数字图像处理第六章图像压缩与编码
数字图像处理实验报告 (图像编码)
实验三图像编码一、实验内容:用Matlab语言、C语言或C++语言编制图像处理软件，对某幅图像进行时域和频域的编码压缩。
二、实验目的和意义:1. 掌握哈夫曼编码、香农-范诺编码、行程编码2．了解图像压缩国际标准三、实验原理与主要框架:3.1实验所用编程环境:Visual C++6.0（简称VC）3.2实验处理的对象:256色的BMP(BIT MAP )格式图像BMP(BIT MAP )位图的文件结构:(如图3.1)图3.1 位图的文件结构具体组成图:单色DIB 有2个表项16色DIB 有16个表项或更少 256色DIB 有256个表项或更少 真彩色DIB 没有调色板每个表项长度为4字节（32位） 像素按照每行每列的顺序排列每一行的字节数必须是4的整数倍biSize biWidth biHeight biPlanes biBitCount biCompression biSizeImagebiXPelsPerMeter biYPelsPerMeter biClrUsedbiClrImportantbfType=”BM ” bfSizebfReserved1 bfReserved2 bfOffBits BITMAPFILEHEADER位图文件头 （只用于BMP 文件）BITMAPINFOHEADER位图信息头Palette 调色板DIB Pixels DIB 图像数据3.3 数字图像基本概念数字图像是连续图像(,)f x y 的一种近似表示，通常用由采样点的值所组成的矩阵来表示：(0,0)(0,1)...(0,1)(1,0)(1,1)...(1,1).........(1,0)(1,1)...(1,1)f f f M f f f M f N f N f N M -⎡⎤⎢⎥-⎢⎥⎢⎥⎢⎥----⎣⎦每一个采样单元叫做一个像素(pixel )，上式(2.1)中，M 、N 分别为数字图像在横(行)、纵(列)方向上的像素总数。
图形编码知识点总结
图形编码知识点总结一、概念图形编码是一种用来表示和传输图像信息的技术。
它是数字图像处理技术的一部分，用来把图像信息转换成数字信号，以便能够存储和传输。
图形编码技术是基于数字信号处理的基础上，通过压缩技术和编码方式，将图像信息转化成数字信号并保存在计算机或其他数字媒体上。
二、图像编码的分类1、无损编码无损编码是指在保持图像质量不变的情况下，将图像数据进行压缩，并进行编码以便于传输和存储。
常见的无损编码算法有无损压缩算法、赫夫曼编码和算术编码等。
无损编码的优点是能够保持图像质量不变，但缺点是无损编码算法产生的文件体积大，传输和存储成本高。
2、有损编码有损编码是指在一定情况下，将图像数据进行压缩并编码，在达到一定压缩比的同时，牺牲一定图像质量的编码方式。
有损编码通过舍弃图像数据中的一些细节信息，将图像数据压缩至较小的存储空间。
有损编码的优点是可以取得较大的压缩比，降低存储和传输成本，但缺点是会对图像质量造成一定程度的影响。
三、图像编码的基本原理1、信号采样信号采样是图像编码的第一步，它是将连续的图像信号转化为离散的数据点。
通过对图像进行采样，可以获得图像在空间和时间上的离散表示。
2、量化量化是将采样得到的离散数据映射为有限数量的离散数值。
量化的目标是将连续的图像信号转化为离散的数字信号集合，以方便图像编码和传输。
3、编码编码是将量化后的离散数据进行数字化处理，通过一定的编码方式将图像数据压缩并进行编码以便传输和存储。
编码方式常见有熵编码、差分编码、矢量量化和小波变换等。
四、常见的图像编码技术1、JPEGJPEG是一种常见的有损图像压缩标准，它采用的是DCT变换和量化技术，能够取得较大的压缩比。
JPEG压缩技术在图像编码中应用广泛，被用于数字摄影、网络传输和数字视频等领域。
2、PNGPNG是一种无损图像压缩标准，它将图像数据进行无损压缩和编码，以便于图像的存储和传输。
PNG压缩技术在需要无损图像保真度的场合得到广泛应用。
图像处理中的数字图像压缩
图像处理中的数字图像压缩数字图像压缩在图像处理中扮演着重要的角色。
数字图像压缩可以将图像数据压缩成更小的文件大小，更方便存储和传输。
数字图像压缩分为有损和无损两种不同的技术，本文将详细讨论这两种数字图像压缩方法。
一、无损压缩无损压缩是数字图像压缩中最常用的技术之一。
无损压缩的优点是可以保持图片原始数据不被丢失。
这种方法适用于那些需要保持原始画质的图片，例如医学成像或者编程图像等。
无损压缩的主要压缩方法有两种：一种是基于预测的压缩，包括差异编码和改进变长编码。
另一种是基于统计的压缩，其中包括算术编码和霍夫曼编码。
差异编码是一种通过计算相邻像素之间的差异来达到压缩目的的方法。
它依赖于下一像素的值可以预测当前像素值的特性。
改进的变长编码是一种使用预定代码值来表示图像中频繁出现的值的压缩技术。
它使用变长的代码，使得频繁出现的值使用较短的代码，而不常用的值则使用较长的代码。
算术编码是一种基于统计的方法，可以将每个像素映射到一个不同的值范围中，并且将像素序列编码成一个单一的数值。
霍夫曼编码也是一种基于统计的压缩方法。
它通过短代码表示出现频率高的像素值，而使用长代码表示出现频率较低的像素值。
二、有损压缩有损压缩是另一种数字图像压缩技术。
有损压缩方法有一些潜在的缺点，因为它们主要取决于压缩率和压缩的精度。
在应用有损压缩技术之前，必须确定压缩强度，以确保压缩后的图像满足预期的需求。
有损压缩方法可以采用不同的算法来实现。
这些算法包括JPEG、MPEG和MP3等不同的格式。
JPEG是最常用的有损压缩算法，它在压缩时可以通过调整每个像素所占用的位数来减小图像的大小。
MPEG是用于压缩视频信号的一种压缩技术。
它可以将视频信号分成多个I帧、P帧和B帧。
I帧代表一个完整的图像，而P帧和B帧则包含更少的信息。
在以后的编码中，视频编码器使用压缩技术将视频序列压缩成较小的大小。
MP3是一种广泛使用的音频压缩技术，它使用了同样的技术，包括频域转换、量化和哈夫曼编码。
数字图像处理~图像编码
Eb = -log2(0.3) = 1.737
Ec = -log2(0.2) = 2.322
总信息量也即表达整个字符串需要的位数为：
E = Ea * 5 + Eb * 3 + Ec * 2 = 14.855 位
举例说明:
如果用二进制等长编码,需要多少位?
