图像编码与压缩技术
图像编码中的数据压缩技术介绍(九)
图像编码是将图像数据转化为一系列数字信号的过程，其目的是通过减少冗余信息，将图像数据压缩存储，以便更有效地传输和处理图像。
在数字图像处理和计算机视觉的广泛应用中，图像编码技术起到了重要的作用。
本文将介绍几种常用的图像编码中的数据压缩技术。
一、无损压缩技术无损压缩技术是指在压缩过程中不损失图像质量的一种方法。
其中最常用的一种是无损预测编码技术。
该技术基于预测和差分编码的思想，将图像中每个像素的值与其周围像素值进行比较，并将差异值编码。
无损预测编码技术可以通过建立预测模型来推断像素值，从而减少编码量。
另一种常见的无损压缩技术是熵编码。
熵编码根据像素值的频率分布，将出现概率较高的像素值用较短的码字表示，而将出现概率较低的像素值用较长的码字表示。
熵编码技术可以充分利用图像中的统计特征，提高编码效率。
二、有损压缩技术有损压缩技术是指在压缩过程中会有部分信息的损失，但通过合理的算法设计，根据人类视觉系统的特性，使得图像的失真不太显著，以达到高压缩比的目的。
其中最常见的有损压缩技术是离散余弦变换（DCT）和小波变换。
离散余弦变换（DCT）将图像划分为小的块，对每个块进行DCT变换得到频域系数。
通过对频域系数进行量化和编码，可以将系数的精度降低，从而减少了数据量。
DCT技术广泛应用于JPEG图像压缩标准中。
小波变换将信号分解为时间和频率域，可以捕捉到信号的时频特征。
图像通过小波变换后，得到的系数可以在频域上局部集中，通过将低系数置零并压缩高系数，可以实现图像的高效压缩。
小波变换技术在图像压缩领域有着广泛的应用，特别是在JPEG2000标准中。
除了DCT和小波变换，还有一种常见的有损压缩技术是基于向量量化的编码方法。
向量量化通过将图像划分为矢量，并将每个矢量映射到一个预定的码本中，从而实现压缩。
向量量化技术在图像编码中具有较好的压缩效果和较低的失真。
当前，图像编码技术在数字图像处理和计算机视觉领域得到了广泛的应用。
图像编码的基本原理
图像编码的基本原理图像编码是数字图像处理中的重要环节，它通过对图像进行压缩和编码，实现对图像信息的有效存储和传输。
在图像编码的过程中，需要考虑到图像的信息量、保真度、压缩比等多个因素，因此，图像编码的基本原理显得尤为重要。
首先，图像编码的基本原理包括两个主要方面，压缩和编码。
压缩是指通过一定的算法和技术，减少图像数据的存储空间和传输带宽，而编码则是将压缩后的图像数据转换成数字信号，以便于存储和传输。
在实际的图像编码过程中，通常会采用有损压缩和无损压缩两种方式，以满足不同应用场景的需求。
有损压缩是指在压缩图像数据的同时，会损失一定的信息量，但可以获得更高的压缩比。
常见的有损压缩算法包括JPEG、MPEG等，它们通过对图像进行离散余弦变换、量化、熵编码等步骤，实现对图像数据的有损压缩。
而无损压缩则是在不损失图像信息的前提下，实现对图像数据的压缩。
无损压缩算法主要包括LZW、Huffman编码等，它们通过对图像数据的统计特性进行编码，实现对图像数据的无损压缩。
除了压缩和编码外，图像编码的基本原理还包括了对图像信息的分析和处理。
在图像编码的过程中，需要对图像进行预处理、采样、量化等操作，以便于后续的压缩和编码。
同时，还需要考虑到图像的特性和人眼的视觉感知特点，以实现对图像信息的高效编码和保真传输。
总的来说，图像编码的基本原理涉及到压缩、编码和图像信息处理等多个方面，它是数字图像处理中的重要环节，直接影响到图像的存储、传输和显示质量。
因此，对图像编码的基本原理进行深入理解和研究，对于提高图像处理技术和应用具有重要意义。
希望本文的介绍能够帮助读者更好地理解图像编码的基本原理，为相关领域的研究和应用提供参考。
图像编码与压缩
LZW编码
