第4章 图像压缩编码1PPT幻灯片
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游程长度编码
❖基本原理
对二值图像的每一扫描行来看，总是由若干段连着的黑象素段和 连着的白象素段组成，分别称为“黑长”和“白长”。黑长和白 长总是交替发生。对于不同长度按其发生概率分配以不同长度的 码字，这就是游程长度编码(RLC)。
设二值图象中有长度为1, 2, …，N等不比特率，必须知道图像游程长度的概率分布。这是 十分复杂的测量技术，往往采用某些实用的游程长度概率模型来计算。
准最佳可变长编码
线性码（A码）
线性码是一种码字的长度近似地正比于游程长度，常称为A码。它对每 一个游程长度分配一个或多个固定长度块的二进制码字。如果每一块 有N个比特，则称为AN码。
即每个象素的熵h为用游程长度编码所得的最小比特率的估计值
为了进一步减小比特率，可以将黑长和白长分开分开分别编码，因为它们
出现的概率不同。
N
H w Piw log Piw i 1
H
－－白长熵
w
Piw 白长为 i的概率
对白长进行最优编码后，应该有：
Hw Bw Hw 1 Bw为平均比特数
令Ew为表示白长的平均长度
其后，该委员会与CCITT/SG VIII合并，组成了JPEG(Joint Photograhic Coding Experts Group)。
标准化的要求条件转到使更多的应用环境都能使用标准化编码的目 标上，应用对象扩大到了彩色传真、静止图像、电话会议、印刷及 新闻图片的传送上。 图像表示的对象将硬拷贝也包括了进去，分辨率也从软拷贝用的低 分辨率到硬拷贝用的高分辨率的较宽范围。
于是，
N
Ew iPiw i1
hw
bw
hw
1 Ew
hw
Hw Ew
,
图像压缩编码原理ppt-课件
× DCT
在图像的运动处理中主要有两个过程。
对于函数Ψ(x)∈L2(R)，当且仅当其傅立叶变换Φ(ω)满足条件
DCT 第一个过程为运动估计(Motion Estimation，ME)。 视觉阈值是指干扰或失真刚好可以被察觉的门限值，低于它就察觉不出来，高于它才看得出来，这是一个统计值。
8 的
把图像分成若干子块，设子块图像是由N×N个像素组成的像块，并假设一个像块内的所有像素作一致的平移运动。 图像数据的压缩机理来自两个方面：一是利用图像中存在大量冗余度可供压缩；
p(xi ) 1，
则符号xi所携带的信息量定义为i1
I(xi)=log2(1/p(xi))
2．信息“熵”
如果将信源所有可能时间的信息量进 行平均，就得到了信源中每个符号的平均 信息量，又称为信息的熵，可表示为
N
N
H (X )p (x i)lo 2 ( 1 /g p (x i) )p (x i)lo 2p (x g i)
f(x,y)2F(u,v)2
x0y0
u0v0
2 ． 能 量 集 中 性 ( Energy
Compaction)
大部分正交变换趋向将图像的大部分 能量集中到相对少数几个系数上，由于整 个能量守恒，因此这意味着许多变换系数 只含有很少的能量。
3．去相关性(Decorrelation)
当输入的像素高度相关时，变换系数 趋向于不相关。
图像压缩编码原理
3.1 压缩编码基础 3.2 预 测 编 码 3.3 正交变换编码 3.4 统 计 编 码 3.5 子 带 编 码 3.6 小波变换编码
3.1 压缩编码基础
图像数据的压缩机理来自两个方面： 一是利用图像中存在大量冗余度可供压缩； 二是利用人眼的视觉特性。
多媒体数据压缩编码技术ppt课件
（1）信源符号按概率大小顺序排列，按逆次 序分配码字的长度。
（2）出现概率最小的两个符号概率相加合成 一个新概率。
（3） 将合成概率看成一个新组合符号概率， 重复上述做法，直到最后只剩下两个符号 概率为止。
（4） 反过来逐步向前编码，每层有两个分 支，分别赋予0和1，构成Huffman码字。
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2
多媒体数据压缩的可能性
• 空间冗余 • 时间冗余 • 结构冗余 • 知识冗余 • 视觉冗余 • 图像区域的相同性冗余 • 纹理的统计冗余
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多媒体数据压缩方法的分类
按压缩方法分:(根据质量) (1) 有损压缩 (2) 无损压缩
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按压缩方法分: (1) 脉冲编码调制 (2) 预测编码 (3) 变换编码 (4) 统计编码 (5) 混合编码
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哈夫曼编码
• 变字长编码定理:最佳编码定理
在变字长编码中，对于出现概率大的信 息符号，编以短字长的码,对于出现概 率小的信息符号编以长字长的码，如 果码字长度严格按照符号概率的大小 的相反顺序排列，则平均码字长一定 小于按任何其他符号顺序排列方式得 到的码字长度。
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哈夫曼编码步骤
运动补偿方法是跟踪画面内的运动情况 对其加以补偿之后再进行帧间预测。
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预测编码方法的特点
• 算法简单，速度快，易于硬件实现 • 编码压缩比不太高 • 误码易于扩散，抗干扰能力差
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4.5.1 变换编码