数据压缩技术的理论基础是信息论。
2.信息量和信息熵
A
B
数据压缩的基本途径
数据压缩的理论极限
信息论中信源编码理论解决的主要问题：
信息量等于数据量与冗余量之差
I = D - du
数据是用来记录和传送信息的，或者说数据
是信息的载体。
数据所携带的信息。
信息量与数据量的关系：
du—冗余量
I— 信息量
D— 数据量
叁
实时传输：在10M带宽网上实时传输的话，需要压缩到原来数据量的?
肆
存储： 1张CD可存640M，如果不进行压缩，1张CD则仅可以存放?秒的数据
伍
可见，单纯依靠增加存储器容量和改善信道带宽无法满足需求，必须进行压缩
1 图像编码概述
数字化后的图像信息数据量非常大，图像压缩利用图像数据存在冗余信息，去掉这些冗余信息后可以有效压缩图像。
01.
02.
03.
04.
问题：
把某地区天气预报的内容看作一个信源，它有6种可能的天气：晴天（概率为0.30）、阴天（概率为0.20）、多云（概率为0.15）、雨天（概率为0.13）、大雾（概率为0.12）和下雪（概率为0.10），如何用霍夫曼编码对其进行编码？平均码长分别是多少？
哈夫曼编码
30
10
数字图像处理教学大纲
数字图像处理课程教学大纲（理论课程）◆课程编号：130128◆课程英文名称：Digital Image Processing◆课程类型：☐通识通修☐通识通选☐学科必修√学科选修☐跨学科选修☐专业核心√专业选修（学术研究）☐专业选修（就业创业）◆适用年级专业（学科类）：四年级电子信息工程专业、通信工程（专业电气信息类）◆先修课程：信号与系统、数字信号处理、线性代数、概率统计◆总学分：2◆总学时：34一、课程简介与教学目标数字图像处理时模式识别，计算机视觉，图像通信，多媒体技术等学科的基础，是一门涉及多领域的交叉学科。
通过本课程的学习，使学习者系统地了解数字图像的基本概念、数字图像形成的原理，掌握数字图像处理的理论基础和技术方法，了解与各种处理技术相关的应用领域。
为学生今后从事数字图像信息处理工作奠定坚实的理论基础。
二、教学方式与方法教学方式：课堂讲授（以多媒体课件为主导）和课下上机实践相结合；教学方法：采用以BTEC（Business Technology Education Council）模式为主，以TBL（task-based learning）任务型模式为辅的两种教学模式相结合的教学方法。
用任务引导学习，更注重学生个性的发展和个人潜能的开发，考核以平时的课业、表现、出勤、学习态度和最后的考试共同衡量学生的学习水平，达到教学目的。
三、教学重点与难点（一）教学重点重点是第4章图像增强、第6章图像复原、第7章图像分割；（二）教学难点难点是第3章图像变换和第6章图像复原。
四、学时分配计划五、教材与教学参考书（一）教材1.《数字图像处理与分析》，刘直芳、王运琼、朱敏，清华大学出版社，2006；2.《数字图像处理（第二版》，R. C. Gonzalez和R. E. Woods（美国），电子工业出版社，2006；（二）教学参考书1.《图像工程（上册）：图像处理》，章毓晋，清华大学出版社，2006；2.《图像工程（中册）：图像分析》，章毓晋，清华大学出版社，2005；3.《数字图像处理学》，阮秋琦，电子工业出版社，2003；4.《数字图像处理》，陈天华，清华大学出版社，2007；5.《数字图像处理》，姚敏，机械工业出版社，2006；六、课程考核与成绩评定【考核类型】√考试☐考查【考核方式】☐开卷（Open-Book）√闭卷（Close-Book）☐项目报告/论文☐其它：（填写具体考核方式）【成绩评定】平时成绩占(30－40)％，考试成绩占(70-60)％七、课程内容概述第一章绪论（一）教学要求了解数字图像处理的基本概念和特点，研究的目的和意义，数字图像图像处理的主要研究内容，国内外研究现状与发展趋势，主要应用领域。
数字图像处理期末总结
数字图像处理期末总结绪论图像：是客观目标的一种相似性描述，它包含了被描述的对象，是客观世界三维实体到维实体的变换（连续图像）。
数字图像：连续图像经过空间离散化，灰度整量后的图像。
连续图像处理：利用光学、化学方法对图像进行一系列操作。
数字图像处理：基于计算机和一定的数学变换方法，对数字图像进行一系列的操作处理，称为数字图像处理。
数字图像处理目的：数字图像处理强调图像间的数学变换，目的是对图像进行各种加工处理，以改善图像视觉效果，并为自动识别打下基础。
或对图像进行压缩编码，以减少所需存储空间和传输时间。
数字图像处理主要内容：图像获取、图像显示、图像变换、图像增强、图像压缩、图像恢复与重建、图像分割、图像描述、图像纹理分析第二章、数字图像处理基础2.2图像与数字化2.21连续图像：指图像强度随空间位置，光线波长入及时间t变化。
2.211灰度图象：仅考虑光的能量，不顾及波长（频率）变化，图像视觉上表示为灰度变化，称为灰度图像或单色图像。
2.212彩色图像：由于不同波长光的彩色效应，则图像视觉上表现为彩色图像。
