第3章图像压缩编码原理
合集下载
第三章 数据压缩的基本技术
3.2.2信源的相关性与序列熵的关系 平稳序列：序列中的各符号有相同的概率分布； 无记忆序列：序列中的各符号间为统计独立； 联合熵：又称序列熵，随机序列中包含两个符号X、Y， X、Y取自各自的离散信源，则新序列的平均信息量为
独立熵：离散信源X、Y如果统计独立，则H（X）、 H（Y）称为独立熵。 此时有：
逆DCT变换来重构原图像，不会引起明显误差，从而实 现数据压缩。
二维DCT变换
原图像 将基系数绝对值<10的分量置零 （DCT截断量化） 二维逆DCT变换 重构图像
图像清晰 （截断量化误差较小）
（数据压缩程度较小）
对DCT数据的截断量化示意图1
二维DCT变换
原图像 将基系数绝对值<100的分量置零 （DCT截断量化） 二维逆DCT变换 重构图像
•均匀量化（量化步长均匀）；
•最小均方误差量化（非均匀量化，可使均方误差量化最
小）；
•最小熵量化（使输出熵为最小值）； •自适应量化（自动动态选择切换到步长不同的某一组均 匀量化器）；
模数转换
模数转换，又称ADC（Analog-to-Digital Converter）， 是将连续变化的、平滑的模拟量转化成采用二进制（0，1） 编码的数字量的过程。
i m i a 2 i n 1
其中 ai－取值只有两个数码：0和1 2i－为二进制的权，基数为2 n 为整数位的个数、m 为小数位的个数 如（11011.101)2=1×24 +1×23 +0×22 +1×21 +1×20
+1×2－1+0×2-2 +1×2－3 =（27.625)10
i m i a 10 i n 1
其中: ai－称为数制的系数，表示第i位的数码，十进制 数码为0 ~ 9 十个数; 10 i－表示第i位的权值，10为基数，即采用数码的 个数; n 为整数位的个数、m 为小数位的个数;
图像压缩编码讲课文档
通过变长编码来减少信源数据冗余，使编码后的图像数据接 近其信息熵而不产生失真，因而也通常被称为熵编码。
有限失真编码则是根据人眼视觉特性，在允许图像产生一
定失真的情况下（尽管这种失真常常不为人眼所觉察），利用
图像信源在空间和时间上具有较大的相关性这一特点，通过某
一种信号变换来消除信源的相关性、减少信号方差，达到压缩
现在十四页，总共六十二页。
、压缩技术的性能指标(Evaluation Index of Image compressionapproaches)
2.平均码字长度
平均码字长度:设
相应出现的概率为
为, 则数该字l (数c图k 像)字第图k像个所码赋字予的的p平长(均c度k码)( 字编C长码k 度成为二:进制码的C k 位数)。其
符号y4 概率 0.10
符号y5 符号y6
（0100） 概率 0.07
（0101） 概率 0.06
符号y7 符号y8
（00010） 概率 0.05
（00011） 概率 0.04
（001） （001） （001）
0.18
0.18
0.18
（011） 0.10
（010） 0.13
（011） 0.10
（010） 0.13
示。图像信源熵为:
M
H P K lo g 2P K (0 .4 lo g 20 .4 0 .1 8 lo g 20 .1 8 2 0 .1 lo g 0 .1 K 1 0 .0 7 lo g 20 .0 7 0 .0 6 lo g 20 .0 6 0 .0 5 lo g 20 .0 5 0 .0 4 lo g 20 .0 4 ) 2 .5 5
编码的目的。
现在十三页，总共六十二页。
有限失真编码则是根据人眼视觉特性，在允许图像产生一
定失真的情况下（尽管这种失真常常不为人眼所觉察），利用
图像信源在空间和时间上具有较大的相关性这一特点，通过某
一种信号变换来消除信源的相关性、减少信号方差，达到压缩
现在十四页，总共六十二页。
、压缩技术的性能指标(Evaluation Index of Image compressionapproaches)
2.平均码字长度
平均码字长度:设
相应出现的概率为
为, 则数该字l (数c图k 像)字第图k像个所码赋字予的的p平长(均c度k码)( 字编C长码k 度成为二:进制码的C k 位数)。其
符号y4 概率 0.10
符号y5 符号y6
（0100） 概率 0.07
（0101） 概率 0.06
符号y7 符号y8
（00010） 概率 0.05
（00011） 概率 0.04
（001） （001） （001）
0.18
0.18
0.18
（011） 0.10
（010） 0.13
（011） 0.10
（010） 0.13
示。图像信源熵为:
M
H P K lo g 2P K (0 .4 lo g 20 .4 0 .1 8 lo g 20 .1 8 2 0 .1 lo g 0 .1 K 1 0 .0 7 lo g 20 .0 7 0 .0 6 lo g 20 .0 6 0 .0 5 lo g 20 .0 5 0 .0 4 lo g 20 .0 4 ) 2 .5 5
