第7章图像压缩标准
第7章图像处理 课后答案
7.1.1 图像金字塔
一系列以金字塔形状排列的分辨率逐步降低的图集合。 金字塔的底部是待处理图像的高分辨率表示，而顶部 是低分辨率的近似。基级J的尺寸是2J×2J或N×N (J=log2N)， 中间级j的尺寸是2j×2j ，其中0<= j <=J。
图7.2b表示，各级的近似值和预测残差金字塔都是以 一种迭代的方式进行计算的。第一次迭代和传递时， j = J ，并且2J×2J的原始图像作为J级的输入图像，从 而产生J-1级近似值和J级预测残差，而J-1级近似值又 作为下一次迭代的输入，得到J-2级近似值和J-1级预 测残差。 迭代算法：
1, 0 x 0.5 ψ( x) 1, 0.5 x 1 0,在，有了尺度函数和小波函数，可以正式定义小 波变换了，它包括：一般小波序列展开、离散小波 变换和连续小波变换。
7.3.1 小波序列展开
首先根据小波函数ψ( x)和尺度函数 ( x)为函数f(x)定 义小波序列展开：
高斯近似值和预测残差金字塔
基级，第9级
第8级 第7级 第6级
图像重建
7.1.2 子带编码
另一种与多分辨率分析相关的重要图像技术是子带 编码。在子带编码中，一幅图像被分解成为一系列 限带分量的集合，称为子带，它们可以重组在一起 无失真地重建原始图像。最初是为语音（一维信号） 和图像压缩而研制的，每个子带通过对输入进行带 通滤波而得到（相当于分解一个频段为若干个子频 段）。因为得到的子带的带宽要比原始图像的带宽 小，子带可以无信息损失的抽样。 原始图像的重建可以通过内插、滤波和叠加单个子 带来完成。
k
V Spk an{k ( x)}
7.2.2 尺度函数
现在来考虑由整数平移和实数二值尺度、平方可积 函数 ( x) 组成的展开函数集合，即集合{ j ,k ( x)} ： j/2 j j ,k ( x) 2 (2 x k ) 式7.2.10 k决定了 j ,k ( x)在x轴的位置（平移k个单位），j决定 了 j ,k ( x) 的宽度，即沿x轴的宽或窄的程度，而2j/2 控制其高度或幅度。由于 j ,k ( x)的形状随j发生变化， ( x) 被称为尺度函数。 如果为赋予一个定值，即j = j0，展开集合 { j0 ,k ( x)} 将是 { j ,k ( x)}的一个子集，一个子空间：
第7章Bandelet变换及其应用
Joint Laboratory of Shantou and Xiamen University, 2008
17
6.2离散弯曲小波和小波包转换
Joint Laboratory of Shantou and Xiamen University, 2008
18
6.2离散弯曲小波和小波包转换
在这个区域的水平低带滤波器是采用沿变量的标准 盘旋（convolution）和二次采样规则计算出来的：
这些内部系数是采用二重滤波器从低带系数中恢复出来的：
Vi [ k1 , k2 ] = ∑ h [ k1 − 2l ]Vi 0 [l , k2 ] + ∑ g [ k1 − 2l ]Vi1 [l , k2 ]
l l
Joint Laboratory of Shantou and Xiamen University, 2008
如果在区域里，几何流是垂直参数化的，则bandelet化 适用于弯曲小波系数：
fΩ[ n1 , n2 ] ,ψ l , p1 [ n1 ]ψ j , k2 ⎡ n2 − ci [ n1 ]⎤ ⎣ ⎦
i
Vi [ k1 , k2 ] = f [ n1 , n2 ] ,ψ j ,k1 ⎡ n1 − ci [ n2 ]⎤ φ j ,k2 [ n2 ] ⎣ ⎦
3
1. Bandelet变换的基本概念和算法
构造Bandelet变换的中心思想是定义图像中的几何特征 为矢量场，而不是看成普遍的边缘的集合,矢量场表示了图像 空间结构的灰度值变化的局部正则方向。Bandelet基并不是 预先确定的，而是以优化最终的应用结果来自适应的选择具 体的基。Pennec和Mallat给出了Bandelet变化的最优基快速 寻找算法。
第7章图像编码.ppt
像素冗余
由于任何给定的像素值，原理上都可以 通过它的相邻像素预测到，单个像素携 带的信息相对是小的。对于一个图像， 很多单个像素对视觉的贡献是冗余的。 这是建立在对邻居值预测的基础上。
例：原图像数据：234 223 231 238 235 压缩后数据：234 11 -8 -7 3，我们可以
对一些接近于零的像素不进行存储，从而 减小了数据量
7.1.5 图像传输中的压缩模型
源数据编码：完成原数据的压缩。
通道编码：为了抗干扰，增加一些容错、 校验位、版权保护，实际上是增加冗余。
通道：如Internet、广播、通讯、可移动介 质。
源数据 编码
通道 编码
通道
通道 解码
源数据 解码
7.2 哈夫曼编码
1.