2.213静止图像：图像内容不随时间变化的图像称为静止像像，反之称为运动图像。
2.22图像数字化：图像数字化是将一幅图像转换成计算机可以处理的形式。
图像数字化分为采样与整量两部分。
2.22.1采样：将连续图像在空间上进行离散化的过程。
其中采样间隔与采样孔是两个重要参数的选择。
2.22.2整量：连续图像经过空间离散化，其像素灰度需转换成离散整数值过程。
2.3直方图：表示图像中各灰度级与对应灰度级像素出现的频率间关系。
性质：(1)直方图上没有位置信息，灰度直方图仅统计某一灰度值的像素个数占全幅像素的比例，同一灰度的像素在图象中空间位置未表示。
(2)直方图是总体灰度概念，直方图可以看出图像总体性质，一幅图像对应唯一直方图，但不同图像可能有相同直方图。
(3)直方图可叠加性，一幅图像分成数个不同区域，各区域直方图之和即为该像直方图。
数字图像处理- 图像压缩与编码
减少冗余性，目的是从图像和视频这些源信号中删除掉 重复的部分； 减少不相干性，就是忽略掉不会被信号接受者所感知的 部分信号。
数字图像处理
2
一般来说，需要涉及三种类型的冗余性，分别
包括：
பைடு நூலகம்
邻域像素值之间的空间冗余性或者相关性 不同颜色平面或者光谱带之间的光谱冗余性或者相 关性 在图像序列中相邻帧之间的时基冗余性或者相关性 （对于视频应用来说）
数字图像处理
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一般来说，从压缩数据中重构图像通常比压缩过程 要快得多，这就是用户平时在浏览一幅BMP图像和 一幅JPEG图像的时候实际上是感受不到任何时间 上延迟的原因。 对于一幅大尺度图像的压缩格式存储来说，其消耗 的时间用户通常是感受得到的，特别对于一个图像 序列（即视频）的压缩则是一种漫长的等待。 相对而言，压缩视频格式的解码和播放都必须快于 或者等于视频的帧率，否则所得到的编解码器绝对 是失败的。 对于专业人员来说，图像压缩和解压缩从来都是成 对出现的。
WWWWWWWWWWWWBWWWWWWWWWWWWBB BWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWB WWWWWWWWWWWWWW 12W1B12W3B24W1B14W
数字图像处理
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int rle_encode(char *out, const char *in, int l) { int dl, i; char cp, c; for(cp=c= *in++, i = 0, dl=0; l>0 ; c = *in++, l-- ) { if ( c == cp ) { i++; if ( i > 255 ) { *out++ = 255; *out++ = c; dl += 2; i = 1; } } else { *out++ = i; *out++ = cp; dl += 2; i = 1; } cp = c; } *out++ = i; *out++ = cp; dl += 2; return dl; }
数字图像处理总复习(14)(1)
2.图像锐化与图像平滑有何区别与联系？
第三章 （不考计算题） 频域滤波的物理含义 傅立叶变换性质 频域滤波的基本方法
第四章 灰度基本变换（线形、非线性） 直方图处理（定义、直方图规定化、均衡化） 算术逻辑运算（帧差分，帧平均） 空间滤波（均值、中值、KNN） 同态滤波（滤波流程） 边缘检测（一阶，二阶，循环卷积） 图像锐化与图像平滑 真彩色图像处理与伪彩色图像处理
第一章图像数字图像处理灰度图像的概念图像工程定义分类图像的表达图像文件格式bmp文件第二章视觉感知要素图像采样和量化颜色模型像素之间的基本关系邻接连通距离度量第三章不考计算题频域滤波的物理含义傅立叶变换性质频域滤波的基本方法第四章灰度基本变换线形非线性直方图处理定义直方图规定化均衡化算术逻辑运算帧差分帧平均空间滤波均值中值knn同态滤波滤波流程边缘检测一阶二阶循环卷积图像锐化与图像平滑真彩色图像处理与伪彩色图像处理第五章图像编码与压缩不考计算图像编码的基本概念图像编码的方法第六章图像恢复颜色模型第七章图像分割图像的阈值分割图像的梯度分割图像边缘检测第八章目标的表达和描述目标表达目标的描述第九章形态学运算膨胀腐蚀开运算闭运算?除电磁波谱图像外按成像来源进行划分的话常见的计算机图像还包三种类型
8. 直方图修正有哪两种方法？二者有何主要区别于 联系？
方法：直方图均衡化和直方图规定化。
区别：直方图均衡化得到的结果是整幅图对比度的增 强，但一些较暗的区域有些细节仍不太清楚，直方图 规定化处理用规定化函数在高灰度区域较大，所以变 换的结果图像比均衡化更亮、细节更为清晰。联系： 都是以概率论为基础的，通过改变直方图的形状来达 到增强图像对比度的效果。
数字图像处理第6章_图像编码与压缩技术.