编码的目的。
现在十三页，总共六十二页。
《图像的编码与压缩》课件
图像压缩技术
离散余弦变换（DCT）
定义：离散余弦变换是一种将图像从空间域转换到频域的算法
特点：DCT具有较好的能量压缩能力，能够去除图像中的冗余信息
应用：在图像压缩领域，DCT被广泛应用于JPEG等标准中
压缩原理：通过将图像分成8x8的块，对每个块进行DCT变换，将变换后的系数进行量 化，最后进行逆变换得到压缩后的图像
《图像的编码与压缩》PPT课 件
汇报人：
单击输入目录标题 图像编码与压缩概述 图像编码技术 图像压缩技术 图像编码与压缩的应用 图像编码与压缩的未来发展
添加章节标题
图像编码与压缩概述
图像编码与压缩的定义
图像编码：将图像信息转换为数字信号的过程 图像压缩：通过去除冗余信息来减小图像文件大小的过程 编码与压缩的目的：提高存储效率、降低传输带宽、节省存储空间等 常见图像编码与压缩标准：JPEG、PNG、GIF等
图像编码与压缩的目的
减少图像数据存储空间 提高图像传输效率 便于图像的编辑与处理 适应不同的应用需求
图像编码与压缩的分类
图像编码的分类：有损压缩和无损压缩 图像压缩的分类：有损压缩和无损压缩 有损压缩：去除图像中的冗余信息，减小文件大小 无损压缩：保留图像中的所有信息，不改变文件大小
图像编码技术
数字电视广播具有抗干扰能力强、 传输距离远等优点
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
数字电视广播采用高效压缩技术， 提高了图像传输效率和图像质量
数字电视广播已经成为现代社会重 要的信息传播方式之一
数字相机和手机
数字相机和手机中常用的图像编码与压缩技术 这些技术在数字相机和手机中的应用场景和优势 数字相机和手机中图像编码与压缩技术的具体实现方式 未来数字相机和手机中图像编码与压缩技术的发展趋势
视频图像压缩编码基本原理24页PPT
色度量化步长表
17 18 24 47 99 99 99 99 18 21 26 66 99 99 99 99 24 26 56 99 99 99 99 99 47 66 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99
幅度变成频率 – 广泛应用于图像与视频压缩中，如JPG,MPEG
量化编码
对DCT变换后的(频率的) 系数进行量化
量化目的是降低化 器量化
量化是造成图像质量下 降的最主要原因
量化用右式计算
量 化 DCT 系数输出
DCT 系数输入
变换编码的系统原理框图
变换编码方法
KL变换
– 最佳变换编码方法 – 变换矩阵不是恒定的，需要临时计算
离散余弦变换(DCT,Discrete Cosine Transform)
– 准最佳变换，利用三角函数进行的一种变换 – DCT的基向量由余弦函数构成 – 一维DCT变换和二维DCT变换,变换后输出DCT变换系数，将
1、预测编码
1、子带编码
2、变换编码
2、多分辨率编码
3、霍夫曼编码
3、矢量量化
4、算术编码
4、形状编码
5、游程编码
5、纹理编码
预测编码
一、基本原理
由图像的统计特性可知，相邻像素之间有着较强的相关 性，即相邻像素的灰度值相同或相近，因此，某像素的 值可根据以前已知的几个像素值来估计、来猜测，正是 由于像素间的相关性，才使预测成为可能。 二、基本思想 模型→利用以往的样本数据→对下一个新的样本值进 行预测→ 将预测所得的值与实际值的差值进行编码→ 由于差值很小，可以减少编码的码位。
第3章 数据压缩技术
3.3 多媒体文件
• 除此之外，许多在电视中播放的电影现在也提供英文字幕， 使讲英语但是听力较弱的人可以观看，结果，数字电影实 际上可能由多个文件组成：一个视频文件、多个音频文件 以及多个包含各种语言字幕的文本文件。DVD能够存放至 多32种语言的字幕文件。
3.3 多媒体文件
• 因此，文件系统需要跟踪每个文件的多个“子文件”。一 种可能的方案是像传统的文件一样管理每个子文件（例如， 使用i节点来跟踪文件的块），并且要有一个新的数据结构 列出每个多媒体文件的全部子文件。另一方法是创造一种 二维的i节点，使每一列列出每个子文件的全部块。一般而 言，其组织必须能够使观众观看电影时可以动态地选择使 用哪个音频及字幕轨迹。在各种情况下，还必须有保持子 文件同步的某种方法，才能保证当选中的音频轨迹回放时 与视频保持同步。
Hale Waihona Puke 3.1 多媒体信息的计算机表示