根据信息论中信源编码理论，当平均码长R大于等于图像熵H时，总可设 计出一种无失真编码。当平均码长远大于图像熵时，表明该编码方法效率很低； 当平均码长等于或很接近于（但不大于）图像熵时，称此编码方法为最佳编码, 此时不会引起图像失真； 当平均码长大于图像熵时，压缩比较高，但会引起图 像失真。
第七章 图像编码
7.1 图像编码概述 7.2 哈夫曼编码 7.3 香农-范诺编码 7.4 行程编码 7.5 LZW编码 7.6 算术编码 7.7 预测编码 7.8 正交变换编码 7.9 JPEG编码 7.10 编程实例
7.1 图像编码概述
7.1.1 图像编码基本原理
虽然表示图像需要大量的数据，但图像数据是高度相关的， 或者说存在冗余（Redundancy）信息，去掉这些冗余信息后可以 有效压缩图像， 同时又不会损害图像的有效信息。数字图像的 冗余主要表现为以下几种形式：空间冗余、时间冗余、视觉冗余、 信息熵冗余、结构冗余和知识冗余。
数字图像处理图像压缩ppt课件
6
H Pxi log2 Pxi i 1 0.4log2 0.4 0.3log2 0.3 2 0.1log2 0.1
0.06log2 0.06 0.04log2 0.04
2.14bit
平均码长 N与H接近，N H
第七章 图像压缩
7.2 基础知识 7.2.1 数据冗余
• 数据冗余旳概念
数据是用来表达信息旳。假如不同旳措施为表 达给定量旳信息使用了不同旳数据量，那么使用 较多数据量旳措施中，有些数据必然是代表了无 用旳信息，或者是反复地表达了其他数据已表达 旳信息，这就是数据冗余旳概念。
第七章 图像压缩
7.2.1 数据冗余
元素
xi
x1
x2 x3 x4
x5
x6
概率 P(xi) 0.4 0.3 0.1 0.1 0.06 0.04
编码 wi 1 00 011 0100 01010 01011
第七章 图像压缩
x1 0.4
0.4
x2 0.3
0.3
x3 0.1
0.1
x4 0.1
0.1 (0100)
x5 0.06 (01010) 0.1(0101)
例如：原图像数据：234 223 231 238 235 压缩后数据：234 -11 8 7 -3
第七章 图像压缩
7.2.1 数据冗余
• 什么是心理视觉冗余？
这是因为眼睛对全部视觉信息感受旳敏捷度 不同。在正常视觉处理过程中多种信息旳相对主 要程度不同。 有些信息在一般旳视觉过程中与另 外某些信息相比并不那么主要，这些信息被以为 是心理视觉冗余旳，清除这些信息并不会明显降 低图像质量。
• 三种基本旳数据冗余
编码冗余 像素间冗余 心理视觉冗余
数字图像处理的课程设计
数字图像处理的课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解数字图像处理的基本概念，掌握图像的数字化表示方法；2. 掌握图像处理的基本操作，如图像变换、滤波、增强和复原；3. 了解常见的图像分割和特征提取方法，并应用于实际问题；4. 掌握图像压缩的基本原理及常用算法。
技能目标：1. 能够运用图像处理软件进行基本的图像编辑和操作；2. 能够编写简单的数字图像处理程序，实现对图像的基本处理功能；3. 能够运用所学的图像处理方法解决实际问题，如图像去噪、图像增强等；4. 能够对图像进行有效的压缩，以适应不同的应用场景。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对数字图像处理技术的兴趣和热情，激发其探索精神；2. 培养学生的团队合作意识，学会与他人共同解决问题；3. 增强学生的实际操作能力，使其认识到理论与实践相结合的重要性；4. 引导学生关注图像处理技术在日常生活和各领域的应用，提高其科技素养。
课程性质：本课程为高年级选修课程，旨在使学生掌握数字图像处理的基本原理和方法，培养其实际应用能力。
学生特点：学生具备一定的数学基础和编程能力，对图像处理有一定了解，但尚未深入学习。
教学要求：结合学生特点和课程性质，注重理论与实践相结合，以实际应用为导向，提高学生的动手能力和创新能力。
通过本课程的学习，使学生能够达到上述课程目标，为未来进一步学习和研究打下坚实基础。
二、教学内容1. 数字图像基础：包括图像的数字化表示、图像质量评价、颜色模型等基本概念；- 教材章节：第1章 数字图像处理基础2. 图像增强：介绍直方图均衡化、图像平滑、锐化等增强方法；- 教材章节：第3章 图像增强3. 图像复原：涉及图像退化模型、逆滤波、维纳滤波等复原方法；- 教材章节：第4章 图像复原4. 图像分割与特征提取：包括阈值分割、边缘检测、区域生长等分割方法，以及特征点的提取和描述；- 教材章节：第5章 图像分割与特征提取5. 图像压缩：介绍图像压缩的基本原理，如JPEG、JPEG2000等压缩算法；- 教材章节：第6章 图像压缩6. 数字图像处理应用：分析图像处理在医学、遥感、计算机视觉等领域的应用案例；- 教材章节：第7章 数字图像处理应用教学进度安排：1. 数字图像基础（2学时）2. 图像增强（4学时）3. 图像复原（4学时）4. 图像分割与特征提取（6学时）5. 图像压缩（4学时）6. 数字图像处理应用（2学时）三、教学方法为提高教学效果，本课程将采用以下多样化的教学方法：1. 讲授法：教师通过系统的讲解，使学生掌握数字图像处理的基本概念、原理和方法。
现代教育技术基础重点