霍夫曼编码
例 假设一个文件中出现了8种符号S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、 S7，那么每种符号编码至少需要3bit S0=000, S1=001, S2=010, S3=011, S4=100, S5=101, S6=110, S7=111 那么，符号序列S0 S1 S7 S0 S1 S6 S2 S2 S3 S4 S5 S0 S0 S1编码后 000 001 111 000 001 110 010 010 011 100 101 000 000 001 （共42bit） 和等长编码不同的一种方法是可变长编码。在这种编码方法中， 表示符号的码字的长度不是固定不变的，而是随着符号出现的概率 而变化，对于那些出现概率大的信息符号编以较短的字长的码，而 对于那些出现概率小的信息符号编以较长的字长的码。
6.3.3 霍夫曼编码
霍夫曼(Huffman)编码是根据可变长最佳编码定理，应用霍夫曼算
1．
对于每个符号，例如经过量化后的图像数据，如果对它们每 个值都是以相同长度的二进制码表示的，则称为等长编码或均匀 编码。采用等长编码的优点是编码过程和解码过程简单，但由于 这种编码方法没有考虑各个符号出现的概率，实际上就是将它们 当作等概率事件处理的，因而它的编码效率比较低。例6.3给出了 一个等长编码的例子。
6.1.1 图像的信息冗余
图像数据的压缩是基于图像存在冗余这种特性。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身的描述代替原有冗余的描述。 8 （1） 空间冗余。在同一幅图像中，规则物体或规则背景的物理表 面特性具有的相关性，这种相关性会使它们的图像结构趋于有序和 平滑，表现出空间数据的冗余。邻近像素灰度分布的相关性很强。 （2） 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 （3） 时间冗余。对于动画或电视图像所形成的图像序列（帧序 列），相邻两帧图像之间有较大的相关性，其中有很多局部甚至完
数字图像处理课后参考答案
数字图像处理课后参考答案数字图像处理第⼀章1.1解释术语（2）数字图像：为了便于⽤计算机对图像进⾏处理，通过将⼆维连续（模拟）图像在空间上离散化，也即采样，并同时将⼆维连续图像的幅值等间隔的划分成多个等级（层次）也即均匀量化，以此来⽤⼆维数字阵列并表⽰其中各个像素的空间位置和每个像素的灰度级数的图像形式称为数字图像。
（3）图像处理：是指对图像信息进⾏加⼯以满⾜⼈的视觉或应⽤需求的⾏为。
1.7 包括图像变化、图像增强、图像恢复、图像压缩编码、图像的特征提取、形态学图像处理⽅法等。
彩⾊图像、多光谱图像和⾼光谱图像的处理技术沿⽤了前述的基本图像处理技术，也发展除了⼀些特有的图像处理技术和⽅法。
1.8基本思路是，或简单地突出图像中感兴趣的特征，或想⽅法显现图像中那些模糊了的细节，以使图像更清晰地被显⽰或更适合于⼈或及其的处理与分析。
1.9基本思路是，从图像退化的数学或概率模型出发，研究改进图像的外观，从⽽使恢复以后的图像尽可能地反映原始图像的本来⾯⽬，从⽽获得与景物真实⾯貌相像的图像。
1.10基本思路是，，在不损失图像质量或少损失图像质量的前提下，尽可能的减少图像的存储量，以满⾜图像存储和实时传输的应⽤需求。
1.11基本思路是，通过数学⽅法和图像变换算法对图像的某种变换，以便简化图像进⼀步处理过程，或在进⼀步的图像处理中获得更好的处理效果。
1.12基本⽬的是，找出便于区分和描述⼀幅图像中背景和⽬标的⽅法，以⽅便图像中感兴趣的⽬标的提取和描述。
第⼆章2.1解释下列术语（18）空间分辨率：定义为单位距离内可分辨的最少⿊⽩线对的数⽬，⽤于表⽰图像中可分辨的最⼩细节，主要取决于采样间隔值的⼤⼩。
（19）灰度分辨率：是指在灰度级别中可分辨的最⼩变化，通常把灰度级数L称为图像的灰度级分辨率。
（20）像素的4邻域：对于图像中位于（x,y）的像素p来说，与其⽔平相邻和垂直相邻的4个像素称为该像素的4邻域像素，他们的坐标分别为（x-1,y）（x,y-1）（x,y+1）（x+1,y）。
图像压缩与编码技术测试
图像压缩与编码技术测试（答案见尾页）一、选择题1. 在数字图像处理中，以下哪种编码方式常用于无损压缩？A. JPEGB. PNGC. GIFD. BMP2. 对于图像压缩，以下哪个指标通常用来衡量压缩率？A. 压缩比B. 信噪比C. 亮度D. 色彩深度3. 在JPEG压缩算法中，哪一个步骤是至关重要的？A. 采样B. 量化C. 编码D. 解码4. 在无损图像压缩中，以下哪种方法通常不被采用？A. 霍夫曼编码B. LZW编码C. DNSQ编码D. 运行长度编码5. 图像编码中，哪种格式通常用于视频传输？A. MP4B. AVIC. WMVD. GIF6. 在JPEG编码标准中，采用了以下哪种变换方法？