• 多媒体信息的主要类型有文本（text）、语音（voice）、音 响（audio）、矢量图（vector graphics）、位图（bitmap） 和视频（video）等。 • 通常，数字化的视频和音频信号其数据量是十分巨大的。 例如，一幅640×480点阵的彩色图像（6位色，即65536种 颜色/像素）数据量约为4.92MB；对于电视信号，如果以每 秒25帧图像的速度进行播放，则要求这种信号必须以不低 于122.9Mb/s速度进行数据传输，才不至于造成失真；而音 频信号，如果采样频率为 44.1kHz，量化为16位双声道立体 声，则650MB的光盘只能存放l个小时的播放量，并且要求 其传输速率不低于1.4Mb/s。
• 说多媒体数据是可以被压缩的，是因为多媒体数据中存在 着上述各种各样的冗余。针对不同类型的冗余，人们已经 提出了许多方法用于实施对多媒体数据的压缩。
运动图像的压缩编码技术
３ ４
式（） １是正变换 ， ２是反变换。其中 Ⅳ是像块 式（） 的水平 、 垂直像素数 ， 一般 Ｎ：８ Ｎ大 于 ８ ， 时效率增 加不多而 复杂 性 大为增 加。８×８的二维数 据块 经 Ｄ Ｔ变换后变成 ８ ８ Ｃ × 个变换系数 。这些 系数都有非 常明确的物理意义 ， 中非零 元素主要集 中于左上 其 角， 代表图像低频分量 ，即图像灰度的慢变化 ； 右下 角主要为零元素或经粗量化后可为零 ， 代表图像的高
过。由于多媒体技术 、 数字电视技术 、 多媒体通信以及
交 互 电视 技术 的 发 展 ， Ｅ ＭＰ Ｇ一１ 视频 音 频 分 辨率 和 在
图 １ 信 源编码 原理框 图
传输率方面已不能满足要求 ， 以 Ｉ ／Ｅ 所 Ｓ ＩＣ在 １９ Ｏ ９４年
又推 出了 ＩＯ ＩＣ１８３ＭＰ Ｇ一２运 动 图像 及 其 伴 音 Ｓ ／Ｅ ３１ Ｅ 通 用压缩 编 码 标 准 ＭＰ Ｇ一２已经 被 国 际 上 公 认 为 Ｅ
维普资讯
《 中国有线电视＇０２０ ） ｝ ０ （１ ２
Ｃ｝ Ａ Ｃ ｍ ＿ Ｅ Ｅ Ｉ Ｉ Ａ Ｅ Ｔ Ｌ Ｖ Ｓ ＯＮ
运 动 图像 的 压 缩 编 码 技 术
口刘文红 ｃ 南 范 海 师 学院 ５ ７５ １８ １
中图分 类号 ：Ｎ ４ ． Ｔ ９Ｉ５
１ 概 述
文献 标识 码 ： Ａ
文章 编号 ：０７ ０２２０ ） １ ０４— ２ １０ —７２（０２０ —０３ ０
国际标准化 组 织 于 １８ 成 立 了一 个 致 力 于制 ９８年
定有关运动 图像 压缩编码 的组织 Ｍ Ｅ （ ｏ ｎ ｉ Ｐ Ｇ Ｍ ｖ ｇＰｅ ｉ ． ｔ ｅ ｘｅｔｇ ｕ ）意思 是 “ 动 图像 专 家组 ” ｕ ｐｒ ｒ ｐ ， ｒＥ ｓ ｏ 运 。这 个 专 家组的任务是给用于数字存储介质 、 电视广播和通信 的运动 图像 和它 的伴 音制 定一 种通用 的编码 方法 。 ＭＰ Ｇ组织 在工 作一 开始 就 考 虑 到相 关 标 准化 组 织 的 Ｅ
式（） １是正变换 ， ２是反变换。其中 Ⅳ是像块 式（） 的水平 、 垂直像素数 ， 一般 Ｎ：８ Ｎ大 于 ８ ， 时效率增 加不多而 复杂 性 大为增 加。８×８的二维数 据块 经 Ｄ Ｔ变换后变成 ８ ８ Ｃ × 个变换系数 。这些 系数都有非 常明确的物理意义 ， 中非零 元素主要集 中于左上 其 角， 代表图像低频分量 ，即图像灰度的慢变化 ； 右下 角主要为零元素或经粗量化后可为零 ， 代表图像的高
过。由于多媒体技术 、 数字电视技术 、 多媒体通信以及
交 互 电视 技术 的 发 展 ， Ｅ ＭＰ Ｇ一１ 视频 音 频 分 辨率 和 在
图 １ 信 源编码 原理框 图
传输率方面已不能满足要求 ， 以 Ｉ ／Ｅ 所 Ｓ ＩＣ在 １９ Ｏ ９４年
又推 出了 ＩＯ ＩＣ１８３ＭＰ Ｇ一２运 动 图像 及 其 伴 音 Ｓ ／Ｅ ３１ Ｅ 通 用压缩 编 码 标 准 ＭＰ Ｇ一２已经 被 国 际 上 公 认 为 Ｅ
维普资讯
《 中国有线电视＇０２０ ） ｝ ０ （１ ２
Ｃ｝ Ａ Ｃ ｍ ＿ Ｅ Ｅ Ｉ Ｉ Ａ Ｅ Ｔ Ｌ Ｖ Ｓ ＯＮ
运 动 图像 的 压 缩 编 码 技 术
口刘文红 ｃ 南 范 海 师 学院 ５ ７５ １８ １
中图分 类号 ：Ｎ ４ ． Ｔ ９Ｉ５
１ 概 述
文献 标识 码 ： Ａ
文章 编号 ：０７ ０２２０ ） １ ０４— ２ １０ —７２（０２０ —０３ ０
国际标准化 组 织 于 １８ 成 立 了一 个 致 力 于制 ９８年
定有关运动 图像 压缩编码 的组织 Ｍ Ｅ （ ｏ ｎ ｉ Ｐ Ｇ Ｍ ｖ ｇＰｅ ｉ ． ｔ ｅ ｘｅｔｇ ｕ ）意思 是 “ 动 图像 专 家组 ” ｕ ｐｒ ｒ ｐ ， ｒＥ ｓ ｏ 运 。这 个 专 家组的任务是给用于数字存储介质 、 电视广播和通信 的运动 图像 和它 的伴 音制 定一 种通用 的编码 方法 。 ＭＰ Ｇ组织 在工 作一 开始 就 考 虑 到相 关 标 准化 组 织 的 Ｅ
图像信号压缩编码原理及应用
' '
'
n
e ，编码器对
e 进行
n
'
接收端与发送端用相 出的数据 X n 与原始数 器的量化误差
'
'
qn