现代教育技术基础复习资料第一章 现代教育技术的基本概念1、信息技术发展对教育的影响：信息技术的进步，使传统的教育和管理方式受到猛烈的冲击，引起教育的重大变革，包括教育思想、教育内容、教育手段和教育方法，教育模式以至教育体制都发生了重大变革，使教育由一次性教育向终身教育转变，由精英教育向大众教育转变，由传统民族性教育向现代国际化教育转变，由传统的课堂传授教育模式向网络化开放性教育模式转变。
而且对人们传统的学习方式也产生了深远影响，引发了思维观念和行为方式的重大革新。
2、应用在教育领域的信息技术⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧虚拟现实仿真技术因特网络技术计算机局域网络技术人工智能技术多媒体计算机技术卫星电视广播技术数字音像技术 3、教育信息化：指在教育与教学的各个领域中，积极开发并充分应用信息技术和信息资源，培养适应信息社会需求的人才，以推动教育现代化进程。
4、教育技术：是关于学习过程与学习资源的设计、开发、利用、管理和评价的理论与实践。
研究对象 基本研究内容5、科学技术的进步与教育技术发展年代 20世纪20年代 30-40年代 50-60年代 70-80年代 90年代 21世纪初阶段 起步阶段 初级阶段 发展阶段 系统化阶段 数字化阶段 虚拟化阶段体现无声电影录音 电影电视 程序教学机录像 卫星 CAI多媒体 人工智能 因特网虚拟现实 虚拟社区6、现代教育技术的理论基础包括视听教学理论、学习理论、传播理论、系统科学理论。
7、戴尔的“经验之塔”8、戴尔的“经验之塔”理论的基本观点：①把它最底层的经验最具体，越往上升，则越趋抽象； ②教育教学应从具体经验入手，逐步到抽象；③教育教学不能至于具体经验，而要向首相和普遍发展，要形成概念；④在学校中，应用各种教学媒体，可以使得学习更为具体，从而造成更好的抽象；⑤宝塔中层的视听媒体，较言语、视觉符号更能为学生提供较具体和易于理解的经验，并能冲破时空的限制，弥补其他直接经验方式之不足；⑥过分看重直接经验方式的危险固然存在，但不会太大，如果教学太过于具体化，那就是没达到更普遍的充分的了解，但在今日这种危险只是理论的。
图像压缩技术概述
像压缩 标 准分为 静 止 图像 压 缩标 准和 视频 图像压 缩 标准 。 目前 最常 用 的静止 图像压缩 标 准是Ｊ Ｐ Ｅ Ｇ 图像压 缩标 准。 Ｊ Ｐ Ｅ Ｇ 标准 定义基 于Ｄ ｃ ｒ ｌ 碍 有损基 本编码 系统 、 面 向大规模压 缩得扩 展的 编码系统 和面 向可逆压 缩的无 损独立 编码 系统 。 Ｊ Ｐ Ｅ Ｇ 具有 有失 真和无 失真两 种编 码解码 的处理 方 式 ， 其 中无 失真得 到 的解码 后 图像和 原 图像 数据 基本 相 同 ， 但压 缩 率较低 ， 而有 失 真可 以实 现高的压 缩 比 ， 但同 时可 能会导 致 图像 的失 真较 明显 。 压 缩 比的高低 可以在 算法 中改变压 缩参数 来调 整 。 Ｊ Ｐ Ｅ Ｇ 标准 的计 算量不 算很大 ， 算 法也 易于 实现 ， 所 以具 有较 好 的实用 性 能 。 随着 多媒体技 术的快速 发展和 广泛应 用 ， 为 满足用 户对更高 压缩效率 和对 压 缩 图像 的互 动性 和可 伸 缩性 的要 求 ， Ｊ Ｐ Ｅ Ｇ ２ Ｏ Ｏ ０ 应运 而 生 的。 Ｊ Ｐ Ｅ Ｇ ２ ０ ０ （ ￣ 准可 以实现 很高 的压缩性 能 ， 它还 具有 只对感 兴趣 区域编 码 、 可进 行有 损压缩 和无损压 缩 、 对错误 的鲁棒 性 、 对 码流 做随机 访 问等 特性 。 灵 活 使 用这 些特征 ， 不仅 可 以达 到很 高 的压 缩 比 ， 还可 以满足 在移 动和 网络环 境 下 交互操 作和 可伸 缩性 的要 求 。 Ｊ Ｐ Ｅ Ｇ ２ ０ ０ ０ 的需求 针对 性 以及技 术先 进性 保证 了 它光 明的 应用前 景 。 ６圈像 压缩 性 能的 评价 个 图像 压缩 方法性 能的评价 主要从 两个方 面来衡量 ： 压缩 比和图像质 量 评价 。 压 缩 比就 是原始 图像文 件大小 与压 缩后生成 文件大 小的 比值 ， 比值越 大 ， 说 明压 缩率越 高 。 图像 质量 评价 一般是 通过 保真 度准 则来判 断 。 保 真度准 则有 两种： 客 观保 真度 准则 和主 观保 真度 准 则 。 ６ １客 观保 真度准 则 客观保 真度 准则 是对解 码 图像 和 原始 图像 的误差进 行定量 计算 的一 种衡 量标准， —般是对整个图像或者图像中的某个指定区域进行某种平均计算得到 均方 误 差 。 ’
第7章图像压缩标准
• 1. JPEG标准简述 • 2. JPEG压缩流程 • 3. JPEG压缩算法的实现
– 颜色变换 – 零偏置转换 – 频域变换 – 系数量化 – 符号编码
• 4. JPEG压缩举例
图像处理实验室
Digital Image Processing
– 1. JPEG标准简述
Digital Image Processing
• 制定图像标准的国际组织：
– ISO（international standardization organization 国际标准化组织 ）
– ITU（international telecommunication union 国际电信联盟）,其 前身为CCITT（国际电报电话咨询委员会）