A. DCT变换B. DFT变换C. KLT变换D. Wavelet变换7. 在图像压缩中，以下哪种技术可以用来去除图像中的噪声？A. 均值滤波B. 中值滤波C. 高斯滤波D. 模糊滤波8. 在DICOM医学图像格式中，哪种压缩算法被广泛应用？A. JPEGB. JPEG-2000C. JPEG-LSD. JPEG XR9. 在无损图像压缩中，以下哪种算法可以实现无损恢复？A. LZW编码B. Huffman编码C. Run-Length encodingD. Discrete cosine transform (DCT)10. 在图像编码中，以下哪种格式具有很好的兼容性和可扩展性？A. HEVCB. VP9C. AV1D. H.26411. 图像压缩与编码技术的基本概念是什么？A. 通过有损或无损方法减少图像数据量的技术B. 图像识别和处理技术C. 图像存储技术D. 图像传输技术12. 在数字图像处理中，以下哪个选项不是常用的图像格式？A. JPEGB. GIFC. BMPD. PNG13. 图像压缩编码中，哪种方法通常具有较高的压缩比？A. 霍夫曼编码B. LZW编码C. DIY编码D. 运行长度编码14. 在静态图像压缩中，哪种格式通常被用于Web页面？A. JPEGB. PNGC. GIFD. BMP15. 以下哪个因素会影响图像压缩编码的效果？A. 图像的分辨率B. 图像的色彩深度C. 图像的感兴趣区域D. 图像的动态范围16. 在无损图像压缩中，哪种算法通常被使用？A. LZWB.霍夫曼编码C. DIY算法D. LBG17. 图像编码中，哪种方法可以确保最高的图像质量？A. HR压缩B. LR压缩C. FLIP压缩D. AI压缩18. 在动态图像压缩中，哪种格式通常被使用？A. MP4B. AVIC. WMVD. MPG19. 图像压缩与编码技术的未来发展趋势是什么？A. 更高的压缩比B. 更快的编码速度C. 更好的图像质量D. 更多的个性化压缩方案20. 在实际应用中，哪种类型的图像压缩编码器是最常见的？A. 基于软件的压缩器B. 基于硬件（ASIC）的压缩器C. 基于云的压缩器D. 基于网络的压缩器21. 图像压缩与编码技术的基本原理是什么？A. 通过去除图像中的冗余信息来减小文件大小B. 通过变换域方法对图像进行预处理和量化C. 通过有损或无损方法去除图像中的高频信息D. 通过预测编码技术对图像进行空间和时间上的预测22. 在数字图像处理中，常用的图像格式有哪些？A. JPEGB. PNGC. GIF23. JPEG压缩算法中，哪种因子影响图像的质量和压缩比？A. 预览质量（PQ）B. 压缩比（CR）C. 量子化步长（QS）D. 参考帧数量24. 下列哪种编码方式属于无损压缩？A. JPEGB. PNGC. GIFD. MPEG25. 在视频压缩中，常用的运动估计和补偿技术有哪些？A. 运动矢量检测B. 时间域滤波C. 空间域滤波D. 预测编码26. 在H./AVC视频编码标准中，哪种帧内预测模式是通过利用像素间的空间相关性来减少预测误差的？A. 稀疏表示B. 基于DCT的预测C. 基于DCT的变换D. 基于DCT的整数变换27. 在图像压缩中，哪种方法可以用来测量图像的熵？A. 基于块的算法B. 基于像素的算法C. 基于模式的算法D. 基于统计的算法28. 在多媒体通信中，哪种协议用于实时传输音视频数据？B. RTCPC. RTSPD. RSVP29. 在数字水印技术中，哪种算法用于嵌入水印？A. 霍夫曼编码B. 离散余弦变换C. 对称密钥算法D. 高级加密标准30. 在图像识别技术中，哪种算法用于提取图像的特征？A. 凸包算法B. K-均值聚类算法C. 支持向量机（SVM）D. 深度学习算法31. 在数字图像处理中，以下哪种编码方法被广泛用于无损图像压缩？A. JPEGB. PNGC. GIFD. BMP32. 对于图像压缩算法，以下哪个因素对压缩比有显著影响？A. 图像分辨率B. 图像颜色深度C. 图像质量要求D. 图像编码效率33. 在静态图像压缩中，以下哪种格式被广泛支持，并且具有较高的压缩比？A. JPEGB. PNGC. GIFD. TIFF34. 在动态图像压缩中，以下哪种编码标准被广泛使用？A. H.261B. H.264C. MPEG-2D. AVI35. 对于图像去噪，以下哪种方法可以有效地保留图像边缘信息？A. 中值滤波B. 均值滤波C. 高斯滤波D. 深度学习方法36. 在图像压缩中，以下哪种方法可以实现无损压缩？A. JPEGB. PNGC. GIFD. LZW37. 对于彩色图像压缩，以下哪种格式提供了较高的压缩比并且具有良好的图像质量？A. JPEGB. PNGC. GIFD. BMP38. 在医学图像处理中，以下哪种图像格式被广泛支持，并且具有较好的压缩性能？A. DICOMB. JPEGC. PNGD. GIF39. 对于视频压缩，以下哪种编码标准被广泛使用，并且在高清视频压缩中具有较高的压缩比？A. H.261B. H.264C. MPEG-2D. AVI40. 在图像压缩与编码技术中，以下哪种算法可以有效地消除图像中的伪影？A. 运动估计与补偿B. 非局部均值滤波C. 各向异性扩散滤波D.深度学习方法二、问答题1. 什么是图像压缩与编码技术？它们的主要应用场景有哪些？2. 常见的图像压缩算法有哪些？它们的优缺点是什么？3. 图像编码技术中常用的信道编码方式有哪些？它们的作用是什么？4. 简述一下图像压缩与编码过程中可能遇到的问题及其解决方法。
