第6章图象编码

第6章 图象编码
五．神经网络方法
6.6其它编码方法
1．它是一种非正交、非线性、降维变换 用神经网络实现广义变换的方法有两种: (1)用Hopfield网实时求解 (2)前向网络法 2．优缺点： 优点：一旦训练完成，压缩编码的计算就十分简单；压缩主要 靠学习完成，编码可以进一步提高压缩比；适合于任何图 象的压缩 缺点：学习训练时间长
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第6章 图象编码
6.3 简 单 编 码 方 法
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第6章 图象编码
一．变长编码 3．算术编码：对一串数据用一个编码表示，编码本身确定
在0和1之间的1个实数区间。 举例：
6.3简单编码方法
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第6章 图象编码
二．位平面编码
6.3简单编码方法
是基于将多灰度值图象分解成一系列二值图，然后对每幅二值 图再用二元压缩方法进行压缩的技术 1．位平面分解： 0i m2 ai ai 1
E {[ f n f n ^ ] 2 } a j
6.4预测编码
＝0求解预测系数
自适应预测器:
0.97 f ( x, y 1) 如 f (x-1,y)-f (x-1,y -1) f ( x, y 1) f ( x 1, y 1) f 4 ( x, y ) 0.97 f (x-1,y) 其它
⑵准则2：用编码输入图象与解码输出图之间的均方信噪比
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第6章 图象编码
二．图象保真度和质量
6.2 基本概念和理论
1．客观保真度准则 ⑵准则2： 实际应用中常用归一化SNR(db)分贝
峰值信噪比SNR：
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第6章 图象编码
二．图象保真度和质量
2．主观保真度准则
6.2 基本概念和理论
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第6章 图象编码
六．分形编码
1．分形编码是寻求一幅图象的一组分形，由这组分形可以重 构出原图象。 2．编码解码过程
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第6章 图象编码
6.6其它编码方法
六．分形编码
3．特点: ⑴高压缩比 ⑵运算速度与提高图象分辨率关系不大 ⑶选择恰当的分形模型完全可以构造清晰的边缘细节 ⑷压缩时计算量大，解压时很快 4．存在的主要问题： 如何恰到好处地分割图象？如何构造迭代函数系统?
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第6章 图象编码
一．变长编码
6.3简单编码方法
1．Huffman编码：消减编码冗余最常用的技术 ⑴缩减信源符号数量 ⑵对每个信源符号赋值 举例：
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第6章 图象编码
6.3简单编码方法
一．变长编码 2．一些亚最优变长码
⑴B2码：信息位两位，标志位1位 ⑵截断Huffman码：对M个出现概率最大的符号进行Huffman 编码，第M个Huffman码作为前缀码 ⑶二元平移码：将所有符号概率由大到小排列，然后分成 各有7个符号的n块，将第一块作为参考块。 ⑷Huffman平移码：将所有符号概率由大到小排列，然后分 成各有7个符号的n块，将第一块a1…a7 与a8’进行 Huffman编码。 举例：
6.5变换编码
常用第3种方法，一个典型的归一化矩阵为：
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第6章 图象编码
6.6其它编码方法
一．对运动图象编码
1．帧间编码：除了要完成一帧图象本身的去相关数据压缩以 外，还要对相继各帧间的相关性进行压缩 每帧图象分成两部分:稳定部分、运动部分 e(m,n,i)=f(m,n,i)-f’(m,n,i-1) 传输、存储的是误差超过门限的部分 2．自适应帧间预测编码 把图象分成：稳定区、缓变区、速变区 象素灰度预测值为：
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第6章 图象编码
三．子带编码（变换域编码）
3．优点： ⑴通过频率分解，可以去除信号频率相关性，减少多余度 ⑵可以采用不同长度的码字对各不同频带内信号进行编码 ⑶可以防止能量较小频带内信号受其它频带内量化噪声的 干扰和影响
6.6其它编码方法
四．矢量量化编码
1．编码解码过程 编码过程：输入一个矢量Xi，然后在码书中寻找和Xi矢量 测量最小的码字Yi，并取它的序号i。 2．优缺点： 优点：编码效率高；失真小；所需传输速率低。 缺点：复杂度随矢量维数成指数增加 30
作变换 gi＝ 效果图：
ai i m 1

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第6章 图象编码
二．位平面编码
6.3简单编码方法
2．常数块编码：用专门的码字表达全是0或1的连通区域，将 图象分成全黑或全白或混合的互不相交的块。 3．1-D游程编码（RLC）：用一系列描述黑或白象素游程的长 度来表示二值图或位平面的每一行。 4．2-D游程编码：
f ' (m, n, i 1) (m, n)属于稳定区 f ' (m p, n q, i 1) (m, n)属于缓变区 f’(m,n,i)= a1 f ' (m 1, n, i ) a 2 f ' (m 1, n 1, i ) a3 f ' (m, n 1, i) (m, n)属于速变区
一．数据冗余
1．编码冗余： Sk:表示图象的灰度值，每个Sk出现的概率Ps(Sk)=nk/n, k=0,……L－1， L -1 l(Sk )P s (Sk ) 每个象素的平均码长：Lavg= k 0 ⑴自然码：每个象素的码是2m个mbit的二元码中的一个。 ⑵变长编码：概率大的灰度级用短码，概率小的灰度级用 长码
2.MPEG MPEG-4
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第6章 图象编码
6.6其它编码方法
三．子带编码（变换域编码）
1．基本思想：把图象信号通过一组带通滤波器分解成不同频 带内地分量，然后在每个独立的子带中，对信号进行降率 采样和单独编码。 2. 例: 四子带编码系统 编码: 图象信号X(m,n)经过四子带滤波器滤波后,再经过相同的 隔一抽一的降率采样,再对各子带的信号进行编码 解码: 先把码字变换成频率系数,再经过隔一插一的补插恢 复数据,并经过相反的滤波,对各子带的输出求和,得到解码 后的图象.