5. CCITTGroup4基本思想： Group4标准是Group3标准简化或改进版本； 只用二维压缩编码。且为非适应二维编码方法； 每一个新图像的第一行的参考行是一个虚拟的白 行。
G4压缩比比G3高一倍
图像处理实验室
Digital Image Processing
二值图象压缩国际标准
6. JBIG ✓ 二值图联合组（joint bilevel imaging group，
384 00110111 000000110100
1600 010011010 0000001011011 1664 0110000000001100100 1728 010011011 0000001100101
图像处理实验室
Digital Image Processing
3. 二维压缩
1) 基本思想：
b1
b2
参考行
当前行
a0
全《多媒体数据压缩技术》练习思考题答案
第一章《多媒体技术概论》思考练习题答案填空题：1、国际电讯联盟（ITU）将媒体分为五大类，分别为感觉媒体、表示媒体、表现媒体、存储媒体、传输媒体。
2、多媒体技术中所说的媒体一般指感觉媒体，图像编码应属表示媒体。
3、多媒体信息的主要特点包括信息媒体的多样性、集成性、交互性、实时性，还有数据的海量性、媒体信息表示的空间性和方向性等。
4、多媒体技术的发展历程大致可分为三个阶段，即启蒙发展阶段、标准化阶段、普及应用阶段。
5、ISO和ITU联合制定的数字化图像压缩标准主要有JPEG标准、MPEG系列标准、H.26X 标准。
简答题：1、什么是多媒体？答：从多媒体技术专业角度讲，可理解为：多媒体的“多”是其多种媒体的表现，多种感官的作用，多种设备的使用，多学科的交汇，多领域的应用；“媒“是指人与客观世界的中介；“体”是言其综合、集成一体化。
2、什么是多媒体技术？答：是指多媒体信息的数字化、设计与制作技术、及各种媒体集成一体化，经数据压缩处理和存储，并由新传播媒介发布的具有交互性的多媒体信息技术。
3、JPEG标准（ISO/IEC 10918标准）？答：适用彩色和单色、多灰度连续色调、静态图像压缩国际标准。
4、MPEG-1（ISO/IEC 11172标准）？答：用于数字运动图像，其伴音速率为1.5Mbps的压缩编码。
5、我国国家信息产业部批准成立的数字音频视频的编码技术标准工作组（A VS）的主要工作是什么？答：开展具有自主产权的数字音视频产业的共性基础标准的研究。
并面向我国的信息产业需求，制定数字音视频的压缩、解压缩、处理和表示等共性技术标准A VS，服务于数字音视频产业应用。
第二章多媒体数据压缩技术复习思考题答案填空题：1、多媒体数据能不能被压缩，关键是多媒体数据中是否存在“＿＿＿＿＿”,即“多媒体数据压缩的可能性”。
答：数据冗余2、“信息量”与“数据量”之间的关系是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
答：信息量＝数据量－冗余量3、多媒体数据冗余信息包括＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、图像区域的相同性冗余、其它冗余。
《多媒体技术与应用教程》第7章动画素材的制作
7.1.2 动画的制作过程
1. 前期策划 对于电影来说，一个好的剧本是电影成功的基础，而对于 动画来说也是一样，需要有吸引人的故事情节。由于动画 里没有真实的人物，所以动画主要采用画面引起人的视觉 兴趣，通过视觉创作激发人们的想象。往往在动画的制作 前期，还应根据剧本绘制类似连环画的故事草图——故事 板，将剧本描述的动作表现出来。 2. 设计制作阶段 按照故事板的情节安排，在电脑中绘图、建立模型、制作 场景，设置动画的内容。如果使用运动捕捉的技术以及采 集真人或实物的动作变化数据，然后将数据加载到动画的 模型，便会形成动作真实的拟人动画。
《多媒体技术与应用教 程》第7章动画素材的制
作
2023/5/17
《多媒体技术与应用教程》第7章动 画素材的制作
第7章 动画素材的制作
n 教学提示：计算机动画在近几年被广泛使用在计算机教 学、建筑效果图、电影、电视等领域中，并逐渐被广大 用户接受和使用，其技术也日新月异。所以，用户在学 习过程中应该注重基本功的练习，并注意生成动画采用 的压缩格式以及动画与其他软件的相互结合DS MAX界面介绍
动画控制区在视图控制区的左边，主要提供了动画记录开 关按钮和播放动画的一些控制工具，并可以完成对动画时 间、播放特性的一些设定工作。
《多媒体技术与应用教程》第7章动 画素材的制作
7.1.3 常用的动画文件格式
5. MOV文件格式(.mov) QuickTime是Apple计算机公司开发的一种音频、视频文件格式，用于保 存音频和视频信息，具有先进的视频和音频功能，被众多计算机平台所 支持。QuickTime文件格式支持25位彩色，支持RLE、JPEG等领先的集 成压缩技术，提供150多种视频效果，并配有提供200多种MIDI兼容音响 和设备的声音装置。 6. MPEG文件格式(.mpeg/.mpg/.dat) MPEG文件格式是运动图像压缩算法的国际标准，它采用有损压缩方法 减少运动图像中的冗余信息，同时保证30帧/s的图像动态刷新率，已被 几乎所有的计算机平台共同支持。关于其压缩形式在第3章中已经介绍过 。 7. Real文件格式(.rm) Real文件是RealNetworks公司开发的一种新型流式视频文件格式，它包 含在RealNetworks公司制定的音频视频压缩规范RealMedia中，主要用 来在低速率的广域网上实时传输活动视频影像，可以根据网络数据传输 速率的不同而采用不同的压缩比率，从而实现影像数据的实时传送和实 时播放。
