栅格数据的编码方法

时间:2024-03-13 18:00:29

直接栅格编码

直接编码就是将栅格数据看作一个数据矩阵,逐行(或逐列)逐个记录代码,可以每行从左到右逐像元记录,也可奇数行从左到右而偶数行由右向左记录,为了特定的目的还可采用其他特殊的顺序。
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链式编码

链式编码又称为弗里曼链码(Freeman,1961)或边界链码。链式编码主要是记录线状地物和面状地物的边界。

它把线状地物和面状地物的边界表示为:由某一起始点开始并按某些基本方向确定的单位矢量链。基本方向可定义为:东=0,东南=l,南=2,西南=3,西=4,西北=5,北=6,东北=7等八个基本方向。

链式编码的前两个数字表示起点的行、列数,从第三个数字开始的每个数字表示单位矢量的方向,八个方向以0—7的整数代表。

链式编码对线状和多边形的表示具有很强的数据压缩能力,且具有一定的运算功能,如面积和周长计算等,探测边界急弯和凹进部分等都比较容易,类似矢量数据结构,比较适于存储图形数据。

缺点是对叠置运算如组合、相交等则很难实施,对局部修改将改变整体结构,效率较低,而且由于链码以每个区域为单位存储边界,相邻区域的边界则被重复存储而产生冗余。
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游程长度编码

游程长度编码是栅格数据压缩的重要编码方法,它的基本思路是:对于一幅栅格图像,常常有行(或列)方向上相邻的若干点具有相同的属性代码,因而可采取某种方法压缩那些重复的记录内容。其编码方案是,只在各行(或列)数据的代码发生变化时依次记录该代码以及相同代码重复的个数,或逐个记录各行(或列)代码发生变化的位置和相应代码,从而实现数据的压缩。

游程长度编码在栅格加密时,数据量没有明显增加,压缩效率较高,且易于检索,叠加合并等操作,运算简单,适用于机器存贮容量小,数据需大量压缩,而又要避免复杂的编码解码运算增加处理和操作时间的情况。

对于面状数据,游程长度编码还可以进行变长编码或值点编码。
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块状编码

块码是游程长度编码扩展到二维的情况,采用方形区域作为记录单元,每个记录单元包括相邻的若干栅格,数据结构由初始位置(行、列号)和半径,再加上记录单元的代码组成。

一个多边形所包含的正方形越大,多边形的边界越简单,块状编码的效率就越好。**块状编码对大而简单的多边形更为有效,而对那些碎部较多的复杂多边形效果并不好。块状编码在合并、插入、检查延伸性、计算面积等操作时有明显的优越性。**然而对某些运算不适应,必须在转换成简单数据形式才能顺利进行。
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四叉树编码

四又树结构的基本思想是将一幅栅格地图或图像等分为四部分。逐块检查其格网属性值(或灰度)。如果某个子区的所有格网值都具有相同的值。则这个子区就不再继续分割,否则还要把这个子区再分割成四个子区。这样依次地分割,直到每个子块都只含有相同的属性值或灰度为止。

也就是根据栅格数据二维空间分布的特点,将空间区域按照4个象限进行递归分割(2n×2 n,且n>1),直到子象限的数值单调为止,最后得到一棵四分叉的倒向树。四叉树分解,各子象限大小不完全一样,但都是同代码栅格单元组成的子块,其中最上面的一个结点叫做根结点,它对应于整个图形。不能再分的结点称为叶子结点,可能落在不同的层上,该结点代表子象限单一的代码,所有叶子结点所代表的方形区域覆盖了整个图形。从上到下,从左到右为叶子结点编号,最下面的一排数字表示各子区的代码。

为了保证四叉树分解能不断的进行下去,要求图形必须为2n×2 n的栅格阵列。n 为极限分割次数,n+1是四叉树最大层数或最大高度。

四叉树编码法的优点:①容易而有效地计算多边形的数量特征;②阵列各部分的分辨率是可变的,边界复杂部分四叉树较高即分级多,分辨率也高,而不需表示许多细节的部分则分级少,分辨率低,因而既可精确表示图形结构又可减少存贮量;②栅格到四叉树及四叉树到简单栅格结构的转换比其它压缩方法容易;④多边形中嵌套异类小多边形的表示较方便。

四叉树编码的最大缺点是转换的不定性,用同一形状和大小的多边形可能得出多种不同的四叉树结构,故不利于形状分析和模式识别。但因它允许多边形中嵌套多边形即所谓“洞”这种结构存在,使越来越多的地理信息系统工作者都对四叉树结构很感兴趣。上述这些压缩数据的方法应视图形的复杂情况合理选用,同时应在系统中备有相应的程序。另外,用户的分析目的和分析方法也决定着压缩方法的选取。

四叉树结构按其编码的方法不同又分为常规四叉树和线性四叉树。常规四叉树除了记录叶结点之外,还要记录中间结点。结点之间借助指针联系,每个结点需要用六个量表达:四个叶结点指针,一个父结点指针和一个结点的属性或灰度值。这些指针不仅增加了数据贮存量,而且增加了操作的复杂性。常规四叉树主要在数据索引和图幅索引等方面应用。

线性四叉树则只存贮最后叶结点的信息。包括叶结点的位置、深度和本结点的属性或灰度值。所谓深度是指处于四叉树的第几层上。由深度可推知子区的大小。

线性四叉树叶结点的编号需要遵循一定的规则,这种编号称为地址码,它隐含了叶结点的位置和深度信息。最常用的地址码是四进制或十进制的Morton码。

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