图像压缩编码技术

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基础
术语”数据压缩”指减少表示给定信息量 所需的数据量.
数据是信息传送的手段. 对相同数量的信息可以用不同数量的数据
表示. 如,同样一个故事,有人用简明扼要的语言讲
清楚,有人啰里啰嗦才说清楚. 故事是信息,词语是数据. 与故事无关的词语就是冗余.称”数据冗余”
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➢ 若从具体编码技术来考虑，又可分为:
➢ 预测编码
➢ 变换编码
➢ 统计编码
➢ 轮廓编码
➢ 模型编码
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8.3 图像编码评价准则
➢ 在图像压缩编码中，解码图像与原始图像可能 会有差异，因此，需要评价压缩后图像的质量。
➢ 描述解码图像相对原始图像偏离程度的测度一 般称为保真度(逼真度)准则。
H=60Mbit/s,彩色时:B=8*3,H=180Mbit/s
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数据压缩
数据压缩之目的 -- 节省存储空间 -- 节省通信信道
数据压缩 -- 利用数据固有的冗余性和不相干性，将一个 大的数据文件转换成较小的文件。 -- 压缩的文件在需要时，以近似的方式将其恢 复(解压缩)。
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编码和解码
为表示图像信息而进行的数据量压缩的方法,称为 图像编码(image coding,picture coding).
尽量保持原图像信息中包含的本质信息而进行数据量 压缩的操作称为编码(coding,encoding);
从被压缩的数据再现原图像信号(与原图像相似的图像) 的操作称为解码(decoding).
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8.1 图像编码的必要性与可能性
8.1.1图像编码的必要性
➢ 数字图像的庞大数据对计算机的处理速度、存储 容量都提出过高的要求。因此必须把数据量压缩。
➢ 从传送图像的角度来看，则更要求数据量压缩。 在信道带宽、通信链路容量一定的前提下，采用 编码压缩技术，减少传输数据量，是提高通信速 度的重要手段 。
B是每个像素的比特数;
N是每秒的帧数,静止图像N=1.
如:一幅512*512,256灰度的图像,
S=512*512,B=8,N=1,H=2Mbit.
一幅同样大小的RGB(256级)图像,
S=512*512,B=8*3,N=1,H=6Mbit.
运动图像,设N=30,S=512*512, B=8,灰度时:
图像质量高，观看舒服，有干扰 但不影响观看
图像质量可以接受，有干扰但不 太影响观看
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图像压缩
图像压缩是通过删除图像数据中冗余的或者不必要 的部分来减小图像数据量的技术 。
图像数据文件中常包含着数量可观的冗余信息以及 大量不相干的信息。
数字图像传输 -- 可以多次中继而不会引起噪声的严重累积 -- 和压缩编码技术结合，可以获得比模拟制更 高的通信质量
-- 显著提高抗干扰能力
换为一个在统计上无关联的数据集合。 这种变换在图像存储或传输之前进行。 在以后的某个时候，再对压缩图像进行解压缩来
重构原图像或原图像的近似图像。
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第8章 图像编码与压缩
8.1 图像编码的必要性与可能性 8.2 图像编码分类 8.3 图像编码评价准则 8.4 图像编码模型 8.5 无损压缩 8.6 有损压缩 8.7 JPEG图像编码压缩标准 8.8 MPEG视频编码压缩标准 8.9 小结
常把编码和解码统称为“编码”. 有时也用压缩和扩展的叫法来代替编码和解码.
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8.2图像编码分类
➢ 根据解码和编码的误差划分，图像编码分为:
➢ 无误差(亦称无失真、无损、信息保持)编码；
➢ 有误差(有失真或有损)编码。
➢ 根据编码作用域划分，图像编码分为:
➢ 空间域编码
➢ 变换域编码。
第8章 图像编码与压缩
本章重点：
图像编码与压缩的基本概念、理论及其 编码分类。
常用的无损压缩方法。 常用的有损压缩方法。
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第8章 图像编码与压缩
图像压缩所解决的问题是尽量减少表示图像时需 要的数据量。
减少数据量的基本原理是除去其中多余的数据。 从数学的观点来看，这个过程就是将二维阵列变
y)
f
(x,
y
源自文库
)
2
1
2
（8-2）
均方信噪比:
M 1 N1
SNRms
f (x, y)2
x0 y0
M 1 x0
N 1 y0
f
(
x,
y)
2
f (x, y)
（8-3）
对上式求平方根，就得到均方根信噪比。
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8.3.2主观保真度准则
➢ 具有相同客观保真度的不同图像，人的视觉可能产 生不同的视觉效果。这是因为客观保真度是一种统 计平均意义下的度量准则，对于图像中的细节无法 反映出来。
旅行中收到的一则电报： -- 你的妻子，Helen, 将于明天晚上6点零5分 在波士顿的Logan机场接你。
-- 你的妻子将于明晚上6点零5分在Logan机场 接你。
-- Helen将于明晚6点在Logan接你。
--……
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图像的数据量
数据量:H=S*B*N
(8-1)
S是每帧的像素数;
➢ 常用的准则可分为两大类：
➢ 客观保真度准则 ➢ 主观保真度准则
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8.3.1 客观保真度准则
➢ 最常用的客观保真度准则是原图像f(x,y)和解码图像
(
f
(
x,
y))之间的均方根误差和均方根信噪比两种。
均方根误差 :
erms
1
MN
M 1 N 1 x0 y0
f
(x,
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8.1.2图像编码的可能性
➢ 组成图像的各像素之间，无论是在图像的行方向还 是在列方向，都存在着一定的相关性。
➢ 常见的静态图像数据冗余包括：
➢ 空间冗余 ➢ 结构冗余 ➢ 知识冗余 ➢ 视觉冗余 ➢ 图像区域的相同性冗余 ➢ 纹理的统计冗余等。
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数据冗余
➢ 一种常用的方法是对一组(不少于20人)观察者显示 图像，并将他们对该图像的评分取平均，用来评价 一幅图像的主观质量。
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例如表8.1 电视图像质量评价尺度。
评分 1 2 3 4 5 6
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表8.1 电视图像质量评价尺度
评价
说明
优秀 良好 可用 刚可看 差
图像质量非常好，如同人能想象 出的最好质量