图像压缩基本概念与压缩标准
编码后：7a6b8c
第 四 章
图
像
压 缩
• RLE 编码——Run Length Encoding
第
– 分析：
二
• 对于有大面积色块的图像，压缩效果很好
节
• 对于纷杂的图像，压缩效果不好，最坏情
无
况下，会加倍图像
损
压
缩
第 四 章
图
像 • RLE 编码——Run Length Encoding
图像 压缩 的基 本概 念和 压缩 标准
第
四
章
4.1 图像压缩的基本概念
图 像
4.2 无损压缩
压 缩
4.3
4.4 压缩标准
第 四 章
图 像 压 缩
第 一
4.1.1 数据冗余
节 图
4.1.2 保真度标准
像 压
4.1.3 图像压缩模型
缩
基
本
概
念
第 四 章
图 像 压 缩 • 图像压缩的基本概念
第 一
图
– 量化器 ：减少视觉心理冗余，仅用于有
像 压
损压缩。
缩
– 符号编码器：减少编码冗余，如使用哈夫曼
基
编码
本
概
念
第 四 章
图
像
压
缩
4.2.1 基于字典的压缩
第 二
4.2.2 统计编码
节
4.2.3 无损预测编码
无
损
压
缩
第 四 章
图
像
压 缩
• 基于字典的压缩
第
– RLE编码——行程编码
二
• PCX
(数字图像处理)第七章图像重建
带通滤波器
允许一定频率范围内的信号通 过，阻止其他频率的信号通过 ，用于提取图像的特定频率成 分。
陷波滤波器
阻止特定频率的信号通过，其 他频率的信号不受影响，用于 消除图像中的周期性噪声。
傅里叶反变换实现图像恢复过程
01
傅里叶反变换定义
将频率域的信号转换回时间域或空间域的过程，是傅里叶变换的逆操作。
80%
模型评估指标
使用峰值信噪比（PSNR）、结构 相似性（SSIM）等指标，客观评 价重建图像的质量。
实例
1 2
超分辨率技术介绍
利用低分辨率图像重建出高分辨率图像的技术， 广泛应用于图像增强和修复领域。
CNN在超分辨率技术中的应用
通过设计多层的卷积神经网络，实现对低分辨率 图像的特征提取和重建，生成高分辨率图像。
频率混叠现象
当采样频率低于信号最高频率的两倍时，会出现频率混叠现象，即高频信号成 分会折叠到低频区域，导致重建出的图像出现失真和伪影。
离散信号与连续信号转换关系
离散信号到连续信号的转换
在图像重建中，需要将离散的采样点转换为连续的图像信号 。这通常通过插值算法实现，如最近邻插值、线性插值、立 方插值等，以在离散采样点之间生成平滑的过渡。
稀疏表示与字典学习的关系
稀疏表示是字典学习的目标，而字典学习是实现稀疏表示的手段。
实例：基于CS-MRI技术医学图像重建
CS-MRI技术
基于压缩感知理论的磁共振成像技术，通过减少采样数据 量和优化重建算法，实现高质量医学图像的快速重建。
实现步骤
首先，利用MRI系统的部分采样数据构建测量矩阵；然后， 通过稀疏表示和字典学习方法得到图像的稀疏系数；最后， 利用重建算法恢复出原始图像。
第七章 多媒体技术基础习题
第七章多媒体技术基础习题一、是非题1．多媒体技术中的“媒体”通常是指存储信息的实体。
A．对 B．错2．按照ITU对媒体的划分，电报码、条形码、图像编码、声音编码和文本编码等属于表示媒体。
A．对 B．错3．NTSC制式使用的颜色空间为YUV。
A．对 B．错4．人的视觉敏感程度对颜色比对亮度更高。
A．对 B．错5．一般人耳所能感受的声音频率在100Hz～10kHz范围内。
A．对 B．错6．音频、视频的数字化过程中，量化过程实质上是一个有损压缩编码过程，必然带来信息的损失。
A．对 B．错7．扫描仪、数码相机和数码摄像机的光电转换元件一般都选用CCD。
A．对 B．错8．多媒体技术的特点也就是信息载体所呈现出的集成性、交互性、实时性和多样性的特点。
A．对 B．错9．位图与矢量图相比较，位图不仅色彩逼真并且可以任意缩放比例，因此比矢量图应用更广。
A．对 B．错10．DVD格式中使用的是MPEG-2压缩标准。
A．对 B．错11．多媒体的“交互性”是指用户与多媒体系统之间实现信息的双向处理、沟通、控制的交互过程。
A．对 B．错12．MIDI具有生成文件较小、容易编辑，但缺乏自然声音的真实感。
A．对 B．错13．就合成乐曲的音质而言，FM合成器比波表合成器合成的音质好。
A．对 B．错14．视频是一种动态图像，动画也是由动态图像构成，二者并无本质的区别。
A．对 B．错15． Flash由于使用了矢量方式保存动画文件，并采用了流式技术，特别适合于网络动画制作。
A．对 B．错二、单选题1. 其表现形式为各种编码方式，如文本编码、图像编码、音频编码等的媒体是______。
A. 感觉媒体B. 显示媒体C. 表示媒体D. 存储媒体2. 下列______属于存储媒体。
A.打印机B. 磁盘阵列C. 触摸屏D. ADSL调制解调器3. 下列______不属于感觉媒体。
A. 语音B. 图像C. 条形码D. 文本4. 下列哪项不是多媒体技术的主要特性______。
第7讲 图像编码概述
数字图像处理技术-2016-01
7. 3 ＰＣＭ编码
线性PCM 编码
