ECW、MrSID、eYaImage三种压缩技术对比与分析

吴洪涛，张秀

(天津市测绘院，天津 300381)

ECW、MrSID、eYaImage三种压缩技术对比与分析

吴洪涛∗，张秀

(天津市测绘院，天津 300381)

介绍了ECW、MrSID和eYaImage三种常用的遥感影像压缩技术的主要特点，详细总结了他们之间的异同点。同时，选择天津某一区域的100幅1∶2 000比例尺的正射影像分别使用三种压缩技术进行压缩及解压数据实验。实验采取了20∶1、50∶1、100∶1三种压缩比例进一步对比分析三种压缩技术在影像压缩效率、压缩后的影像质量、压缩影像大小以及远程访问响应速度等方面的差异。最后通过实验总结三种压缩技术的适用方向。

小波变换；ECW；MrSID；eYaImage；遥感影像

1 引 言

随着航空航天遥感技术的快速发展，特别是随着卫星传感器空间分辨率逐步提高，遥感应用研究也越来越普及，获取的影像数据量也呈几何级数的增大。日益庞大的遥感影像数据量，使有限的信道容量和传输大量影像数据的需求间的矛盾日益突出，严重影响了遥感影像在存储、分发等GIS数据服务中的应用。因此，数据压缩技术作为解决这一问题的有效途径就显得尤为必要。对影像数据进行压缩，有利于节省通信信道，提高信息的传输速率；高效率并且高质量的压缩与解压技术，能尽量减少影像信息损失，大大节约存储成本、减少数据管理耗用的人力和时间，提高数据安全性和生产效率。虽然目前数据压缩技术很多，但是在遥感影像的压缩和解压使用最多、最先进的压缩技术还是ECW、MrSID和eYaImage三种。三种压缩技术虽基于小波变换，但各有特点和优势。如何结合生产实际合理选择具有更高压缩效率和压缩质量的影像压缩技术，实现海量数据有效存储和快速分发是本文研究的主要内容。

2 三种遥感影像压缩技术特点

从理论基础上看，ECW、MrSID、eYaImage这三种影像压缩技术的编码都采用了离散小波变换(DWT)。小波变换用于图像编码的基本思想是把影像进行多分辨率分解，分解成不同空间、不同频率的子影像，然后再对子影像进行系数编码，压缩的实质是对系数的量化压缩。小波变换可以对反映大轮廓低分辨率细节部分使用减少失真或无失真的编码方案来降低信息损失，而对高分辨率部分可以采用压缩比较高的编码方案。所以小波变换后的影像既能达到很高的压缩比，同时又能很好地保持原有的影像信息。而且还可以实现多幅影像镶嵌图的压缩，不影响视觉效果，在解压速度上具有较大优势。离散小波变换则是在小波变换基础上的改进，包含了影像金字塔(Image Pyramids)与次频编码(SubbandCoding)等新技术。

2.1 ECW压缩技术的特点

ECW(ER Mapper Compressed Wavelet)是由澳大利亚Earth Resource Mapping公司开发的小波压缩技术。ECW压缩技术较传统的小波压缩技术在压缩率、压缩速度、压缩编码、解压速度方面均有很大的改进，同时使用了多种压缩编码方法，对于不同类型的图像，可以智能地选择最优编码方法。使用ECW压缩技术来完成压缩、存储、解压缩的影像处理过程非常快捷方便，更适合需要选择性浏览的大影像数据的压缩。ECW压缩技术的主要特点归纳有:①较高的压缩比和压缩质量。压缩时可任意设置压缩率，一般为1∶20～1∶100之间，根据影像存储分发需要来调整。②多分辨率与可选择性地解压缩。ECW技术把不同分辨率的单幅影像压缩到一个单独的文件中，可以方便地得到不同分辨率的影像，便于遥感影像的快速浏览。在解压时也可以采取选择性的解压，按指定的分辨率来单独提取任意部分的影像数据，解压速度快。③无缝压缩和浏览。ECW可以对任意大小的遥感影像使用无缝压缩方式，将几千幅的单张影像镶嵌并压缩成一个完整的高分辨率影像，影像浏览时，不会有“块失真”现象。