LZW编码是由Lemple和Ziv提出并经 Welch扩充而形成的无损压缩专利技术。在 对文件进行编码时，需要生成特定字符序列 的表以及对应的代码。每当表中没有的字符 串出现时，就把它与其代码一道存储起来。 这以后当该串再次出现时，只存储其代码。 实际上，字符串表是在压缩过程中动态生成 的，而且由于解压缩算法可以从压缩文件中 重构字符串表，因而字符串表也不必存储。
5
差
图像质量很差，妨碍观看的干扰始终存在，几乎无法观看。
6
不能用 图像质量极差，不能使用尺度
进行评价。如果观察者将 和f(x,y)逐个进行对照，则
可以得到相对的质量分。例如可用
来代
表主观评价{很差，较差，稍差，相同，稍好，较好，很
好}。
四、霍夫曼编码
DCT编码 DCT变换是图像压缩标准中常用的变换方法，
如JPEG标准中将图像按照8x8分块利用DCT变换 编码实现压缩。
Lena.bmp(原图)
Lenna.jpg (压缩率9.2)
Lenna.jpg (压缩率18.4)
Lenna.jpg (压缩率51.6)
其它变换编码
变换方法是实现图像数据压缩的主要手段，其基本原 理是首先通过变换将图像数据投影到另一特征空间，降低 数据的相关性，使有效数据集中分布；再采用量化方法离 散化，最后通过Huffman等无损压缩编码进一步压缩数据 的存储量。DCT是一种常用的变换域压缩方法，是 JPEG,MPEGI-II等图像及视频信号压缩标准的算法基础。 在实际采用DCT编码时，需要分块处理，各块单独变换编 码，整体图像编码后再解压会出现块状人工效应，特别是 当压缩比较大时非常明显，使图像失真。因此，为了获得 更高的图像压缩比，人们提出了一些其它方法，如基于小 波变换的图像压缩算法和基于分形的图像压缩算法等。
图像编码中的数据压缩技术介绍(三)
图像编码中的数据压缩技术介绍一、背景在数字时代，图像已经成为人们日常生活中不可或缺的一部分。
然而，随着图像数据的增多，存储和传输的需求也越来越大。
为了有效地处理这些图像数据，数据压缩技术应运而生。
二、数据压缩技术的意义数据压缩技术是将一幅图像中的冗余信息去除或者用更少的信息表示同样的内容，从而减小图像数据的存储和传输量。
通过数据压缩技术，不仅可以节省存储空间，还可以提高图像传输速度，降低传输带宽要求。
三、数据压缩的基本原理数据压缩大致可以分为有损压缩和无损压缩两种方法。
1. 无损压缩无损压缩技术是一种将图像数据压缩成更小的规模，但同时保持图像质量不受损的方法。
在无损压缩中，重要的是尽量减小图像数据的冗余度，以减少存储或传输所需的比特数。
最常用的无损压缩方法包括行程编码、霍夫曼编码和算术编码等。
2. 有损压缩有损压缩技术是一种在压缩图像数据时允许一定程度的图像质量损失的方法。
有损压缩方法通过削减图像数据中的冗余信息和不可见的细节来减小文件的大小。
最常用的有损压缩方法包括离散余弦变换和小波变换等。
四、经典的数据压缩算法1. JPEG压缩JPEG压缩是一种广泛应用于数字图像压缩的有损压缩算法。
它主要基于离散余弦变换（DCT）和量化的思想，通过对图像的频域表示进行量化和熵编码，实现对图像数据的压缩。
2. PNG压缩PNG压缩是一种广泛应用于无损图像压缩的算法。
它采用差分编码和行程编码的组合，通过对图像中连续相同像素值的区域进行编码和压缩，实现对图像数据的无损压缩。
五、新兴的数据压缩技术随着科技的发展，新兴的数据压缩技术也不断涌现。
1. 基于深度学习的数据压缩基于深度学习的数据压缩技术利用神经网络模型，通过学习图像数据的特征和规律，实现对图像数据的高效压缩和恢复。
这种方法具有较高的压缩率和较好的图像质量。
2. 全局优化的数据压缩全局优化的数据压缩技术是一种基于整个图像的全局信息进行编码和压缩的方法。
它能够更充分地利用图像中的冗余信息，并在压缩过程中保持图像的可视质量。
图像压缩编码方法
图像压缩编码方法
图像压缩编码方法是通过减少图像数据的冗余部分来减小图像文件的大小，以便于存储和传输。
以下是常见的图像压缩编码方法：
1. 无损压缩：无损压缩方法可以压缩图像文件的大小，但不会丢失任何图像数据。
常见的无损压缩编码方法包括：