数字图像处理技术的应用第6章 图像编码
6.2 图像压缩概述
2、平均码字长度：
Assume:
kis第k个码字Ck的长度二进制代码的位数出现的概率pk
码字平均长度R：
M
R＝ k pk bit
R1
3、编码效率：
H 100%
R
6.2 图像压缩概述
4、冗余度：
r 1 r 可压缩的余地越小
6.2 图像压缩概述
1）数据冗余:将图像信息的描述方式改变之后，压缩 掉这些冗余。
2）主观视觉冗余:忽略一些视觉不太明显的微小差异， 可以进行所谓的“有损”压缩。
6.2 图像压缩概述
图像数字化关键是编码 compression code:在满足一定图像质量前提下，能获得减少数
据量的编码
一．Compression code及分类 研究处理的对象: 数据的物理容量
图像序列（x、y、t）50～200倍
6.2 图像压缩概述
3、从图像的光谱特征出发： 单色image coding; color image coding; 多光谱image coding。
4、从图像的灰度层次上： 多灰度编码； 二值图像code
5、从处理图像的维数出发；
行内coding； 帧内coding； 帧间code。
图像一大特点是数据量大，为其存贮、传输带来困难，需压缩。
eg：电话线传输速率一般为56Kbits/s（波特率） 一幅彩色图像512×512×24bit = 6M bits大小。传一幅图像需2分钟左右。 实时传送：512×512×24bits×25帧/秒=150Mbits/S 如压缩20倍，传一幅图6秒左右，可以接受，实用。 实时，要专用信道（卫星、微波网、专线网等技术）。 另外，大量资料需存贮遥感、故宫、医学CT、MR。
数字图像处理-JFIF文件格式-JPEG压缩编码
JFIF文件格式一般的JFIF文件由下面的9个部分组成：（字段偏移量字段长度（若未说明“长度不定”则表明在任何情况下长度均为所写的值）字段内容（若未说明“内容不定”则在任何情况下内容均为所写的值，为方便表示还可以把内容设为某值））,( 1 )图像开始SOI(Start of Image)标记0h 2字节0xFF D8( 2 )APP0标记(Marker)0h 2字节0xFF E0①APP0长度(length)（①~⑨九个字段的总长度）2h 2字节内容不定（①~⑨九个字段的总长度）②标识符(identifier)4h 5字节0x4A46494600即“JFIF0”③版本号(version)9h 2字节0x0102 JFIF的版本号目前基本上都是1.2④X和Y的密度单位(units=0：无单位；units=1：点数/英寸；units=2：点数/厘米)bh 1字节只有0，1，2三个值可选，其分别代表的意义如上]⑤X方向像素密度(X density)ch 2字节取值范围未知⑥Y方向像素密度(Y density)eh 2字节取值范围未知⑦缩略图水平像素数目(thumbnail horizontal pixels)10h 1字节取值范围未知⑧缩略图垂直像素数目(thumbnail vertical pixels)11h 1字节取值范围未知⑨缩略图RGB位图(thumbnail RGB bitmap)12h长度可能是3的倍数内容不定本段（APP0）可以包含图像的一个微缩版本，存为24位的RGB像素。
如果没有微缩图像（这种情况更常见），则⑦“缩略图水平像素数目”和⑧“缩略图垂直像素数目”的值均为0。
( 3 )APPn标记(Markers)，其中n=1～15(任选)①APPn长度(length)（①②两个字段的总长度）②详细信息(application specific information)对每个APP：若为APPN（N＝1～F（以16进制表示，N任选其中一个））·标记：mh 2字节0xFFEN·长度：(m+2)h 2字节内容不定（设为n（10进制））（本字段与下一字段的总长度）·详细信息：(m+4)h n－2字节（即长度减2）内容不定( 4 )一个或者多个量化表DQT(Difine Quantization Table)0h 2字节0xFF DB①量化表长度(quantization table length)（①~②两个字段的总长度）2h 2字节内容不定（①~②两个字段的总长度）②量化表(quantization table)A.P/T(高四位：精度，低四位：表ID)B.