2.2 MrSID压缩技术的特点

MrSID(Multi-resolution Seamless Image Database)是由美国Los Alamos国家实验室发明的图像压缩、解压、存储和提取技术。它基于离散小波转换(DWT)技术对影像进行压缩，通过转换，使影像内部都具有一致的分辨率和非常好的质量。目前MrSID格式已经成为影像压缩的一个公认标准，国际知名的GIS平台软件及遥感处理软件如ArcGIS、MapInfo、ERDAS及PCI等都能直接读取处理，实现了遥感影像分发处理与资源共享。MrSID压缩技术主要特点有:①在保持较好影像质量上，有较高的压缩比。灰度图像压缩率为15～20∶1，彩色图像可以达到30～50∶1，甚至更高。②可将多幅图像压缩为一个文件，建立大型的影像数据库，以多种分辨率显示影像数据。③采用选择性的解压技术能够解压需要浏览的整个压缩图像的一部分，解压速度快，实现无缝、多分辨率的海量影像浏览。

2.3 eYaImage压缩技术特点

eYaImage压缩工具是由Esri中国(北京)公司研发的高效影像压缩与管理软件，与ArcGIS和ERDAS全面兼容。它基于离散小波变换，并做了进一步的改进和提高，有独特的算法。其主要特点有:①高倍率、高质量、可调的影像压缩。可自由选择1～100∶1的压缩比例有效地对影像数据压缩，彩色影像能压缩到原始数据的3%，黑白影像可压缩到原始数据的10%，在视觉上没有损失。②水平分块管理和纵向多分辨率特性。可以快速解压打开任何分辨率和范围的数据。③针对索引色影像的无损压缩。④与数据库无缝集成。影像可以大字段地压缩或非压缩地存储在数据库中，支持SQL、ORACLE等数据库，在ArcGIS Engine开发中可直接访问压缩影像而不需要数据库服务。

3 三种遥感影像压缩技术对比分析

3.1 三种遥感影像压缩技术的异同点

ECW、MrSID、eYaImage压缩都是基于离散小波变换，有很多异同点，总结对比情况如表1所示。

三种影像压缩技术异同点对比 表1

从表1可以看出，三种影像压缩技术都很优秀，压缩效率、质量以及实用性都很强。但是哪种方法能够在更高的压缩比下保持最好的影像质量，压缩同样大小的影像耗时最短，解压最快捷，压缩影像浏览速度更快，需要通过实验进一步对这三种压缩技术进行对比分析，了解其真实的压缩效率和质量。

3.2 三种遥感影像压缩方式的效率与质量对比

数据源:选择天津市滨海新区塘沽的1∶2 000真彩色影像100幅，每幅影像大小58.6 M，共5.59 G完成压缩、解压等实验。

计算机:Intel Xeon(R)双核2.67 GHz，内存4 G。压缩软件:三种影像压缩技术都有对应的成熟的商业软件实现影像压缩、解压等实验过程，本次实验分别使用了以下三种软件:①ERDAS ER Mapper2011，实现ECW影像压缩。②LizardTech GeoExpress 8.5软件，实现MrSID影像压缩。③eYaImage 2.2，实现eYaImage影像压缩，图1为三种影像压缩操作界面。

实验目的:将100幅1∶2 000图无缝拼接并分别按照20∶1、50∶1、100∶1三种倍率压缩，对比在影像压缩耗时、压缩后影像质量以及单幅1∶2 000图的压缩、解压时间等方面的差异；将同一压缩影像通过网络发布比较他们在客户端影像显示浏览的响应速度，从而分析使用哪种压缩技术压缩效率更高、影像质量更好，哪种压缩技术更适合海量数据存储以及网络快速发布。

图1 三种影像压缩操作界面

3.2.1 三种影像压缩方式压缩效率比较

以20∶1的压缩倍率压缩效率对比 表2

从表2、表3、表4三种影像压缩技术的对比分析可以看出:

(1)完成约100幅1∶2 000图约5.9 G的影像压缩，总时间用时最少的是MrSID压缩方法，其耗时与ECW压缩相差不大，而eYaImage用的时间最长。

(2)ECW影像压缩倍率可依据影像状况自动调整，其实际压缩倍率比给定的压缩倍率高出很多，压缩效率更高，其他两种压缩技术实际压缩倍率与给定的倍率基本不变。

(3)从单幅影像压缩时间上看，使用MrSID压缩的时间最长，eYaImage压缩时间次之，使用ECW影像压缩方法压缩耗时最短，并且压缩文件也较小，故ECW压缩效率更高。

(4)从单幅影像解压缩时间上看，三种方法差异不明显，依然是ECW解压时间最短。

(5)在同一倍率下压缩完成约5.9 G的影像，从最终文件大小来看，使用ECW压缩的结果最小，大约是其他两种方法的0.75倍～0.8倍，最节省存储空间。

(6)从20∶1、50∶1、100∶1三种压缩倍率看，影像压缩以及解压缩的时间与压缩倍率无关。不管是将影像压缩到什么倍率，所需要的时间都基本相同。

总之，从三种压缩技术的压缩效率上看，那么使用ECW影像压缩方法最佳，它不仅压缩和解压缩所需要时间短，速度快，实际压缩倍率可自动调整，而且压缩的文件也最小；其次是eYaImage压缩方法，排名最后的是MrSID压缩方法。

3.2.2 三种影像压缩方式的成果质量比较

影像压缩技术优劣指标关键还要看压缩后影像的质量情况，需综合考虑压缩效率和质量等因素才能选择最合适的压缩方法。使用ArcGIS 10同时打开使用三种影像压缩技术压缩后的影像成果，叠加后放大到同一比例尺下查看对比影像质量。结果如图2～图7所示。

图2 放大1∶4 000比例尺后影像质量对比

图3 放大1∶500比例尺后影像质量对比

图4 放大1∶4 000比例尺后影像质量对比

图5 放大1∶500比例尺后影像质量对比

图6 放大1∶4 000比例尺后影像质量对比

图7 放大1∶500比例尺后影像质量对比

(1)20∶1压缩倍率下查看对比影像质量(放大为1∶4 000、1∶500比例尺浏览):

在ArcGIS 10上浏览时，三种压缩成果在1∶4 000比例尺下视觉效果没有差别。但是放大到1∶500比例尺后，发现MrSID压缩成果的影像最清晰，质量最好(如图上红色圆圈处的白色护栏对细节更清楚)，噪声少。ECW压缩和eYaImage压缩成果质量基本一致，只是eYaImage压缩的影像色彩信息更丰富一些。

(2)50∶1压缩倍率下查看对比影像质量:

总体上看，以50∶1倍率压缩的三种影像质量相对于以20∶1倍率压缩的影像在实际像素下浏览时，没有明显区别，三种影像质量都较好。在将影像逐步放大到1∶500比例尺下时，局部地物逐渐变模糊，比较而言还是使用MrSID压缩技术的影像地物边缘最清晰，保留更多地物细节，地面没有噪声斑点；影像质量稍次的是eYaImage；最后的是ECW影像成果，放大后在红色圆圈处的高架网已基本分辨不出纹理。

(3)100∶1压缩倍率下查看对比影像质量:

影像以100∶1的倍率压缩后，三种压缩成果在1∶4 000比例尺下浏览时视觉效果依然很好。当影像放大到1∶500后，影像上地物就很模糊，细节已经不清晰。三种压缩方法比较，质量最好的还是MrSID压缩，其次是eYaImage压缩，最后才是ECW压缩。

总之，从三种影像压缩成果质量比较分析可以得出以下结论:

①相对于其他一般影像压缩方法，ECW压缩、Mr-SID压缩、eYaImage压缩在20∶1、50∶1、100∶1的压缩倍率下的成果影像质量都较好，在实际像素下浏览时，都可满足影像网络发布的需要。

②在小于1∶4 000比例尺浏览影像时，三种压缩倍率的影像质量差别不明显，但放大到约1∶500比例尺时，差别较明显，影像的压缩倍率越大，影像地物越模糊，目视效果也越差；而浏览时放大的比例越大，影像细节越不清晰。