X n X n (en X n ) (en X n ) en en q n
18
图像压缩编码一些应用
1.JPEG是最常用的图像文件格式 ，是一种有损压 缩格式，能够将图像压缩在很小的储存空间，图像 中重复或不重要的资料会被丢失，因此容易造成数 据的损失。但是JPEG压缩技术十分先进，在获得极 高的压缩率的同时能展现十分丰富生动的图像，换 句话说，就是可以用最少的磁盘空间得到较好的图 像品质。 2.GIF图像文件的压缩编码采用了可变长度等压缩 算法。GIF的图像深度从lbit到8bit，即GIF最多支 持256 色的图像。GIF格式的另一个特点是其在一 个文件中可以存多幅彩色图像，如果把文件中的多 幅图像数据逐幅显示到屏幕上，就可构成一种最简 单的动画。 19
1024×1024 × 12 =12Mbit
如此大的信息量，要占用巨大的存储空间，在 传输数据时要花费很长的时间，为了对图像进 行处理、存储和传输，有必要对图像进行压缩。
1
图像压缩编码的原理
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。 一.利用图像数据的冗余度压缩 图像的冗余度指像素数据之间有很大的相关性。 图像信号的相邻像素间、相邻行间、相邻帧间 存在很强的相关性，相邻像素间、相邻行间的冗余 称为空间冗余；相邻帧间的冗余称为时间冗余。图 像中的纹理结构和一些特定的结构构成结构冗余或 知识冗余。图像中的一些变化人眼不能察觉出来， 是视觉冗余。
'
n
e ，编码器对
e 进行
n
'
接收端与发送端用相 出的数据 X n 与原始数 器的量化误差
'
'
qn
X n X n (en X n ) (en X n ) en en q n
18
图像压缩编码一些应用
1.JPEG是最常用的图像文件格式 ，是一种有损压 缩格式，能够将图像压缩在很小的储存空间，图像 中重复或不重要的资料会被丢失，因此容易造成数 据的损失。但是JPEG压缩技术十分先进，在获得极 高的压缩率的同时能展现十分丰富生动的图像，换 句话说，就是可以用最少的磁盘空间得到较好的图 像品质。 2.GIF图像文件的压缩编码采用了可变长度等压缩 算法。GIF的图像深度从lbit到8bit，即GIF最多支 持256 色的图像。GIF格式的另一个特点是其在一 个文件中可以存多幅彩色图像，如果把文件中的多 幅图像数据逐幅显示到屏幕上，就可构成一种最简 单的动画。 19
1024×1024 × 12 =12Mbit
如此大的信息量，要占用巨大的存储空间，在 传输数据时要花费很长的时间，为了对图像进 行处理、存储和传输，有必要对图像进行压缩。
1
图像压缩编码的原理
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。 一.利用图像数据的冗余度压缩 图像的冗余度指像素数据之间有很大的相关性。 图像信号的相邻像素间、相邻行间、相邻帧间 存在很强的相关性，相邻像素间、相邻行间的冗余 称为空间冗余；相邻帧间的冗余称为时间冗余。图 像中的纹理结构和一些特定的结构构成结构冗余或 知识冗余。图像中的一些变化人眼不能察觉出来， 是视觉冗余。
JPEG图像压缩编码原理及格式
图像灰度级gray(x,y)
JPEG中的余弦变换
对pic2进行DCT：
pic2
DCT:高频系数很小
JPEG中的余弦变换
pic3：
pic3
图像灰度级gray(x,y)
JPEG中的余弦变换
对pic3进行DCT：
pic3
DCT:高频系数较大一些
JPEG中的余弦变换
在JPEG进行余弦变换后，由8x8像素图像块获 得8x8个频域系数C(u,v)，如果存储64个频域系 数，则图像数据并不能压缩。
(DCT系数x1000)
DCT:高频系数很小
JPEG中的余弦变换
对pic0进行DCT：
pic0
DCT:高频系数很小
JPEG中的余弦变换
pic1：
pic1
图像灰度级gray(x,y)
JPEG中的余弦变换
对pic1进行DCT：
pic1
DCT:高频系数很小
JPEG中的余弦变换
pic2：
pic2
0
0
0
0
0
0
2
0
0
0
ห้องสมุดไป่ตู้
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
{74,33,31,-1,-2,-1,2,-2,-2,2,0,0,……,0};
由于大量的0连续排列，可以用“行程编码(Run Length Coding)”方法节约存贮空间。
电视原理课件之图像压缩编码原理
电视原理课件之图像压缩编码原理2023-10-27CATALOGUE目录•图像压缩编码概述•图像压缩编码技术分类•图像压缩编码原理及实现方法•图像压缩编码性能评估及优化方法•JPEG压缩编码算法详解及实例演示•H.264视频压缩编码技术详解及实例演示01图像压缩编码概述图像压缩编码的概念图像压缩编码是一种通过特定算法对图像数据进行压缩的技术。
