z6数字图像的压缩编码PPT课件
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➢ 概述
应用环境允许图像有一定程度失真
1)接受端图像设备分辨率较低，则可降低图像分辨率。 2)根据人的视觉特性对不敏感区进行降分辨率编码。 3)用户所关心的图像区域有限，可对其余部分图像采用 空间和灰度级上的粗化。
12
➢ 概述
图像数据的这些冗余信息为图像压缩编码提供了依据。例如， 利用人眼对蓝光不敏感的视觉特性，在对彩色图像编码时， 就 可以用较低的精度对蓝色分量进行编码。图像编码的目的就是 充分利用图像中存在的各种冗余信息，特别是空间冗余、时间 冗余以及视觉冗余，以尽量少的比特数来表示图像。利用各种 冗余信息， 压缩编码技术能够很好地解决在将模拟信号转换为 数字信号后所产生的带宽需求增加的问题， 它是使数字信号走 上实用化的关键技术之一，下表中列出了几种常见应用的码率。
I(di)=-log2P(di) 可见 越是不可能出现的消息，它的出现对信息的贡献量越大： 一个消息出现的可能性越小，其信息量就越多； 而消息出现的可能性越大，其信息量就越少。
熵：信源的平均信息量称为“熵”（entropy），即
m
H p(di)lo2gp(di) i1
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➢ 概述
压缩编码系统评价 1)名词术语 平均码字长：
8
➢ 概述
图像本身特征带来的数据压缩的可能性
1)图像像素灰度在时间和空间上的相关性造成信息冗余 空间冗余：邻近像素灰度分布的相关性很强； 频间冗余：多谱段图像中各谱段图像对应像素之间灰 度相关性很大； 时间冗余：序列图像帧间画面对应像素灰度的相关性 很强。
9
➢ 概述
图像本身特征带来的数据压缩的可能性
2)图像中像素灰度出现的不均匀性，造成图像信息熵冗 余。 若将出现概率大的灰度级用长度较短的码表示；将出现 概率小的灰度级用长度较长的码表示，有可能使编码总 长度下降。
10
➢ 概述
图像本身特征带来的数据压缩的可能性
3)图像能量在变换域内分布的不均匀性。 大部分能量 低频部分 分配较多的位数 小部分能量 高频部分 分配较少的位数
4
➢ 概述
必要性： 容量很大、存储、处理和传输困难。
5
➢ 概述
图像 采集
信源 编码
图像 显示或 存储
信源 解码
信道 编码 图 像
通信
信道 解码
6
➢ 概述
信源
– 需要传输或存储的原始信息称为“信源”。包 括语音、图像、视频等信息源。
– “信源编码”的主要任务是利用一定的编码方 法降低数码率，即比特率。
2
➢ 概述
图像压缩编码的必要性 例：200dpi的分辨率传输一张A4稿纸的内容 (200*210/25.4) * (200*297/25.4) bit
= 3866948 bit 电话线传输速率 14.4Kbit/s t = 3866948 / (14.4*1024) = 262s= 4.4min
3
平均码字长：R 6 i p(di)2.45 i1
编码效率： H 1% 0 0 2 .4 2 1% 0 0 9.8 8 %
第六章 数字图像的压缩编码
1
➢ 概述
图像压缩编码的必要性 例：640*480*24bit＝7372800bit
＝7372800/8/1024 ＝900KB
若以每秒30帧的速度播放，每秒的数据量为：
640*480*24*30bit ＝ 210.9Mbit = 26.3MB 650MB/ 26.3MB ＝ 24s
m
R i p(di ) i1 i 为灰度级di对应的码字长
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➢ 概述
压缩编码系统评价 1)名词术语 编码效率：
H 100%
R
Biblioteka Baidu
压缩比：
r n R
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➢ 概述
压缩编码系统评价
2)系统评价 基于压缩编码参数的基本评价 在R≥H条件下，总可以设计出某种无失真编码方法； R<H，则必然会丢失信息而引起失真，这时，其编码 就是在允许有某种失真的条件下的所谓失真编码； 最佳编码：R等于或接近于H。
13
➢ 概述
14
➢ 概述
图像压缩编码的分类 1)从图像压缩技术的发展过程分类
20世纪80年代以前 传统的信源编码方法(有关 信息熵、编码方法及数据压缩比) 20世纪80年代以后 突破信源编码理论(结合分 形、神经网络、小波变换等数学工具，充分利用 视觉系统生理心理特性和图像信源的各种特性)
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➢ 概述
20
➢ 概述
一个编码系统要研究的问题是设法减少编码 的平均长度，使编码效率η尽量趋于1，而冗 余度尽量趋于0。 例：
符号：u1 u2 u3 u4 u5 u6 概率：0.25 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 码字：01 10 11 000 0010 0011