一般采用等长码，也就是说每一个码字都有相同的比特数。其中
用得最为普遍的是自然二进码，也有用格雷码的。以M=8为例的自然 二进码和格雷码列入表(5—2)。
数字图像处理技术-2016-01
表5.2
M=8的自然二进码和格雷码
输入
m1
自然二进码 0 0 0
数字图像处理技术-2016-01
（5—11）
7. 3 ＰＣＭ编码
由式(5—11)可见，每增加一位码可得到6dB的 信噪比得益。 值得注意的是量化噪声不同于其他噪声，它 的显著特点是仅在有信号输入时才出现，所以 它是数字化中特有的噪声。一般情况下，直接 测量比较困难。
数字图像处理技术-2016-01
7. 3 ＰＣＭ编码
式中 Ns 为过载噪声，x 是输入信号值，p(x)为输入 幅度的概率密度。如果用信噪比作为客观保真度准则
的话，可推得PCM 编码在均匀量化下的量化信噪比
如下：
数字图像处理技术-2016-01
7. 3 ＰＣＭ编码
因为
V 2n 2 PQ 12
所以
V2 n 2 (2 ) PQ 12
2
g ( j, k ) f ( j, k )
数字图像处理技术-2016-01
图像压缩系统评价
2、 主观保真度：主观评价
图像处理的结果，绝大多数场合是给人观看，由研究人员来解释
的，因此，图像质量的好坏与否，既与图像本身的客观质量有关，也
与人的视觉系统的特性有关。
把图像显示给观察者，然后把评价结果加以平均，以此来评价一幅
0 0 1
格雷码 0 0 0
国际图像压缩标准JPEG
亮度分量DC系数举例
亮度DC系数举例 编码步骤 DC(0,0)0 DC系数值 DC差值 中间符号 熵和幅度编码 150 150 (8,150) (111110,10010110) DC(0,0)1 155 5 (3,5) (100,101) DC(0,0)2 149 -6 (3,-6) (100,001) DC(0,0)3 152 3 (2,3) DC(0,0)4 144 -8 (4,-8)
3.1.2 JPEG2000简介
基于Internet的多媒体应用给图像编码提出了新的 要求. 2000年12月公布JPEG 2000标准(ISO 15444), 其目标是在高压缩率情况下保证图像传输质量。 JPEG中采用DCT变换考察整个时域过程的频域 特征或整个频域过程的时域特征。JPEG2000采用 以小波变换为主的多分辨率编码方式。 JPEG2000统一了面向静态图像和二值图像的编码 方式, 是既支持低比率压缩又支持高比率压缩的通 用编码方式。
需在量化器的输出与熵编码的输入之间,增加一个 足以存储量化后DCT系数的缓冲区,对缓冲区中存 储的DCT系数多次扫描, 分批编码。 两种累进方式： 频谱选择法 扫描中只对64个DCT变换系数中 某些频带的系数进行编码、传送, 随后对其它频 带编码、传送, 直到全部系数传送完毕为止。 按位逼近法 沿着DCT量化系数有效位方向分段 累进编码。如第1次扫描只取最高有效位的n位 编码、传送, 然后对其余位进行编码、传送。
JPEG 标准是一个适用范围广泛的通用标准。 它不仅仅适于静态图像的压缩，电视图像序列的帧 内图像的压缩编码也常常采用 JPEG 压缩标准。
3.1.1 JPEG标准
JPEG：离散余弦变换(Discrete Cosine Transform，DCT) JPEG2000：小波变换(Wavelet Transform)
第七章 数据压缩编码技术
第七章 数据压缩编码技术
11
7.2 数据压缩技术原理
7.2.1 信息熵与编码
1、信息熵的概念 信息论中，编码数据量与所表示的信息量以及冗余信 息之间的关系为：数据量＝信息量＋冗余量 信息是对所表现的事件中不确定性的描述，信息量多 少与不确定性的程度有关。通常，可以用概率来描述不确 定性的大小。
某信息描述的事件状态的出现概率越小，其不确定性
第七章 数据压缩编码技术 24
信源符号及其概率如下： a1 0.5 a2 0.25 a3 0.125 a4 a5
a P(a)
0.0625 0.0625
求其Huffman编码，信息熵及平均码长。
第七章 数据压缩编码技术
25
Huffman编码的基本原理是什么？
第七章 数据压缩编码技术
26
Huffman编码体现了统计编码的思想。
k
（５）
ri=li-1+di-1×
di=ri-li
p
jห้องสมุดไป่ตู้1
k
j
（６）
（７）
5）i=i+1，如果还有信源符号未输入完毕，则转第4）步继续 输入下一个信源符号 。如果全部输入完毕 ，则当前区间 Ii=[li,ri)中的任意数就是所需的编码。
第七章 数据压缩编码技术
14
每种字符的信息熵就是该字符编码所用的理 想位数（二进制）。整条信息的熵就是表达整个 字符串需要的位数（这里用字符出现的次数代替 概率）： H(X)=-∑Pi×log2(Pi) =H(a)×3+H(b)×4+H(c)×2+H(d)×1 =18.465(bit)
若用ASCII编码， 需要多少bit？
几种图像压缩算法
你现在学习的是第18页，课件共33页
行程编码原理
❖在给定的图像数据中寻找连续重复的数值， 然后用两个字符值取代这些连续值
❖“aaabbbbccccddd”=>”3a4b4c3d” ❖处理包含大量重复信息时可以得到很好的
压缩效率，但在连续重复数据少时效果差 ❖PCX图像文件的RLE压缩算法
你现在学习的是第19页，课件共33页