它可以将图像数据的大小和存储需求降低，以便在有限的存储空间内存储更多的图像数据。
压缩后的图像数据可以通过解压缩算法进行还原，以便在显示或传输过程中使用。
010203图像压缩编码的必要性通过图像压缩编码技术，可以大大降低图像数据的存储空间和传输成本。
图像数据量巨大，占用存储空间大，传输成本高。
同时，图像压缩编码技术还可以提高图像数据的处理速度和效率。
图像压缩编码技术的发展历程基于DCT（离散余弦变换）的压缩技术这是最早的图像压缩技术之一，它通过对图像数据进行DCT变换，将图像数据从空间域转换到频域，并对频域数据进行量化，从而实现图像数据的压缩。
基于小波变换的压缩技术小波变换是一种信号分析方法，它可以将信号分解成多个频带，并对每个频带进行精细的分析。
基于小波变换的压缩技术利用小波变换的特性，对图像数据进行多级分解，并对每个频带进行压缩，从而实现图像数据的压缩。
基于神经网络的压缩技术神经网络是一种模拟人脑神经元网络结构的计算模型，它可以自动学习并识别图像中的特征和模式。
基于神经网络的压缩技术利用神经网络的特性，对图像数据进行自动编码和解码，从而实现图像数据的压缩和解压缩。
02图像压缩编码技术分类基于像素的压缩编码预测编码利用像素之间的相关性进行预测，然后对预测误差进行编码，例如差分脉冲编码（DPCM）。
变换编码将图像数据进行频率变换，例如傅里叶变换、离散余弦变换（DCT），然后将变换后的数据进行量化和编码。
统计编码利用图像数据的统计特性进行编码，例如游程编码、算术编码等。
第6讲—第三章 数据压缩技术(2)
6
变换编码原理 ● 变换编码 (Transform coding) 卡胡南·劳埃夫变换 卡胡南 劳埃夫变换 有损压缩编码， 图像数据)的压缩 有损压缩编码，用于对统计冗余 (图像数据 的压缩。 离散傅里叶变换 图像数据 的压缩。 离散余弦变换 WHT变换 变换
● 工作原理 然后在频域上对变换后的信号进行编码。在频域上， 然后在频域上对变换后的信号进行编码。在频域上， 信息是按照频谱的能量和频率分布进行排列的。 信息是按照频谱的能量和频率分布进行排列的。 统计编码原理
编码方法得到的代码为： 用RLE编码方法得到的代码为：80315084180。 编码方法得到的代码为 。 ● 编码特点 [1] 适合于拥有大面积相同颜色区域的图像 出现极限情况，即每个相邻的像素颜色均不相同， [2] 出现极限情况，即每个相邻的像素颜色均不相同，这时经过 RLE压缩出来的数据串会比原数据串长一倍 压缩出来的数据串会比原数据串长一倍
12
算术编码原理 ● 算术编码 —— 无损压缩编码，属于统计编码。 无损压缩编码，属于统计编码。 20世纪 年代由 世纪60年代由 提出， 世纪 年代由Elias提出，某些方面优于霍夫曼编码。因此， 提出 某些方面优于霍夫曼编码。因此， 标准的扩展系统中， 在JPEG标准的扩展系统中，算术编码已经取代了霍夫曼编码。 标准的扩展系统中 算术编码已经取代了霍夫曼编码。 ● 基本原理 将被编码的信息表示成实数轴上0和 之间的间隔 信息越长，间隔越小， 之间的间隔， 将被编码的信息表示成实数轴上 和1之间的间隔，信息越长，间隔越小， 表示这一间隔所需的二进制位数就越多。 表示这一间隔所需的二进制位数就越多。 ● 特点 1) 算术编码有基于概率统计的固定模式，也有相对灵活的自适应模式。 算术编码有基于概率统计的固定模式，也有相对灵活的自适应模式。 2) 自适应模式适用于不进行概率统计的场合。 自适应模式适用于不进行概率统计的场合。 3) 当信号源符号的出现概率接近时，算术编码的效率高于霍夫曼编码。 当信号源符号的出现概率接近时，算术编码的效率高于霍夫曼编码。 4) 算术编码的实现相应地比霍夫曼编码复杂，但在图像测试中表明， 算术编码的实现相应地比霍夫曼编码复杂，但在图像测试中表明， 算术编码效率比霍夫曼编码效率高5％左右。 算术编码效率比霍夫曼编码效率高 ％左右。
变换编码原理 ● 变换编码 (Transform coding) 卡胡南·劳埃夫变换 卡胡南 劳埃夫变换 有损压缩编码， 图像数据)的压缩 有损压缩编码，用于对统计冗余 (图像数据 的压缩。 离散傅里叶变换 图像数据 的压缩。 离散余弦变换 WHT变换 变换
● 工作原理 然后在频域上对变换后的信号进行编码。在频域上， 然后在频域上对变换后的信号进行编码。在频域上， 信息是按照频谱的能量和频率分布进行排列的。 信息是按照频谱的能量和频率分布进行排列的。 统计编码原理
编码方法得到的代码为： 用RLE编码方法得到的代码为：80315084180。 编码方法得到的代码为 。 ● 编码特点 [1] 适合于拥有大面积相同颜色区域的图像 出现极限情况，即每个相邻的像素颜色均不相同， [2] 出现极限情况，即每个相邻的像素颜色均不相同，这时经过 RLE压缩出来的数据串会比原数据串长一倍 压缩出来的数据串会比原数据串长一倍