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➢ 概述
6
熵： H p(di)lo2gp(di)2.42 i1
➢ 概述
例:一般彩色电视信号,YIQ色空间中各分量的带宽分别 为4.2MHz、1.5MHz、0.5MHz，采样原理，采样 频率>=2倍原始信号频率，量化为8bit，1秒钟的数 据量为(4.2+1.5+0.5)*2*8=99.2MBits，约为 100Mbits/S。
1GB/100Mbit = 1024*8Mbit/100Mbit= 82s 1GB的CD-ROM存1分钟多的原始电视节目。 HDTV数据量约为1.2Gbits/S，1GB存6秒钟HDTV。
图像压缩编码的分类 2)从解码结果对原图像的保真程度分类
无损压缩(冗余度压缩、可逆压缩) 有损压缩(熵压缩、不可逆压缩) 3)根据具体编码技术分类 预测编码、变换编码、统计编码、轮廓编码、模 型编码
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➢ 概述
压缩编码系统评价 1)名词术语 图像熵： 按照信息论，设有一个无记忆的信源，它产生消息 {di}, i=1,…,m的概率是已知的，记为P(di)，则信息量定义为：
信道
– 信息传输的通路； – 信息在传输中要增加可靠性、抗干扰能力，就
要进行“信道编码”，此时要进行奇偶校验等 检测，需要增加比特数。抗干扰能力越强，增 加的比特数就越多。
7
➢ 概述
图像压缩编码的可能性
图像压缩的理论基础是信息论。从信息论的角度 来看，压缩就是去掉信息中的冗余，即保留不确 定的信息，去掉确定的信息(可推知的)；也就是 用一种更接近信息本质的描述来代替原有冗余的 描述。 一幅图像中存在着大量的数据冗余和主观视觉冗 余，因此数据压缩既是必要的，也是可能的。
➢ 概述
应用环境允许图像有一定程度失真
1)接受端图像设备分辨率较低，则可降低图像分辨率。 2)根据人的视觉特性对不敏感区进行降分辨率编码。 3)用户所关心的图像区域有限，可对其余部分图像采用 空间和灰度级上的粗化。
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➢ 概述
图像数据的这些冗余信息为图像压缩编码提供了依据。例如， 利用人眼对蓝光不敏感的视觉特性，在对彩色图像编码时， 就 可以用较低的精度对蓝色分量进行编码。图像编码的目的就是 充分利用图像中存在的各种冗余信息，特别是空间冗余、时间 冗余以及视觉冗余，以尽量少的比特数来表示图像。利用各种 冗余信息， 压缩编码技术能够很好地解决在将模拟信号转换为 数字信号后所产生的带宽需求增加的问题， 它是使数字信号走 上实用化的关键技术之一，下表中列出了几种常见应用的码率。
I(di)=-log2P(di) 可见 越是不可能出现的消息，它的出现对信息的贡献量越大： 一个消息出现的可能性越小，其信息量就越多； 而消息出现的可能性越大，其信息量就越少。
熵：信源的平均信息量称为“熵”（entropy），即
m
H p(di)lo2gp(di) i1
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➢ 概述
压缩编码系统评价 1)名词术语 平均码字长：
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➢ 概述
图像本身特征带来的数据压缩的可能性
1)图像像素灰度在时间和空间上的相关性造成信息冗余 空间冗余：邻近像素灰度分布的相关性很强； 频间冗余：多谱段图像中各谱段图像对应像素之间灰 度相关性很大； 时间冗余：序列图像帧间画面对应像素灰度的相关性 很强。
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➢ 概述
图像本身特征带来的数据压缩的可能性
2)图像中像素灰度出现的不均匀性，造成图像信息熵冗 余。 若将出现概率大的灰度级用长度较短的码表示；将出现 概率小的灰度级用长度较长的码表示，有可能使编码总 长度下降。
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➢ 概述
图像本身特征带来的数据压缩的可能性
3)图像能量在变换域内分布的不均匀性。 大部分能量 低频部分 分配较多的位数 小部分能量 高频部分 分配较少的位数
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➢ 概述
必要性： 容量很大、存储、处理和传输困难。
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➢ 概述
图像 采集
信源 编码
图像 显示或 存储
信源 解码
信道 编码 图 像
通信
信道 解码
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➢ 概述
信源
– 需要传输或存储的原始信息称为“信源”。包 括语音、图像、视频等信息源。
– “信源编码”的主要任务是利用一定的编码方 法降低数码率，即比特率。
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➢ 概述
