生活能自理者。全身情況較差，不能耐受手術及重度骨質疏松應為手術禁忌證。其余66例行非手術治療。
2結果
30例手術患者術后X線片示脊柱后凸成角恢復正常，壓縮椎體回復或基本恢復正常高度，其中5例神經損傷者6個月后神經功能恢復正常，2例行椎體成形術。本組96例患者均在臥床4～8周后在腰圍保護下開始下地行走，所有患者根據(jù)不同情況給予性激素、降鈣素，鈣劑或維生素D等藥物治療，經隨訪，手術組30例無腰背痛或腰背痛較輕，無需長期服用止痛藥，非手術組66例中，42例有腰背痛，22例發(fā)生進展性后凸畸形。
3討論
3.1骨質疏松脊椎壓縮性骨折臨床特點
老年骨質疏松脊椎壓縮性骨折與青壯年外傷性骨折有很大差別，外傷性脊椎壓縮性骨折均有不同程度的胸腰部疼痛和活動受限，按Denis分類，僅涉及前柱壓縮者為壓縮型，同時涉及前柱和中柱壓縮者為爆裂型。典型爆裂型骨折表現(xiàn)有椎體向四周爆裂，椎體前緣均壓縮，椎管均有不同程度狹窄點，椎弓根間距增寬和椎板縱向骨折［2］。骨質疏松脊椎壓縮性骨折主要發(fā)生在老年人，本組患者平均年齡68.5歲。隨著患者年齡的增大，機體內骨無機鹽成分減少，骨彈性減少而脆性增加，骨代謝出現(xiàn)負增長，以骨吸收為主，長期積累導致骨量缺失，骨密度降低，骨骼的質和量均降低，出現(xiàn)骨質疏松，輕微外傷即可發(fā)生脊椎壓縮性骨折。骨折類型以楔形骨折最多見，向四周爆裂較輕，很少有椎弓根間距增寬和椎板縱向骨折，伴有神經根傳導功能受損者較少。
3.2骨質疏松脊椎壓縮性骨折手術方法的選擇
基于老年骨質疏松脊椎壓縮性骨折的特點以及患者對預期生活質量的期望，要求醫(yī)者應采取積極的治療方法，在患者全身情況許可無嚴格手術禁忌證的情況下重建脊柱正常序列和穩(wěn)定性，早期離床活動，糾正和防止后凸畸形。本組96例患者30例行經后路椎弓根螺釘復位固定術，此手術可撐開、復位、固定骨折、恢復脊柱的生理彎曲和椎體高度，擴大椎管內徑，重建脊柱穩(wěn)定性，但骨質疏松時固定螺釘容易松動、脫出，因此固定時可選用直徑較粗、長度較長螺紋較深的椎弓根螺釘，以增加螺釘?shù)陌殉至Γ?］。
3.3術后早期功能鍛煉
術后早期離床活動，可減少長期臥床并發(fā)癥，治療糾正骨質疏松。老年骨質疏松脊椎壓縮性骨折患者，只要符合手術適應證，原則上都應早期手術，早期活動，可以降低褥瘡、下肢深靜脈血栓形成、肺部感染、泌尿系統(tǒng)感染等并發(fā)癥，而且可以避免長期臥床引起的骨量丟失。早期活動功能鍛煉及適當?shù)乃幬镏委熆梢栽鰪姽琴|量和骨強度［4，5］。另外，手術治療可以避免晚期由于脊柱應力分布異常所引起小關節(jié)的退變、相鄰脊柱的異?；顒雍蜕砬鹊母淖?，以及椎管狹窄所致的腰痛，糾正后凸畸形，避免因非手術治療椎體高度不能完全恢復致離床活動脊柱負重后加重后凸畸形［6］。
【參考文獻】
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