12
算术编码原理 ● 算术编码 —— 无损压缩编码，属于统计编码。 无损压缩编码，属于统计编码。 20世纪 年代由 世纪60年代由 提出， 世纪 年代由Elias提出，某些方面优于霍夫曼编码。因此， 提出 某些方面优于霍夫曼编码。因此， 标准的扩展系统中， 在JPEG标准的扩展系统中，算术编码已经取代了霍夫曼编码。 标准的扩展系统中 算术编码已经取代了霍夫曼编码。 ● 基本原理 将被编码的信息表示成实数轴上0和 之间的间隔 信息越长，间隔越小， 之间的间隔， 将被编码的信息表示成实数轴上 和1之间的间隔，信息越长，间隔越小， 表示这一间隔所需的二进制位数就越多。 表示这一间隔所需的二进制位数就越多。 ● 特点 1) 算术编码有基于概率统计的固定模式，也有相对灵活的自适应模式。 算术编码有基于概率统计的固定模式，也有相对灵活的自适应模式。 2) 自适应模式适用于不进行概率统计的场合。 自适应模式适用于不进行概率统计的场合。 3) 当信号源符号的出现概率接近时，算术编码的效率高于霍夫曼编码。 当信号源符号的出现概率接近时，算术编码的效率高于霍夫曼编码。 4) 算术编码的实现相应地比霍夫曼编码复杂，但在图像测试中表明， 算术编码的实现相应地比霍夫曼编码复杂，但在图像测试中表明， 算术编码效率比霍夫曼编码效率高5％左右。 算术编码效率比霍夫曼编码效率高 ％左右。
第03章 图像压缩编码原理 51页 0.4M
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。
4．
如果把f(x,y)看作是一个具有一定熵值 的随机函数，那么变换系数F(u,v)的熵值和 原来图像信号f(x,y)的熵值相等。
3.3.2
1．一维DCT
2．二维DCT
(1)二维DCT
一 个 N×N 像 块 f(x,y)(x,y=0,1,…,N-1) 的二维DCT定义为
3.6.2 基于子带编码的快速小波变换
下面介绍基于子带编码的快速小波变 换(Fast Wavelet Transform，FWT)。
图3-26中，(a)图表示原始图像矩阵， (b)图表示一层分解的小波变换，(c)图表示 将低频图像LL小区域再分解的小波变换。
图3-26小波分解示意图
有了子带编码，我们可以用迭代 的方式使用双带子带编码并自底向上 地建立小波变换。
(3)像块的划分使相邻像块人为地造成 亮度不连续，即块效应。
3.4 统 计 编 码
3.4.1
1．
对于某一离散无记忆信源X的符号集
xi(i=1,2,…，N)，假设每个符号x 独立的，出现的概率为p(xi), 则符号xi所携带的信息量定义为
I(xi)=log2(1/p(xi))
i是统计 ，
2．信息“熵”
3.2.2
1．
帧内预测利用图像信号的空间相关性 来压缩图像的空间冗余，根据前面已经传 送的同一帧内的像素来预测当前像素。
2．
电视图像在相邻帧之间存在很强的相 关性。
3．
预测系数的选择通常采用最优线性预 测法，选择预测系数a1，a2，…，an-1使误 差信号en的均方值最小。
4．
自适应预测又称为非线性预测。
当输入的像素高度相关时，变换系数 趋向于不相关。
4．
如果把f(x,y)看作是一个具有一定熵值 的随机函数，那么变换系数F(u,v)的熵值和 原来图像信号f(x,y)的熵值相等。
3.3.2
1．一维DCT
2．二维DCT
(1)二维DCT
一 个 N×N 像 块 f(x,y)(x,y=0,1,…,N-1) 的二维DCT定义为
3.6.2 基于子带编码的快速小波变换
下面介绍基于子带编码的快速小波变 换(Fast Wavelet Transform，FWT)。
图3-26中，(a)图表示原始图像矩阵， (b)图表示一层分解的小波变换，(c)图表示 将低频图像LL小区域再分解的小波变换。
图3-26小波分解示意图
有了子带编码，我们可以用迭代 的方式使用双带子带编码并自底向上 地建立小波变换。
(3)像块的划分使相邻像块人为地造成 亮度不连续，即块效应。
3.4 统 计 编 码
3.4.1
1．
对于某一离散无记忆信源X的符号集
xi(i=1,2,…，N)，假设每个符号x 独立的，出现的概率为p(xi), 则符号xi所携带的信息量定义为
I(xi)=log2(1/p(xi))
i是统计 ，
2．信息“熵”
3.2.2
1．
帧内预测利用图像信号的空间相关性 来压缩图像的空间冗余，根据前面已经传 送的同一帧内的像素来预测当前像素。
2．
电视图像在相邻帧之间存在很强的相 关性。
3．
预测系数的选择通常采用最优线性预 测法，选择预测系数a1，a2，…，an-1使误 差信号en的均方值最小。
4．
自适应预测又称为非线性预测。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