③在同一种压缩倍率下，影像质量最好的是使用MrSID压缩技术，信息损失最少，纹理更清晰；其次是eYaImage压缩，最后是ECW压缩。

3.2.3 三种影像压缩技术成果浏览反应速度比较

由于ECW压缩技术是在小波变换技术上的改进和提高，使得它的压缩/解压缩速度上优于MrSID和eYaImage压缩。ECW压缩不需要对中间结果进行存储和调动，而且它支持多CPU处理。因此在网络上对压缩后遥感影像浏览访问时，ECW技术的速度比Mr-SID及eYaImage要快。另外，由于eYaImage压缩技术采用了整体计算、内置金字塔、分块存储和解压等技术使之在海量影像浏览时响应速度也非常快。在相同的网络带宽条件及计算机运行速度条件下，分别将三种影像压缩技术成果，即100幅1∶2 000图的压缩影像结合WebGIS软件进行简单的网络发布，对比同一客户端访问压缩后的影像浏览反应的速度情况。ECW影像实现访问与浏览需要的反应时间仅为15 s，MrSID影像需要108 s，eYaImage影像需要60 s，因此可以看出ECW影像压缩成果在数据传输、影像解压缩以及影像访问浏览方面速度最快，更具优势。

4 结论与建议

ECW、MrSID和eYaImage压缩三种影像压缩技术都是基于离散小波变换技术，是影像压缩处理中非常优秀的、最常用的压缩方法。都可以满足海量影像存储、影像发布浏览等需求，它们极大地推动了遥感影像在GIS中的应用。在实际生产中我们可以依据自身条件和使用目的选择合适的压缩手段。结合三种影像压缩技术各自特点以及影像压缩的效率和质量等因素，给出以下使用建议:

(1)在考虑节省影像存储空间、较高的压缩效率以及影像的快速传输、分发、浏览和更新等方面的优势，使用ECW压缩技术较合适。

(2)如果为了满足遥感影像深入分析的需要，最大限度地保证压缩后影像质量，使压缩影像在现有GIS及遥感软件中更方便地集成，使用MrSID压缩技术较合适。

(3)由于eYaImage压缩与ArcGIS和ERDAS全面兼容，与大型数据库无缝集成，影像数据的属性和影像本身都集成在数据库的记录中，可以非常快地在线访问影像而不必下载。所以在使用ArcGIS系列软件进行影像数据库的开发或者要实现海量数据的高效管理和访问时，使用eYaImage压缩技术较合适。

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《天津市地下建(构)筑物信息管理技术规程》专家评审会顺利召开

近日，在天津市城乡建设和交通委员会召开天津市工程建设标准《天津市地下建(构)筑物信息管理技术规程(送审稿)》评审会。该《规程》由天津市地下空间规划管理信息中心和天津大学建筑工程学院主编；天津市规划执法监察总队、天津市测绘院、天津市勘察院为参编单位。天津市测绘院胡珂总工程师受邀作为专家组组长参加了评审会。

《规程》明确了地下建(构)筑物数据内容、数据标准、数据采集、检验、系统建设、安全保密等方面的内容，有针对性地解决了地下建(构)筑物信息建设、系统建设的标准等内容。

《规程》的内容完整、明确、合理，填补了国家空白，达到国内领先水平。最后，评审组一直同意该《规程》通过评审。

随着该《规程》的通过，天津市市域范围的地下建(构)筑物测绘工作即将全面展开。

(来源：http：//www.tjch.com.cn)

ECW，M rSID，eYaImage Three Com pression Technology Com parison and Analysis

Wu Hongtao，Zhang Xiu
(Tianjin Institute of Surveying and Mapping，Tianjin 300381，China)

This paper introduces ECW，MrSID and eYaImage three kinds of remote sensing image compression technology，summarized the similarities and differences between them.At the same time，choose Tianjin a region of 100 1∶2000 scale orthophoto separately using the three compression technique for compressing and decompressing data experiment.The experiment adopted the 20∶1，50∶1，100∶1 three compression ratio further comparative analysis of three kinds of compression technology in image compression efficiency，compression of the image quality，compression image size and remote access response speed differences.Finally summarizes three kinds of compression technology application direction.

wavelet transform；ECW；MrSID；eYaImage；remote sensing image

1672-8262(2013)03-121-06

P209

B

2012—08—16

吴洪涛(1978—)，男，高级工程师，主要从事工程测量及GIS研发等。