• 变换编码是进行一种函数变换，映射 变换从信号域变换到另一个信号域。
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图像的编码和压缩分析PPT共66页
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
图像的编码和压缩分析
•ห้องสมุดไป่ตู้
6、黄金时代是在我们的前面，而不在 我们的 后面。
•
7、心急吃不了热汤圆。
•
8、你可以很有个性，但某些时候请收 敛。
•
9、只为成功找方法，不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。
•
10、只要下定决心克服恐惧，便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为，请 记住， 除了在 脑海中 ，恐惧 无处藏 身。-- 戴尔． 卡耐基 。
【学习课件】第四章_静态图像压缩与编码技术(1)
信源 译码
信道 译码
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第4章 静态图像压缩与编码技术（1）
4. 1.1 多媒体数据压缩编码的重要性
▪数据压缩的必要性
▪多媒体信号的数据量巨大，如：
多媒体
▪一幅1024*1024真彩图有3MB
数据
▪5分钟的CD音乐有50.47MB
▪90分钟的PAL视频数字化后有204.68GB
▪为了节省存储空间和传输带宽，进行实时高质的多媒体通
构上存在冗余。
多媒体信息技术October
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第4章 静态图像压缩与编码技术（1） 4. 1.2 多媒体数据压缩的可能性
▪ 知识冗余：图像的理解与某些基础知识有关。
例:人脸的图像有同样的结构：嘴的上方有鼻子，鼻 子上方有眼睛，鼻子在中线上……
▪ 其它冗余：图象空白的非定长性。
多媒体信息技术October
多媒体信息技术October
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第4章 静态图像压缩与编码技术（1）
4. 1.2 多媒体数据压缩的可能性
▪压缩的可能
声音、视频、图像数据表示有很大的压缩潜力，多媒体数据 和人类的感觉存在着各种冗余，如：
▪ 空间冗余：在同一幅图像中，规则物体和规则背景的
表面物理特性具有相关性，这些相关性的光成像结果 在数字化图像中就表现为数据冗余。
信，必须对多媒体数据进行压缩编码
多媒体信源引起了“数据爆炸”,如果不进 行数据压缩,传输和存储都难以实用化。
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第4章 静态图像压缩与编码技术（1）
4. 1.2 多媒体数据压缩的重要性
1分钟数字音频信号需要的存储空间
数字音 频带 带宽 取样率 量化
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信息工程系
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4.1.1 图像数据压缩机理
图像信号在空间、时间以及在幅度方面 进行数字化的精细程度只要达到了这个 限度即可，超过是无意义的
编码时只编码、传输人眼分辨力内的图 像内容
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4.1.2 图像编码过程
图像编码过程分三步完成: ① 映射：即变换一下描写信号的方式。 一． 目的：去除相关性，降低图像的结构冗
k 1
k 1
H(U)被称做信源的熵
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4.2.3无失真信源编码定理
无失真信源编码定理：
设单符号、离散、无记忆信源的熵为H(U)，若 用二进制码对其作变字长、非续长编码，一定 可以找到一种编码方式，其平均码长满足：
m H(U)≤
≤ H(U)+1
即：如果符号ak用等于其信息量的码长编码
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4.1.1 图像数据压缩机理2.图像信号的冗余度图像信号的冗余度存在于结构和统计两方面。 ① 图像信号的结构冗余度 1. 图像信号结构上的冗余度表现为很强的空间
(帧内的)和时间(帧间的)相关性
帧内相邻点的相关性
帧间相邻点的相关性
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4.1.1 图像数据压缩机理
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4.1.3 图像编码算法的分类
2.新一代编码压缩算法
模型基编码 分形编码 小波变换编码 神经网络编码
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4.1.3 图像编码算法的分类
3.总结
无损压缩方法仅仅删除图像数据中的冗 余信息，回放压缩文件时，能够准确无 误地恢复原始数据。它可分为两大类:基 于统计概率的方法和基于字典方法。
预测编码时，对出现概率高的预测误差信号(0及 小误差) 用短码，对概率低的大预测误差用长码， 使总的平均码长要比用固定码长编码短很多。
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4.1.1 图像数据压缩机理