fn^=round[ aifn-i]
i 1
6.4预测编码
通过最小均方差准则可求解预测系数ai ：
E{[ f ( m , n ) f ^ ( m , n )] 2 } ＝0 a j
二．有损预测编码：在无损预测编码系统上加一个量化器
1．有损预测编码系统 一阶预测：fn^=afn-1’
c 量化器：en’= c en 0
二．变换选择：
1．正交变换的性质 ⑴具有熵保持性质 ⑶能量重新分配与集中 2．DCT目前最常用 ⑵具有能量保持性质 ⑷去相关特性
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第6章 图象编码
6.5变换编码
三．子图象尺寸选择
1．相关性：图象尺寸越大，相关性越大 2．计算量：子块越小，计算量越小 综合1、2两点，通常选8X8或16X16
四．比特分配:对变换子图象的系数截断、量化和编码的全过程称为比
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第6章 图象编码
6.6其它编码方法
一．对运动图象编码
3．帧间混合编码：首先在一帧内用DCT编码，以消除帧内相 关性，然后在帧间采用DPCM对误差进行编码，以消除帧间 相关。
二．等值线编码
用等值灰度值图形全面地描述一幅图象 1. 等值线的三要素： (1)等值线的灰度线 (2)它的起始点位置 (3)指向符序列 2. 两个主要算法: IP算法 T算法
三．基本编码定理：无失真编码定理
1．信源的熵：设信源 s={Sk}, Sk出现的概率为p(Sk) q 信源的熵H(s)= - p(Sk)logp(Sk)
k 1
6.2 基本概念和理论
2．无失真编码定理：在无干扰条件下，存在一种无失真的 编码方法，使编码的平均码长 与信源的熵H(s)任意的 _ 接近，即 L＝H(s)＋ 3．相关概念 ⑴平均码长 _ ⑵冗余度r= L /H(s)-1_ ⑶编码效率 ＝H(s)/ L ⑷压缩比 c=n/nd
七．小波变换编码
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第6章 图象编码
6.7 国际标准简介
一．二值图象地压缩标准：
G3、G4、JBIG
二．静止图象
JPEG、JPEG2000(无分块效应)
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第6章 图象编码
6.7 国际标准简介
三．运动图象
1.H．261 基本步骤: 对第一帧采用变换域编码,减少帧内冗余 估计目标的运动,减少帧间冗余
^
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第6章 图象编码
二．有损预测编码：
DPCM编码中不同预测器的效果比较：
6.4预测编码
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第6章 图象编码
6.4预测编码
二．有损预测编码：
3．有损预测编码系统特性：会引起斜率过载、界线繁忙、颗 粒噪声和轮廓噪声，在使用中应予以考虑。
6.5变换编码
经过正变换获得图象的变换域，再对变换系数作抽样编码。
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第6章 图象编码
6.2 基本概念和理论
一．数据冗余
1．编码冗余： 例：
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第6章 图象编码
6.2 基本概念和理论
一．数据冗余
2．象素间冗余： 例：
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第6章 图象编码
6.2 基本概念和理论
一．数据冗余
3．心理视觉冗余：量化
二．图象保真度和质量
1．客观保真度准则 ⑴准则1：用编码输入图象与解码输出图之间的均方根误差
特分配 1．分区编码：选出能量集中的区域，对其变换系数进行编码 2．阈值编码：事先设定一个门限值T，若系数超过T就保留下来进行编 码传送，若系数小于T就舍弃。
三种对变换子图象取阈值的方法：
⑴对所有子图象用一个全局阈值 ⑵对各个子图象分别用不同的阈值 ⑶根据子图象中各系数的位置选取阈值
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第6章 图象编码
第6章 图象编码
6.1 概述
一．图象编码压缩的必要性 二．图象压缩的可能性 三．压缩的分类
⑴信息保存型 ⑵信息损失型
6.2 基本概念和理论 一．数据冗余
相对数据冗余RD=1-1/CR 其中压缩率 CR=n1/n2 通常有3种基本数据冗余：编码冗余、象素间冗余、心理视 觉冗余。
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第6章 图象编码
6.2 基本概念和理论
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第6章 图象编码
二．位平面编码
5．编码方法比较
6.3简单编码方法
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第6章 图象编码
一．无损预测编码
1．无损预测编码系统：主要由1个编码器和1个解码器组成 编码器：en=fn-fn^
6.4预测编码
解码器：
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第6章 图象编码
一．无损预测编码
2．预测器：通过 m个先前象素进行线性组合得到 m
一．变换编码系统
⑴图象变换编码的通用模型 f(t)-------->正交变换-------->量化器-------->编码器-------->s(n) s(n) -------->译码器-------->反变换--------> f’(t)
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第6章 图象编码
6.5变换编码
一．变换编码系统
⑵典型的变换编码系统：
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第6章 图象编码
6.4预测编码
二．有损预测编码：在无损预测编码系统上加一个量化器
1．有损预测编码系统
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第6章 图象编码
二．有损预测编码：
DM编码举例：
6.4预测编码
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第6章 图象编码
二．有损预测编码：
DM编码举例：
6.4预测编码
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第6章 图象编码
二．有损预测编码：
2．最优预测器： 最优预测器条件：fn’=en’+fn^=en+f^=fn 采用最小均方误差准则： 举例：