- Huffman编码：基于字符出现频率进行编码，将频率较低的字符用较长的编码表示，频率较高的字符用较短的编码表示。
- 预测编码：根据图像像素间的相关性进行编码，利用当前像素与附近像素的差异来表示像素值。
- 霍夫曼编码：利用霍夫曼树来对图像数据进行编码，降低数据的冗余度。
- 算术编码：根据符号的出现概率，将整个编码空间划分为不同部分，每个符号对应于不同的编码区域。
2. 有损压缩：有损压缩方法可以在压缩图像大小的同时，对图像数据进行一定的丢失，但尽量使丢失的数据对人眼不可见。
常见的有损压缩编码方法包括：
- JPEG压缩：基于离散余弦变换(DCT)的方法，将图像数据转换为频域表示，
然后根据不同频率成分的重要性进行量化和编码。
- 基于小波变换的压缩：将图像数据转换为频域表示，利用小波基函数将图像分解为低频和高频子带，然后对高频子带进行量化和编码。
- 层次编码：将原始图像数据分为不同的预测层次，然后对不同层次的误差进行编码，从而实现压缩。
需要注意的是，不同的压缩编码方法适用于不同类型的图像数据和压缩要求。
有些方法适用于需要高压缩比的情况，但会引入更多的失真，而有些方法适用于需要保留图像质量的情况，但压缩比较低。
因此，在选择图像压缩编码方法时，需要根据具体要求和应用场景进行权衡和选择。
三大编码及压缩标准
编码和压缩是处理音频、视频和图像等多媒体数据时必不可少的技术。
通过编码，原始数据被转换成适合存储或传输的格式；而压缩则是为了减少数据量，以节省存储空间和加快传输速度。
在众多的编码及压缩标准中，有三大标准被广泛使用，它们分别是：JPEG、MPEG 和 H.264。
1.JPEG（Joint Photographic Experts Group）JPEG 是一种广泛应用于图像压缩的编码标准，它由联合摄影专家组开发。
JPEG 能够提供很好的压缩比例，同时保持较高的图像质量。
这使得JPEG 成为数字摄影、网页设计和许多其他应用的首选格式。
JPEG 支持多种颜色模式，包括 RGB、CMYK 和灰度。
此外，JPEG 还支持渐进式显示，即图像可以逐步加载，让用户在等待完整图像加载时可以看到低分辨率的预览。
JPEG 压缩算法基于离散余弦变换（DCT），通过量化和哈夫曼编码实现数据的压缩。
由于 JPEG 是有损压缩，因此在高压缩比下可能会出现图像质量的损失。
为了在保持较高图像质量的同时实现较大的压缩比，JPEG 提供了多种压缩级别供用户选择。
2.MPEG（Moving Picture Experts Group）MPEG 是一组用于音频和视频编码的标准，由动态图像专家组开发。
MPEG 标准包括多种类型，如 MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4 等。
这些标准在不同的应用场景中有不同的特点和优势。
MPEG-1 主要用于 VCD 和 CD 的音视频编码，其视频编码分辨率较低，适用于较低的传输速率。
MPEG-2 则用于 DVD、数字电视和高清电视等领域，提供了更高的分辨率和更好的图像质量。
MPEG-4 是一种面向对象的编码标准，支持更多的交互功能，如虚拟现实、游戏等。
MPEG 编码算法基于运动补偿和离散余弦变换（DCT），通过帧间预测、运动估计和熵编码实现数据的压缩。
与 JPEG 类似，MPEG 也是有损压缩，但在保证一定图像质量的前提下，可以实现较高的压缩比。
数字图像处理图像压缩与编码
数字图像处理
28
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> const char *o = ""; int main() {
char *d = malloc(2*strlen(o)); char *oc = malloc(strlen(o)); int rl = rle_encode(d, o, strlen(o)); int ocl = rle_decode(oc, d, rl); fwrite(oc, 1, ocl, stdout); free(d); free(oc); return 0; }