表项对每个量化表：· P/T(高四位：精度，低四位：表ID) mh 1字节精度, 0表示8 bit, 1表示16 bit；ID取值范围为0～3,否则错误·表项(m+1)h (64×(精度+1))字节内容长，故略( 5 )帧图像开始SOF0(Start of Frame)0h 2字节0xFF C0①帧开始长度(start of frame length)（①~⑥六个字段的总长度）2h 2字节内容不定（①~⑥六个字段的总长度）②精度(precision)，每个颜色分量每个像素的位数(bits per pixel per color component)4h 1字节每个样本位数,通常是8 (大多数软件不支持12和16)③图像高度(image height) 5h 2字节内容不定（如果不支持DNL就必须>0）④图像宽度(image width) 7h 2字节内容不定（如果不支持DNL就必须>0）⑤颜色分量数(number of color components)9h 1字节内容不定（灰度图是1, YCbCr/YIQ彩色图是3, CMYK彩色图是4，我们这里讨论的JFIF使用的是YCbCr，故这里颜色分量数为3）⑥对每个颜色分量(for each component)A.IDB.垂直方向的样本因子(vertical sample factor)C.水平方向的样本因子(horizontal sample factor) B、C共占用1字节，B占用低4位，C占用高4位）D.量化表号(quantization table#)JFIF格式使用的是YCbCr所以有3个分量（这里特别要注意的是颜色分量的ID号是有含义的，1代表Y，2代表Cb，3代表Cr，4代表I，5代表Q）：1)IDah 1字节0x01（高四位）水平（低四位）垂直样本因子bh共1字节0x227量化表号ch 1字节内容不定（本分量使用的量化表的ID号）2)IDdh 1字节0x02（高四位）水平（低四位）垂直样本因子eh共1字节0x11J量化表号fh 1字节内容不定（本分量使用的量化表的ID号）3)ID10h 1字节0x03（高四位）水平（低四位）垂直样本因子11h共1字节0x11量化表号12h 1字节内容不定（本分量使用的量化表的ID号）( 6 )一个或者多个霍夫曼表DHT(Difine Huffman Table)0h 2字节0xFF C4①霍夫曼表的长度(Huffman table length)（①~②两个字段的总长度）2h 2字节内容不定（①~②两个字段的总长度）②对每个霍夫曼表(一般情况下，霍夫曼表不止一个，但是绝对不多于4个)A.表号B.类型：AC或者DC(其中0：DC表，1：AC表)；A、B共占用1字节，A占用低4位，B占用高4位）C.长16个字节的编码，其代码代数和为接下来的编码的长度D.内容编码对每个霍夫曼表：·（高四位）类型和（低四位）表号：mh共1字节内容不定（有四个可能：0x00表示第0个DC表，0x01表示第1个DC表，0x10表示第0个AC表，0x11表示第1个AC表）·长16个字节的编码：(m+1)h 16字节内容不定（设这16个字节上数据之和为n）·内容编码：(m+17)h n字节内容长，故略)( 7 )定义重新开始间隔DRI(Difine Restart Interval)（在没有DRI标记，或间隔为零时，就不存在重新开始间隔和重开始标记）0h 2字节0xFF DD①长度2h 2字节0x0004（①~②两个字段的总长度）②MCU块的单元中的重新开始间隔4h 2字节内容不定（设为n，则意思是说，每n个MCU块就有一个RSTn标记。
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x 0y 0
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➢ 均方根信噪比SNRrms为：
M 1 N 1
M 1 N 1
S N R r m s
f ˆ(x ,y )2
[f ˆ(x ,y ) f(x ,y )]2
x 0y 0
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基本概念
主观保真度准则: 大部分解压缩图像最终 还是由人来进行观察的
➢ 无损压缩：在压缩和解压缩过程中没有信息 损失 . 霍夫曼编码，行程编码，算术编码
➢ 有损压缩：能取得较高的压缩率，但压缩后 不能通过解压缩恢复原状. 预测编码，变换 编码，小波变换
图像压缩的方法
➢ 消除冗余数据 ➢ 从数学角度看，将原始图像转化为从统计角
度看尽可能不相关的数据集
基本概念
数据冗余的概念
➢ 常用保真度准则分为两大类：
客观保真度准则 主观保真度准则
基本概念
客观保真度准则
➢ 当所损失的信息量可以用编码输入图像与编 码输出图像的函数表示时，它就是基于客观 保真度准则的
➢ 常用的两种客观保真度准则
均方根误差 均方信噪比
基本概念
客观保真度准则
➢ 输入图和输出图之间的均方根误差
➢ 实例：黑白二值图像编码