3.利用人眼的视觉特性进行压缩 人眼对图像的细节分辨率、运动分辨率
和对比度分辨率都有一定的限度
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符号ak的信息量I(ak)：
I(ak) lo 2p g (ak)
单位为bit p(ak)为ak出现的概率
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4.2.2离散无记忆信源的信息量
一个离散、无记忆信源产生的一个符号的平均 信息量
K
K
H (U )p (a k)I(a k) p (a k)lo 2p ( g a k)
余度。 ② 量化：在满足对图像质量一定要求的前
提下，减小表示信号的精度 一． 目的：利用人眼主观视觉特性压缩图像 ③ 统计编码 一． 目的：消除图像的统计冗余度。
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4.1.2 图像编码过程
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4.1.3 图像编码算法的分类
1.传统的图像编码技术
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4.2.1 前缀码
编码要求： • 编码必须是单译和可逆的 • 编码的平均码长最短
码III是前缀码: 0111100可以唯一地解码为a1a4a2a1
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4.2.1 前缀码
前缀码的定义:
在码表中没有码字与任何一个比它长的码字的前缀(码
头)相同，即不存在能在短码字后面续加若干码元构成
第四章 图像压缩编码
4.1图像压缩编码概述
图像压缩编码技术是学习数字电视的重点内容
为什么要进行图像压缩？（图像压缩的目的）
一路彩色电视未经压缩时的数据量为： Y 13.5MHz×8bit=108Mb/s U 6.75MHz×8bit=54Mb/s V 6.75MHz×8bit=54Mb/s 合计=216Mb/s
有损压缩算法靠丢掉大量冗余信息来降 低数字图像所占的空间，回放时也不能 完整地恢复原始图像，而将有选择地损 失一些细节，损失多少信息由需要多高 的压缩率决定。
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4.1.3 图像编码算法的分类
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4.2 熵编码
熵编码的基本原理是给出现概率较大的符号一 个短码字，而给出现概率较小的符号一个长码 字
熵编码的目的：使得最终的平均码长最短 常用的熵编码方法：
• 游程编码RLE(run-length coding) • Huffman编码 • 算术编码三种
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4.2.1 前缀码
设有一个由K个信源符号(以下简称符号)组成的离散、 无记忆符号集:
{ a 1 ,a 2 , ,a k, ,a K }
此速率已经超过四次群的传输速率，相当于3000多个话路 图像信号是有必要也有可能被压缩
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4.1.1 图像数据压缩机理
1.图像数据压缩机理来自两个方面： 图像信号中存在大量冗余度可供压缩，
并且这种冗余度在解码后还可无失真地 恢复 利用人的视觉特性，在不被主观视觉察 觉的容限内，通过减少表示信号的精度， 以一定的客观失真换取数据压缩。
m klo2p g(ak) 则可以使平均码长达到其下限--熵
K
K
m p (a k)m k p (a k)lo 2p (g a k) H (U )
k 1
脉码调制
熵编码
量化法
矢量量化
空间和时间子抽样编码
子带编码
预测编码
塔型编码
变换编码
混合编码方案（MPEG-1，MPEG-2）
① 空间和时间子抽样 ② 统计编码 ③ 基于运动估计和补偿的DPCM ④ 游程长度编码 ⑤ 二维DCT
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4.1.3 图像编码算法的分类
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其中每一符号通过一个二进制码字(代码)表示，但字长 不等。各符号出现的概率分别为:
p ( a 1 ) p ( a ,2 ) , , p ( a k ) , , p ( a K )
若符号 a k 以个 m k 码元(位)编码，则在变字长编码时编
码每个符号的平均码长为
K
m p(ak)mk k1
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的长码字，所以前缀码又称非续长码。
前缀码的码树:
a3 110
a4 111
a2 10
a1 0
0
0
1
0
1
第二节点 1
第一节点
节点
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端点
根
信息工程系
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4.2.2离散无记忆信源的信息量
离散无记忆信源
• 离散：信源产生信号是不连续的，某一时刻 只产生一个符号
• 无记忆：某符号在某时刻出现的概率与在此 之前信源的状态无关