无损压缩的格式可以很容易的转换为其它有损压缩格式， 而不存在多次有损压缩所带来的更大失真问题
当然，无损压缩的缺点也是明显的，包括：
占用空间大，压缩比有限
解码无损压缩格式需要更大的计算量，所以对解码硬件 具有更高的要求
数字图像处理
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游程编码
差分脉冲编码调 制
熵编码
LZW字典算法
Huffman编码
小波分析是把一个信号分解成由原始小波经过移位 和缩放后的一系列小波，因此小波是小波变换的基 函数，即小波可用作表示一些函数的基函数。
经过多年的努力，小波理论基础已经基本建立并成为应 用数学的一个新领域，引起了众多数学家和工程技术人 员的极大关注。
数字图像处理
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压缩的完成主要依靠，一是使用线性变换来剔 除图像数据的相关性，二是对所得到的变换系 数进行量化，三是对不同类型的数据分配比特 位，四是对量化后的结果进行熵编码。
return dl;
}
数字图像处理
图像数字化处理常用方法
图像数字化处理常用方法1）图像变换：由于图像阵列很大，直接在空间域中进行处理，涉及计算量很大。
因此，往往采用各种图像变换的方法，如傅立叶变换、沃尔什变换、离散余弦变换等间接处理技术，将空间域的处理转换为变换域处理，不仅可减少计算量，而且可获得更有效的处理（如傅立叶变换可在频域中进行数字滤波处理）。
目前新兴研究的小波变换在时域和频域中都具有良好的局部化特性，它在图像处理中也有着广泛而有效的应用。
2 ）图像编码压缩：图像编码压缩技术可减少描述图像的数据量（即比特数），以便节省图像传输、处理时间和减少所占用的存储器容量。
压缩可以在不失真的前提下获得，也可以在允许的失真条件下进行。
编码是压缩技术中最重要的方法，它在图像处理技术中是发展最早且比较成熟的技术。
3 ）图像增强和复原：图像增强和复原的目的是为了提高图像的质量，如去除噪声，提高图像的清晰度等。
图像增强不考虑图像降质的原因，突出图像中所感兴趣的部分。
如强化图像高频分量，可使图像中物体轮廓清晰，细节明显；如强化低频分量可减少图像中噪声影响。
图像复原要求对图像降质的原因有一定的了解，一般讲应根据降质过程建立“降质模型”，再采用某种滤波方法，恢复或重建原来的图像。
4 ）图像分割：图像分割是数字图像处理中的关键技术之一。
图像分割是将图像中有意义的特征部分提取出来，其有意义的特征有图像中的边缘、区域等，这是进一步进行图像识别、分析和理解的基础。
虽然目前已研究出不少边缘提取、区域分割的方法，但还没有一种普遍适用于各种图像的有效方法。
因此，对图像分割的研究还在不断深入之中，是目前图像处理中研究的热点之一。
5 ）图像描述：图像描述是图像识别和理解的必要前提。
作为最简单的二值图像可采用其几何特性描述物体的特性，一般图像的描述方法采用二维形状描述，它有边界描述和区域描述两类方法。
对于特殊的纹理图像可采用二维纹理特征描述。
随着图像处理研究的深入发展，已经开始进行三维物体描述的研究，提出了体积描述、表面描述、广义圆柱体描述等方法。
JPEG是图像压缩编码标准
JPEG是图像压缩编码标准JPEG（Joint Photographic Experts Group）是一种常见的图像压缩编码标准，它是一种无损压缩技术，可以有效地减小图像文件的大小，同时保持图像的高质量。
JPEG压缩技术广泛应用于数字摄影、网页设计、打印和传真等领域，成为了图像处理中不可或缺的一部分。
JPEG压缩编码标准的原理是基于人眼对图像细节的感知特性，通过去除图像中的冗余信息和不可见细节，从而实现图像的压缩。
在JPEG压缩中，图像被分割成8x8像素的块，然后对每个块进行离散余弦变换（DCT），将图像从空间域转换到频域。