如果用8位表示该图像的像素， 我们就说该图像存在编码冗余， 因为该图像的像素只有两个灰 度，用一位即可表示。
基本概念
像素间冗余
➢ 反映图像中像素之间的相互关系：空间冗余， 几何冗余，帧间冗余
➢ 因为任何给定像素的值可以根据与这个像素相 邻的像素进行预测。
例：原图像数据：234 223 231 238 235 压缩后数据：234 -1-1 1-2 7 -3
基本概念
心理视觉冗余 ➢ 人眼感觉到的图像区域亮度不仅取决于该区 域的反射光，例如根据马赫带效应，在灰度 值为常数的区域也能感觉到灰度值的变化。 这是由于眼睛对所有视觉信息感受的灵敏度 不同。有些信息在通常的视觉过程中与另外 一些信息相比并不那么重要，这些信息被认 为是心理视觉冗余。 ➢ 消除心理视觉冗余的压缩称为量化，量化的 是不可恢复的，结果导致了数据有损压缩。
➢ 数据是用来表示信息的。冗余的数据代表了 无用的信息，或者是重复地表示了其它数据 已表示的信息。
➢ 三种基本的数据冗余
编码冗余 像素间冗余 心理视觉冗余
如果能减少或消除上述三种冗余的1种或多种 冗余，就实现了数据压缩
基本概念
编码冗余
➢ 如果一个图像的灰度级编码，使用了多于实 际需要的编码符号，就称该图像包含了编码 冗余
的灰度级
霍夫曼编码
霍夫曼编码具体步骤
1. 初始化。统计每个信源符号的概率 2. 由大到小排序 3. 合并。求两个最小概率之和，加入排列中 4. 重复2,3步骤，直至概率之和为1为止 5. 赋值。大概率赋0，小概率赋1；反之亦可 6. 编码。从概率1的值开始，一直到符号概率
对应值止构成的一串数字串即为符号编码。 表现形式：编码表格或二叉树。
第六章 图像压缩
主要内容
概述 图像保真度准则 统计编码方法
基本概念
为什么需要图像压缩
➢ 图像的数据量通常很大，对存储、处理和传 输带来许多问题
➢ 不断扩大的图ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ应用
Internet上的大量图像 数字图书馆 遥感图像 视频，如电视会议、数字电视、IPTV ……
基本概念
图像压缩的分类
解 ：霍夫曼编码算法过程如图所示。
最终的各符号的霍夫曼编码如下
y1：1
y2：001
y3：011 y4：0000
y5：0100 y6：0101
y7：00010 y8：00011
霍夫曼解码例题
根据以上数据，可分别计算其信源的熵、平均
码长、编码效率及冗余度:
熵H（x）=
N
pi log pi i1
=－0.4log0.4－0.18log0.18－0.10log0.1－0.07log0.07 －0.06log0.06－0.05log0.05－0.04log0.04=2.55
第六章 图像压缩
主要内容
概述 图像保真度准则 统计编码方法 预测编码 正交变换编码 图像压缩标准
统计编码
统计编码---根据信源的概率分布特性分配 可变长码，使平均码长接近于熵。通常属 于无损编码。 包括霍夫曼编码，行程编码和算术编码。 霍夫曼编码
➢ 减少编码冗余 ➢ 变长编码，即把最短的码字赋予出现概率最大
霍夫曼编码特性
➢ 简单有效 ➢ 编码值不唯一。赋值0,1可互换；相同概率符
号
➢ 当图像灰度分布很不均匀时，编码效率高； 反之，编码效率低
➢ 数据压缩和还原速度慢。当对大量符号进行 编码，构造霍夫曼编码比较复杂
对256个灰度级图像，需要254次信源化简和编码 分配
基本概念
心理视觉冗余
第六章 图像压缩
主要内容
概述 图像保真度准则 统计编码方法 预测编码 正交变换编码 图像压缩标准
基本概念
保真度准则
➢ 图像压缩可能会导致信息损失，如去除心理 视觉冗余数据
➢ 需要评价信息损失的测度以描述解码图像相 对于原始图像的偏离程度，这些测度称为保 真度准则
平均码长
8
R(x) kPk k1
R=1×0.04+3×0.18+3×0.10+4×0.10+4×0.074×0.06+ 5 ×0.05+5×0.04=2.61
霍夫曼解码例题
编码效率 η＝H/R=2.55/2.61×100%=97.7%
冗余度 r=1－η＝2.3%
对上述信源X的霍夫曼编码，其编码效率已达97.7%， 仅有2.3%的冗余。
➢ 令f(x,y)为输入图像，fˆ ( x, y )为对输入图像先压 缩后解压缩得到的图像。两幅图像之间的误 差和压缩－解压缩图像的均方信噪比SNRms 定义为：
M 1 N 1
M 1 N 1
S N R m s f ˆ(x ,y ) 2 [f ˆ(x ,y ) f(x ,y ) ] 2
霍夫曼编码
排序与合并
霍夫曼编码
赋值与编码
霍夫曼编码
霍夫曼解码
➢ 解码通过查询表的方式完成
最长码串匹配原则
霍夫曼解码例题
例 一个有8个符号的信源Y，各个符号出现的概率为 Y= 符号：y1 y2 y3 y4 y5 y6 y7 y8 概率：0.40 0.18 0.10 0.10 0.07 0.06 0.05 0.04 试进行霍夫曼编码，并计算编码效率、压缩比、冗余度 等。