压缩许多类似的大图像？

Question

我正在处理大量地球卫星图像档案，每张照片在同一区域相隔 15 分钟，因此它们彼此非常相似。两个连续的看起来像这样：

视频算法在压缩多个相似图像方面做得非常好。但是，此图像对于视频 (10848x10848) 来说太大了，并且使用视频编码器会删除图像的元数据，因此即使我使用视频编码器来处理如此大的图像，提取它们并恢复元数据也会很麻烦。

为了进行一些测试，我将一天的 96 张图像减少到 1080x1080 像素，总共 40.1MB，并尝试不同的压缩结果如下：

1. 压缩包：39.8 MB
2. rar: 39.8 MB
3. 7z：39.6 MB
4. tar.bz2：39.7 MB
5. zpaq v7.14：38.3 MB
6. fp8 v2：32.5 MB
7. paq8pxd v45：30.9 MB

最后三个应该更好地利用上下文并且确实比传统压缩效果更好，但是与 mp4 视频相比，压缩率仍然很差，mp4 视频可以将其压缩到 15 MB 甚至更少，从而保持图像质量。

然而，这些压缩实用程序使用的算法似乎都没有像视频压缩那样利用图像的相似性。事实上，使用packJPG，分别压缩每个图像，整个集降到 32.9 MB，非常接近 fp8 和 paq8pxd 但完全没有利用图像之间的相似性（因为每个图像都是单独压缩的）。

在另一个实验中，我在Matlab中计算了上面两张图片的差异，看起来是这样的：

使用 fp8 压缩两个原始图像（总共 219.5 + 217.0 = 436.5 kB）使它们降低到 350.0 kB（80%），但压缩其中一个和差异图像（作为相同质量的 jpg 并使用 122.5 kB），结果在 270.8 kB (62%) 的文件中，同样（如 mp4 和 packJPG 比较所揭示的那样），fp8 似乎并没有充分利用相似之处。即使用 rar 压缩，一张图像加上差异在原始图像上也比 fp8 好。在这种情况下，rar 将其降低到 333.6 kB (76%)。

我想这个问题一定有一个很好的压缩解决方案，因为我可以设想很多应用程序。除了我的特殊情况，我想许多专业摄影师由于连续拍摄或延时图像等原因有很多类似的镜头。所有情况都会从这种压缩中受益。

另外，我不需要无损压缩，至少不需要图像数据（必须保留元数据）。

那么...... 是否有一种压缩方法可以利用被压缩图像之间的相似性？

上述试验的两个图像可以被下载这里，和第一测试的96个图像此处。

Answer 1

我不知道有什么特定的软件可以做到这一点，但有一些关于这个主题的研究。例如，请参阅Samy Ait-Aoudia、Abdelhalim Gabis、Amina Naimi的文章Compressing Sets of Similar Image，以及由 Jinn-Der Lee、Shu-Yen Wan、Chemg-Min Ma、Rui 撰写的使用混合压缩模型压缩相似图像集——冯武。

在更实用的层面上，您可以扩展您的减法技术，例如通过编写一个使用ImageMagick计算连续图像之间差异的脚本，将结果保存为 jpeg（如果您希望它无损，则保存为压缩的 png）。您将获得一个基本图像和一组应该小得多的压缩“增量”图像。要使用 ImageMagick 计算差异：

convert image2.png image1.png -compose MinusSrc -composite -depth 24 -define png:compression-filter=2 -define png:compression-level=9 -define png:compression-strategy=1 difference-2-1.png

通过加回来重新计算：

convert image1.png difference-2-1.png -compose Plus -composite image2-reconstructed.png

（您可以使用 jpg 来做同样的事情并节省大量空间）。