数字图像处理技术图像数据压缩

5.1
概述：图像压缩术语
6. 编码器的若干知识
如图为一编码器的示意图，输入X为信号单 元；输出W为代码，Wi为码字；A是构成码字的 符号集合，其元素称为码元。 编码器的作用：
（1）用符号集合A中的符号构成代码W （2）建立输入X和输出W的对应关系 X={x1,…,xn}
编码器
A={a1,…,an}
5.1
概述：图像编码的研究背景
2.图像传输与存储需要的信息量空间：
2）传真数据 如果只传送2值图像，以200dpi（点/英寸）的分辨率 传输，一张A4稿纸的内容的数据量为： 1654（行点数）*2337（行数）*1=3888768bit=390K 按14.4K的电话线传输速率，需要传送的时间是：270秒 （4.5分）
在无干扰条件下，总存在一种无失真编码方法，使编码 的平均长度L(x)与信息源的熵H(x)任意的接近。即无失 真编码的平均码长存在一个下限，这个下限就是原始图 像的熵。由此定义： 编码效率 H ( x) = 冗余度
L( x)
L( x ) H ( x ) r = 1 = L( x)
图像冗余无损压缩的原理
RGB RGB RGB RGB
RGB
RGB RGB
RGB
RGB RGB
RGB
RGB RGB
RGB
RGB RGB
16 （采用8级量化）
RGB
从原来的16*3*8=284bits压缩为：(1+3)*8=32bits
5.1

概述：图像压缩的可能性
图像冗余有损压缩的原理
35 34 37 34 35 34 34 32 34 30 34 34 34 34 34 34 34 34 34 31 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34
概述：图像编码的研究背景
2.图像传输与存储需要的信息量空间：
1）彩色视频信息 对于电视画面的分辨率640*480的彩色 图像，每秒30帧，则一秒钟的数据量为： 640*480*3*8*30=221.12M 所以播放时，需要221Mbps的通信回路。 存储时，1张CD可存640M，则仅可以存放 2.89秒的数据。
(248,27,4)
5.1
概述：图像压缩的可能性
图像冗余信息分析结论
由于一幅图像存在数据冗余和主观视觉冗余，我们的压 缩方式就是从这两方面着手来开展的。 1）因为有数据冗余，当我们将图像信息的描述方式改变之 后，可以压缩掉这些冗余。 2）因为有主观视觉冗余，当我们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。
5.1

概述：图像的压缩编码
第一代压缩编码
八十年代以前，主要是根据传统的信源编码方法。

第二代压缩编码
八十年代以后，突破信源编码理论，结合分形、模 型基、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。
5.1
概述：图像的压缩编码
行程编码
第 一 代 压 缩 编 码
第五章
图像数据压缩
5.1
概述：图像编码的研究背景
1. 信息传输方式发生了很大的改变

通信方式的改变
文字+语音图像+文字+语音

通信对象的改变
人与人人与机器，机器与机器
5.1 概述：图像编码的研究背景

数码图像的普及，导致了数据量的庞大。 图像的传输与存储，必须解决图像数据 的压缩问题。
5.1
信道解码
图像信源 解码
显示图像
5.1
概述：图像压缩的可能性
3. 图像压缩的可能性
（1）冗余度的概念
对于描述一幅图像所需要的最少信息之外的多余信 息，称为冗余度。 一般图像中都含有冗余度，去除图像里的冗余度便 完成了数据压缩
5.1
概述：图像压缩的可能性
在下面的例子中，用一种最简的方式来发送一封电报： 你的妻子，Helen，将于明天晚上6点零5分在上海的虹桥 机场接你。 (23*2+10=56个半角字符) 你的妻子将于明天晚上 6点零5分在虹桥机场接你。 (20*2+3=43个半角字符） Helen将于明晚6点在虹桥接你。 (10*2+7=27个半角字符） 结论：只要接收端不会产生误解，就 可以减少承载信息的数据量。
36 34 33 34 34
25
34
5.1

概述：图像压缩的可能性
实际图像中冗余信息的表现（灰度图）
5.1

概述：图像压缩的可能性
图像的视觉冗余 （彩色）
R
Gwk.baidu.com
B
2 *2 *2 =2 24 2 = 16,777,216
8 8 8
24
(248,27,4)
(251,32,15)
256级量化
(248,27,4)
5.1
概述：图像编码的研究背景
图像压缩的必要性：
由于通信方式和通信对象的改变带来的最大问题是：
传输带宽、速度、存储器容量的限制。
给我们带来的一个难题，也给了我们一个机会：
如何用软件的手段来解决硬件上的物理极限。
5.1
概述：图像通信系统模型
图像信息源
图像预处理
图像信源 编码
信道编码
调制
信道传输
解调
w={w1,…,wn}
5.1
概述：图像压缩术语
（1）独立信源的熵
设信源符号表为{X1,X2,……,Xq}，出现的概率分别为 {P(X1),P(X2),……,P(Xq)}， 则信源的熵为
H ( x) = P( xi ) log2 P( xi )
i =1
q
5.1
概述：图像压缩术语
（2）香农无干扰编码理论
5.1
概述：图像压缩的分类
4.图像压缩的分类
以图像信息保真为出发点，图像压缩 技术分两种： 1）冗余度压缩 又称为无损压缩或无失真压缩。 2）熵压缩 又称为有损压缩。
5.1
概述：图像压缩保真度准则
5. 图像压缩保真度准则 保真度准则即压缩后图像质量评价的 标准，分两种： 1）客观保真度准则 压缩前后图像之间的均方根误差或均 方根信噪比。 2）主观保真度准则 以人的视觉为主，来评价图像的质量。
5.1
概述：图像压缩的可能性

描述语言 1）“这是一幅 2*2的 图像，图像的第一个像 素是红的，第二个像素 是红的，第三个像素是 红的，第四个像素是红 的”。

由此我们知道，整理图 像的描述方法可以达到 压缩的目的。
2）“这是一幅2*2的图 像，整幅图都是红色的”。
5.1

概述：图像压缩的可能性
像素编码
算术编码
熵编码
增量调制
预测编码 变换编码 其他编码