图像压缩编码的必要性 例：200dpi的分辨率传输一张A4稿纸的内容 (200*210/25.4) * (200*297/25.4) bit
= 3866948 bit 电话线传输速率 14.4Kbit/s t = 3866948 / (14.4*1024) = 262s= 4.4min
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平均码字长：R 6 i p(di)2.45 i1
编码效率： H 1% 0 0 2 .4 2 1% 0 0 9.8 8 %
第六章 数字图像的压缩编码
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➢ 概述
图像压缩编码的必要性 例：640*480*24bit＝7372800bit
＝7372800/8/1024 ＝900KB
若以每秒30帧的速度播放，每秒的数据量为：
640*480*24*30bit ＝ 210.9Mbit = 26.3MB 650MB/ 26.3MB ＝ 24s
m
R i p(di ) i1 i 为灰度级di对应的码字长
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➢ 概述
压缩编码系统评价 1)名词术语 编码效率：
H 100%
R
Biblioteka Baidu
压缩比：
r n R
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➢ 概述
压缩编码系统评价
2)系统评价 基于压缩编码参数的基本评价 在R≥H条件下，总可以设计出某种无失真编码方法； R<H，则必然会丢失信息而引起失真，这时，其编码 就是在允许有某种失真的条件下的所谓失真编码； 最佳编码：R等于或接近于H。
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➢ 概述
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➢ 概述
图像压缩编码的分类 1)从图像压缩技术的发展过程分类
20世纪80年代以前 传统的信源编码方法(有关 信息熵、编码方法及数据压缩比) 20世纪80年代以后 突破信源编码理论(结合分 形、神经网络、小波变换等数学工具，充分利用 视觉系统生理心理特性和图像信源的各种特性)
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➢ 概述
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➢ 概述
一个编码系统要研究的问题是设法减少编码 的平均长度，使编码效率η尽量趋于1，而冗 余度尽量趋于0。 例：
符号：u1 u2 u3 u4 u5 u6 概率：0.25 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 码字：01 10 11 000 0010 0011
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➢ 概述
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熵： H p(di)lo2gp(di)2.42 i1
➢ 概述
例:一般彩色电视信号,YIQ色空间中各分量的带宽分别 为4.2MHz、1.5MHz、0.5MHz，采样原理，采样 频率>=2倍原始信号频率，量化为8bit，1秒钟的数 据量为(4.2+1.5+0.5)*2*8=99.2MBits，约为 100Mbits/S。
1GB/100Mbit = 1024*8Mbit/100Mbit= 82s 1GB的CD-ROM存1分钟多的原始电视节目。 HDTV数据量约为1.2Gbits/S，1GB存6秒钟HDTV。
图像压缩编码的分类 2)从解码结果对原图像的保真程度分类
无损压缩(冗余度压缩、可逆压缩) 有损压缩(熵压缩、不可逆压缩) 3)根据具体编码技术分类 预测编码、变换编码、统计编码、轮廓编码、模 型编码
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➢ 概述
压缩编码系统评价 1)名词术语 图像熵： 按照信息论，设有一个无记忆的信源，它产生消息 {di}, i=1,…,m的概率是已知的，记为P(di)，则信息量定义为：
信道
– 信息传输的通路； – 信息在传输中要增加可靠性、抗干扰能力，就
要进行“信道编码”，此时要进行奇偶校验等 检测，需要增加比特数。抗干扰能力越强，增 加的比特数就越多。
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➢ 概述
图像压缩编码的可能性
图像压缩的理论基础是信息论。从信息论的角度 来看，压缩就是去掉信息中的冗余，即保留不确 定的信息，去掉确定的信息(可推知的)；也就是 用一种更接近信息本质的描述来代替原有冗余的 描述。 一幅图像中存在着大量的数据冗余和主观视觉冗 余，因此数据压缩既是必要的，也是可能的。