常见的几种静止图像存储格式
PCX－是历史最悠久的图像文件格式。采用RLE（行程长 度编码）压缩原理。 BMP－WINDOWS的基本图像文件格式。图像数据处理 方式有压缩和不压缩两种，压缩方式采用的也是RLE压缩 原理。 GIF－采用LZW压缩原理为基础压缩图像数据，能够有效 的压缩文件容量。 TIFF－排版和图像扫描仪常用的图像文件格式。其文件内 部运用指针功能，建立了一个开放式的架构，可以包含多 种不同的识别信息和压缩方式。JPEG就是其中的一种。 JPEG－JPEG是1992年CCITT正式通过的连续色调静止 图象压缩标准。JPEG可以进行无损压缩，也可以进行有 损压缩。最常见的就是有损压缩的方法，其压缩过程可分 为颜色模式转换及采样、DCT变换、量化、编码几部分。
数字电视技术
图像压缩编码原理
为什么要进行图像压缩编码？
在数字分量编码中，按照4：2：2格式对电视信 号进行取样、量化、编码后，数据率达27MW/S 在数字高清晰度电视格式中，取样、量化、编码 后的数据率会更大 电视信号经过数字编码后，数据量极大，给数字 电视信号的存储和传输带来了巨大挑战 虽然CCIR601建议早在1980年已经制定，但直 到九十年代一系列有效的图像数码压缩技术及相 应的国际标准出现以后，数字电视才得到了迅速 的发展
图像信号的时间冗余度
时间冗余度表现在电视画面中相继各帧对应象素 点的值往往相近或相同，具有时间相关性。 在知道了一个象素点的值后，利用此象素点的值 及其与后一象素点的值的差值就可求出后一象素 点的值。因此，不传送象素点本身的值而传送其 与前一帧对应象素点的差值，也能有效地压缩码 率，这就是差分编码。 由差分编码进一步发展起来的预测编码，是根据 一定的规则先预测出下一个象素点或图像子块的 值，然后将此预测值与实际值的差值传送给接收 端。目前图像压缩中的预测编码主要用于帧间压 缩编码。
JPEG标准，Joint Picture Expert Group MPEG-1标准，用于多媒体和广播电视，数据 率要求1.5Mbps。 MPEG_2/H.262标准，DVD的压缩标准，数 据率要求4-10Mbps。 MPEG-4标准，1999年完成第三版，是一个新 的视频和音频编码的国际标准。最大特点是支 持固定和可变速率视频编码 H.261，全彩色实时视频图像压缩标准 H.263，低码率通信视频图像编码标准
行程长度编码(RLE)
行程长度编码（run-length encoding）是压缩 一个文件最简单的方法之一。它的做法就是把一 系列的重复值（例如图象像素的灰度值）用一个 单独的值再加上一个计数值来取代。比如有这样 一个字母序列aabbbccccccccdddddd它的行程 长度编码就是2a3b8c6d。这种方法实现起来很 容易，而且对于具有长重复值的串的压缩编码很 有效。例如对于有大面积的连续阴影或者颜色相 同的图象，使用这种方法压缩效果很好。 RLE编码简单直观，编码/解码速度快，因此许多 图形和视频文件，如BMP、TIFF及AVI等格式文 件的压缩均采用此方法
图像信号的结构冗余和知识冗余度
图像从大面积看常常存在纹理结构， 我们称之为结构冗余。 人们对于许多图像的理解是根据某些 已知知识，例如人脸的图像有固定结 构，这些规律性的结构可由先验知识 和背景知识得到，称之为知识冗余。
图像信号的视觉冗余度
视觉冗余度是相对于人眼的视觉特性而言的。人 眼对于图像的视觉特性包括：对亮度信号比对色 度信号敏感，对低频信号比对高频信号敏感，对 静止图像比对运动图像敏感，以及对图像水平线 条和垂直线条比对斜线敏感等。因此，包含在色 度信号，图像高频信号和运动图像中的一些数据 并不能对增加图像相对于人眼的清晰度作出贡献， 而被认为是多余的，这就是视觉冗余度。 压缩视觉冗余度的核心思想是去掉那些相对人眼 而言是看不到的或可有可无的图像数据。对视觉 冗余度的压缩通常已反映在各种具体的压缩编码 过程中。
人眼的视觉特征
亮度辨别阈值：只有当亮度在背景基础上变化达 到一定程度时，人眼才能感觉到，人眼刚刚能察 觉到的亮度变化值称为亮度辨别阈值。 视觉阈值：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。 空间分辨力：对一幅图像相邻像素的灰度和细节 的分辨力。对于静止或缓慢变化的图像，视觉具 有较高的空间分辨力；对于活动图像，空间分辨 力降低。 掩盖效应：人眼对图像中量化误差的敏感程度， 与图像信号变化的剧烈程度有关。变化越剧烈， 量化误差越容易被掩盖。
图像压缩编码的发展
第一代，着重于图像信息冗余度的压缩方 法，如预测编码、变换编码、矢量量化编 码、小波编码等 第二代，着重于图像视觉冗余信息的压缩 方法，如基于方向滤波的图像编码、基于 图像轮廓——纹理的编码法等 第三代基于模型的图像压缩方法，如分形 编码法、基于模型的编码方法等