你现在学习的是第29页，课件共33页
5、 交流系数的编码
❖量化AC系数的特点是1×64矢量中包含有 许多“0”系数，并且许多“0”是连续的，因 此使用非常简单和直观的游程长度编码 (RLE)对它们进行编码。 JPEG使用了1个 字节的高4位来表示连续“0”的个数，而使 用它的低4位来表示编码下一个非“0”系数 所需要的位数，跟在它后面的是量化AC系 数的数值。
你现在学习的是第22页，课件共33页
❖ LZW算法中，首先建立一个字符串表，把每一个第一次 出现的字符串放入串表中，并用一个数字来表示，这个 数字与此字符串在串表中的位置有关，并将这个数字存 入压缩文件中，如果这个字符串再次出现时，即可用表 示它的数字来代替，并将这个数字存入文件中。压缩完 成后将串表丢弃。如"print" 字符串，如果在压缩时用 266表示，只要再次出现，均用266表示，并将"print"字 符串存入串表中，在图象解码时遇到数字266，即可从 串表中查出266所代表的字符串"print"，在解压缩时， 串表可以根据压缩数据重新生成。
你现在学习的是第28页，课件共33页
4、直流系数的编码
❖8×8图像块经过DCT变换之后得到的DC直 流系数有两个特点，一是系数的数值比较 大，二是相邻8×8图像块的DC系数值变化 不大。根据这个特点，JPEG算法使用了差 分脉冲调制编码（DPCM）技术，对相邻图 像块之间量化DC系数的差值（Delta）进行 编码。 Delta＝DC(0,0)k-DC(0,0)k-1
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a1
a2
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4) CCITT二维编码表 a1与b1的距离
a1在b1下面： a1在b1右边1个 b 1 a1在b1右边2个 a1在b1右边3个 a1在b1左边1个 a1在b1左边2个 a1在b1左边3个
编码：
1 001 000011 0000011 010 000010 0000010
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静止图象压缩国际标准
1. JPEG 基本系统：
交流分量（AC）用变长码编码 直流分量（DC）系数用相对差值进行编码
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0偏置转换后
-76 -65 -66 -65 -61 -49 -43 -41 -73 -69 -69 -70 -67 -63 -57 -49 -67 -62 -60 -57 -60 -68 -64 -59 -62 -38 -15 -6 -24 -58 -69 -60 -58 -19 16 26 -2 -51 -73 -63 -67 -43 -24 -22 -40 -65 -67 -52 -64 -59 -62 -58 -60 -70 -63 -50 -55 -56 -55 -59 -58 -53 -45 -34
黑编码
0000110111 11 10 011 0011 000001011010 000001100110 000001011011
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长度大于63的组合编码 行程长度
64 128 192 256 320 384 1600 1664 1728
b1
参考行 当前行
b2
a0
a1
a2
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2) 定义几个重要符号：
参 考 行：当前处理行的前一行。 改变元素：与前一个像素值不同的像素 参考元素：一共有5个（当前行3个，参考行2个）： 1. a0 ： 当 前 处 理 行 上 ， 与 前 一 个 像 素 值 不 同 的 像 素 。 行首元素是本行的第一个a0 2. a1：a0右边下一个改变元素。 3. a2：a1右边下一个改变元素。 4. b1：参考行上在a0右边，且与a0值相反的改变元素 5. b2： b1右边下一个改变元素。
2. JPEG压缩流程
压缩图像
零偏置 转换 DCT 正向变换 量化器 符号 编码器
输入图像NxN 输入图像NxN
构造8x8 构造8x8 的子图 颜色空间 转换
解压图像 压缩的图像
符号 解码器 DCT 逆向变换 颜色空间 转换 零偏置 转换 合成8x8 合成8x8 的子图
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3. JPEG压缩算法的实现
• 1) 构造子图像 子图像尺寸：8 x 8 • 2) 颜色空间转换
人 眼 对 亮 度 更 敏 感 ， 提 取 亮 度 特 征 ， 将 RGB 转 换 为 YCbCr模型，编码时对亮度采用特殊编码：
Y = 0.299R + 0.5870G + 0.1140B Cb = –0.1787R – 0.3313G +0.5000B +128 Cr = 0.5000R – 0.4187G – 0.0813B + 128 颜色解码： R = Y + 1.40200(Cr – 128) G = Y – 0.34414(Cb – 128) – 0.71414(Cr – 128) B = Y + 1.77200(Cb –128)
