圖像按其灰度層次可以分為兩類：一類是有灰度層次的圖像；另一類是僅有黑白兩種層次的圖像，也稱二值圖像。有灰度層次的圖像包括電視圖像、照片傳真、靜止圖像等。二值圖像包括文件傳真、二值靜止圖像等。這里主要介紹有灰度層次的圖像數字編碼。

圖像編碼的實質是：在一定質量（信噪比的要求或主觀評價得分）條件下，以最少比特數來傳送一幅圖像。這種圖像編碼也稱圖像壓縮編碼，在圖像的數字傳輸、存儲、交換中有著廣泛的應用。

由于圖像信號中有大量的多余信息，因而有可能對其進行壓縮編碼。現有的圖像壓縮編碼方法很多，為了比較各種壓縮編碼方法的編碼效率，需要定義表示其壓縮效率的壓縮比。通常對于黑白圖像以8比特／像素為基礎來規定壓縮比，即在沒有進行數據壓縮的PCM信號中量化比特n=8，經過壓縮編碼后，每個像素的平均比特數為n r，則編碼的壓縮比為：

η=8/n r

圖像的統計壓縮編碼的方法基本上可以分為兩大類，預測編碼方法和變換編碼方法。此外，還有把預側法和變換法混合應用的混合編碼法。其中預測編碼法有增量調制法（ΔM）及差分預測編碼法（DPCM），基本的圖像編碼法分類詳見下表1。 

表1：基本的圖像編碼法分類 

預測法和變換法編碼兩者之間主要有下列一些區別。

1）壓縮方法

預測法主要是利用圖像像素間的相關性。用已傳的像素的亮度值對待傳送像素的亮度值進行預測，傳送二者的差值。在量化器設計中，考慮到量化誤差的統計特性以及人眼的視覺掩蓋效應，在圖像亮度變化較大的地方允許圖像亮度值有較大的誤差。

變換法首先把一幅圖像劃分為一個個子區域，每個子區域的尺寸可以是1x4、1x8、1x16個像素（一維情況），也可以是4x4、8x8、16x16個像素（二維情況）。隨后用正交變換把每個子區域變換到變換域，使能量相對集中，并利用其統計特性，可使變換域值用較少的比特數傳送。

2）硬件制作

預測法中適用的硬件比較簡單，成本較低；變換法中適用的硬件比較復雜，成本較高。但目前已有專用大規模集成電路芯片可用于變換編碼，成本的差別已縮小。

3）傳輸噪聲的影響

傳輸噪聲對數字圖像信號產生的影響表現為誤碼。對于變換編碼來說，在恢復圖像時，誤碼只引起一個子區域上的某個系數的錯誤，在圖像上疊加一個子區大小的基本圖案。而預側法會導致誤碼影響的擴展。這時，誤碼在恢復圖像上造成的影響和預測公式有關。采用一維預測時，誤碼圖案為水平方向擴散的撕裂狀線；二維預測時，向二維方向擴散，擴散的范圍和預測系數有關。

在采用上述圖像編碼方法的同時，還可以采取下述幾種方法，使數碼率進一步下降。

1）利用行消隱時間法

在電視信號中，行周期18％的行消隱時間太長，我們可以把行消隱這段時間利用來傳輸圖像信息。為了使行能夠準確同步，只需要傳送“行同步標志”碼組，它們只占用行消隱時間的一小部分，從而使平均數碼率下降，壓縮比η可提高約10％。對于其他圖像信號也有類似問題。

2）利用場消隱時間法

利用場消隱時間來傳送圖像信息，場同步信號用“幀同步碼”來代替，這種方法僅用于活動的電視圖像。

3）亞采樣

它使用低于采樣定理所規定的采樣速率采樣，適當選取采樣速率，使基頻和一次諧波的頻譜相互交叉，在接收端采用梳狀濾波器，把基頻帶取出，濾去折疊噪聲。為了提高亞采樣的質量，有時在采樣前加梳狀濾波器，預先去除會引起折疊的頻譜成分。

4）減少電視場的傳送

在電視會議或電視電話中，活動圖像變化比較緩慢，因此可以每傳一幀圖像，其下一幀圖像不傳送，數碼率可以壓縮一半。在接收端用內插法再恢復沒傳送的一幀圖像（由前一幀和后一幀圖像的內插獲得）。

5）熵編碼法

有Huffman編碼、算術編碼和準變字長編碼。Huffman編碼是利用圖像信號的統計特性，對出現概率大的事件分配比特數少的短碼，出現概率小的事件則分配長碼，從而使平均比特數下降。但硬件實現較復雜。后來發展了一種準變字長法，按不同的概率分配兩種字長，從而使硬件易于實現。

熵編碼通常和游程編碼結合起來。在游程長度編碼中，不是對每個像素編碼，而是對每個取值及其連續長度（即游程長度）進行編碼，從而達到壓縮數碼率的目的。

除了上述兩大類基本的壓縮方法外，還有一些其他的壓縮編碼方法，如輪廓編碼、綜合高效編碼和矢量量化等。

為此，基于上述原理，目前用于圖像或電視的壓縮標準的種類詳見下表2。

表2：用于圖像或電視的壓縮標準