有关图像压缩编码的国际标准
行程编码(RLE编码)
行程编码是一种最简单的，在某些场合是非常 有效的一种无损压缩编码方法。 虽然这种编码方式的应用范围非常有限，但是 因为这种方法中所体现出的编码设计思想非常 明确，所以在图像编码方法中都会将其作为一 种典型的方法来介绍。
20
行程编码 —— 基本原理
通过改变图像的描述方式，来实现图像Байду номын сангаас 压缩。 将一行中灰度值相同的相邻像素，用一个 计数值和该灰度值来代替。
活动图像文件格式之 —— QuickTime文件--.MOV/.QT
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 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，并配有提供了200 多种MIDI兼容音响和设备的声音装置。 QuickTime还采用了虚拟现实技术，用户通过鼠标或键盘的交 互式控制，可以观察某一地点周围360度的景像，或者从空间 任何角度观察某一物体。 QuickTime以其领先的多媒体技术和跨平台特性、较小的存储 空间要求、技术细节的独立性以及系统的高度开放性，得到业 界的广泛认可，目前已成为数字媒体软件技术领域的事实上的 工业标准。国际标准化组织(ISO)最近选择QuickTime文件格 式作为开发MPEG4规范的统一数字媒体存储格式
图像信号压缩的机理
利用图像中存在的大量冗余度可供压缩 利用人眼的视觉特性
图像信号的空间冗余度
空间冗余度，一幅视频图像相邻各点的取值往往 相近或相同，具有空间相关性，这就是空间冗余 度 图像的空间相关性表示相邻象素点取值变化缓慢。 从频域看，意味着图像信号的能量主要集中在低 频附近，高频信号的能量随频率的增加而迅速衰 减。 视频图像中经常出现连续的象素点具有相同值的 情况，典型的如彩条，彩场信号等。只传送起始 象素点的值及随后取相同值的象素点的个数，也 能有效地压缩码率。
图像信号压缩效果
图像压缩方法的应用
几乎所有涉及数字图像存储和传输的应用 中，都需要进行数据压缩。 图像的压缩方法可以分为两类： 无损压缩，在图像无任何失真的前 提下使数据率达到最小，这种方式是可逆 的 有损压缩，在给定的失真度下使数 据率达到最小，这种方式是不可逆的 在数字电视的信源压缩编码中，由于要求 的压缩率较高，普遍采用有损压缩的方法
活动图像文件格式之——GIF文件--.GIF
GIF是图形交换格式(Graphics Interchange Format)的英文缩 写，是由CompuServe公司于80年代推出的一种高压缩比的彩色 图像文件格式 GIF图像格式采用无损数据压缩方法中压缩效率较高的LZW算法， 主要用于图像文件的网络传输。 考虑到网络传输中的实际情况，GIF图像格式还增加了渐显方式， 即在图像传输过程中，用户先看到图像的大致轮廓，然后随着传输 过程的继续而逐渐看清图像的细节部分，从而适应了用户的观赏心 理，这种方式以后也被其他图像格式所采用 最初，GIF只是用来存储单幅静止图像，后来，又进一步发展成为 可以同时存储若干幅静止图像并进而形成连续的动画，目前 Internet上大量采用的彩色动画文件多为这种格式的GIF文件。 GIF通常用来表示由计算机生成的动画序列，其图像相对而言比较 简单，因此可以得到比较高的无损压缩率，文件尺寸也不大。然而， 对于来自外部世界的真实而复杂的影像信息而言，无损压缩便显得 无能为力
传真件中一般都是白色比较多，而黑色相对比较 少。所以可能常常会出现如下的情况：
500w 3b 470w 12b 4w 3b 3000w 上面的行程编码所需用的比特数为：
2048 3000 4096 计数值需用 12bits表示
23
行程编码——传真中的应用方法
对于： 500w 3b 470w 12b 4w 3b 3000w 编码为： 500, 3, 470, 12, 4, 3, 3000
活动图像文件格式之
—— MPEG文件--.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，同时保证每秒30帧的图像动 态刷新率 MPEG标准包括MPEG视频、MPEG音频和MPEG系统(视频、音 频同步)三个部分 MP3音频文件就是MPEG音频的一个典型应用，而VCD、Super VCD 、DVD 则是全面采用MPEG技术所产生出来的消费类电子 产品 MPEG压缩标准是针对运动图像而设计的，其基本方法是：在单 位时间内采集并保存第一帧信息，然后只存储其余帧相对第一帧 发生变化的部分，从而达到压缩的目的，它主要采用两个基本压 缩技术：运动补偿技术(预测编码和插补码)实现时间上的压缩， 变换域(DCT)压缩技术实现空间上的压缩，压缩效率非常高。同 时图像和音响的质量也非常好，并且在微机上有统一的标准格式， 兼容性相当好。