a1 b1
b1
b2
a0
a1
a2
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（3）垂直编码方式： 条件：a1到b1之间的距离小于等于3，利用上一行编码。 编码：见CCITT二维编码表（下页） 动作：把a0移到a1
a1b1
b1
b2
a0
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b1
b2
a0
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新a0
a1
a2
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（2）水平编码方式： • 条件：a1到b1之间的距离大于3，放弃利用上一行编码 • 编码：001+M(a0a1)+M(a1a2) ， M：一维行程编码 • 动作：把a0移到a2。
• 标准的类型（三类）：
– (1) 二值图像压缩标准：面向传真而设计 (2) 静止帧黑白、彩色压缩：面向静止的单幅图像 (3) 连续帧黑白、彩色压缩：面向连续的视频影像 – 连续调图像压缩标准：
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第七章 图像压缩标准简介
• • •
7.6.1 二值图像压缩标准 7.6.2 静止图像压缩标准 7.6.3 运动图像压缩标准
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白编码
黑编码
11011 0000001111 10010 000011001000 010111 000011001001 0110111 000001011011 00110110 000000110011 00110111 000000110100 010011010 0000001011011 0110000000001100100 010011011 0000001100101
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长度小于63的哈夫曼编码 行程长度
0 1 2 3 4 5 61 62 63
白编码
00110101 000111 010 0111 1000 1011 1100 00110010 00110011 00110100
二值图象压缩国际标准
6. JBIG 二值图联合组（joint bilevel imaging group， JBIG）于1991年制定 采用了自适应技术，提高了压缩比
打印字符的扫描图象：可提高1.1 ~ 1.5倍 计算机生成的打印字符图象：可提高约5倍 用抖动或半调表示的“灰度”图象：可提高2 ~ 30倍
可用于渐进（累进）的传输与重建应用
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7.6.2 静止图像压缩标准
• 1. JPEG标准简述 • 2. JPEG压缩流程 • 3. JPEG压缩算法的实现
– 颜色变换 – 零偏置转换 – 频域变换 – 系数量化 – 符号编码
垂直方式编码 a0置于 1 置于a 结束编码行
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4. CCITTGroup3基本思想： Group3标准应用了一种非适应的，一维和二维混合的 行程编码技术； 在该编码中，每一个K行组的最后K-1行（K = 2或4） ，有选择地用二维编码方式。 对八幅图像测试，压缩比 ： 对八幅图像测试，压缩比15：1
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开始新行 否 a0置于首像素前 检测a 检测 1 、 b1、b2 b2在a1左边 是 通过方式编码 a0置于 2下 置于b 否 |b2a1|≤ 3 ≤ 否 检测a 检测 2 水平方式编码 a0置于 2 置于a 行尾 是 是
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3. 二维压缩 1) 基本思想：
• 利用上一行相同改变元素的位置，来为当前行编码 • 假设相临两行改变元素位置相似的情况很多 • 且上一行改变元素距当前行改变元素的距离，小于行程的 长度，从而可以降低编码长度
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例子：
用8x8的JEPG基线标准，压缩并重构下列子图
52 63 62 63 67 79 85 87 55 59 59 58 61 65 71 79 61 66 68 71 68 60 64 69 66 90 113 122 104 70 59 68 70 109 144 154 126 77 55 65 61 85 104 106 88 68 61 76 64 69 66 70 68 58 65 78 73 72 73 69 70 75 83 94
• 4. JPEG压缩举例
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