接着，对DCT系数进行量化和编码，最后使用熵编码对图像进行压缩。
这样的压缩方式可以显著减小图像文件的大小，同时保持图像的视觉质量。
JPEG压缩标准的优点之一是可以根据需要选择不同的压缩比，从而在图像质量和文件大小之间取得平衡。
在数字摄影中，用户可以根据拍摄场景和要求选择不同的压缩比，以满足对图像质量和文件大小的需求。
此外，JPEG格式的图像可以在不同的设备和平台上进行广泛的应用和共享，具有很好的兼容性。
然而，JPEG压缩也存在一些缺点。
由于JPEG是一种有损压缩技术，因此在高压缩比下会出现明显的失真和伪影。
特别是在连续的编辑和保存过程中，图像的质量会逐渐下降，出现“JPEG失真”。
因此，在图像处理中需要注意选择合适的压缩比，避免过度压缩导致图像质量下降。
另外，JPEG格式不支持透明度和动画等高级特性，对于一些特殊的图像处理需求可能不够灵活。
在这种情况下，可以考虑使用其他图像格式，如PNG和GIF，来满足特定的需求。
总的来说，JPEG作为一种图像压缩编码标准，具有广泛的应用和重要的意义。
它在数字摄影、网页设计、打印和传真等领域发挥着重要作用，为图像处理和传输提供了有效的解决方案。
然而，在使用JPEG格式进行图像处理时，需要注意选择合适的压缩比，避免过度压缩导致图像质量下降。
同时，也需要根据具体的需求考虑使用其他图像格式来满足特定的需求。
JPEG图像压缩与编码解析
JPEG图像压缩与编码解析
JPEG（Joint Photographic Experts Group）压缩格式，以其易于使用、压缩率高而著称，是应用最为广泛的一种图像压缩格式。
JPEG压缩
算法把图像分为内容和质量两个维度来进行压缩。
下面将详细论述JPEG
图像编码与解码的基本原理。
1.JPEG图像编码过程
（1）空间域转换
空间域转换是将原始图像由空间域变换成更加节省存储空间的频域。
JPEG压缩采用的是离散余弦变换（DCT）这种空间域转换方法，它可以把
图像表示成一系列正交基函数的线性组合，每一个函数表示的是对应的图
像量化值。
利用DCT将一幅图像分成8×8（也有可能是16×16）大小的块，每一个块由64（或者256）个相互独立的像素构成，被称为DCT子块。
（2）频段选择
JPEG图像压缩算法采用频段选择的原则，根据图像中的特征，把空
间域转换之后的低频分量即低频信息传��有损，而只把高频分量即高频
信息传递以达到保留重要信息的目的，在JPEG中，特征的保留按照“从
重要的到不重要的”的顺序进行。
（3）变换。
图像编解码技术及应用
图像编解码技术及应用1. 什么是图像编解码技术？图像编解码技术（Image Encoding and Decoding）是指一系列将图像信号转换成数字信号的技术，也包括将数字信号还原成原始图像的技术。
图像编解码技术广泛应用于数字图像处理、数字图像传输和储存等领域，使得图像能够更加便捷地传输和存储。
常见的图像编解码技术包括JPEG、PNG、GIF等。
其中，JPEG是最常见的图像编解码技术之一，适用于不带透明度的复杂色彩图像。
PNG则适用于带透明度的复杂色彩图像，但其文件大小比JPEG大。
GIF则适用于简单色彩图像和动态图像。
2. 图像编解码技术的原理图像编解码技术的原理是将原始图像转化成数字信号，再传输或储存这些数字信号。
具体的过程包括以下几个步骤：1.采样和量化：将原始图像按照一定的采样率进行采样，并对采样到的数字信号进行量化，即将其转化为离散的数字。
2.编码：对采样和量化后的数字信号进行编码，将其转换为二进制码。
3.压缩：为了降低文件大小，图像编解码技术通常采用压缩技术对编码后的二进制码进行压缩。
4.解码：将压缩后的二进制码转化成编码前的二进制码。
5.重构：根据解码后的二进制码，重构出原始的图像。
3. 图像编解码技术的应用图像编解码技术在数字图像处理、数字图像传输和储存等领域中得到了广泛应用。
在数字图像处理领域，图像编解码技术可以用于图像的修改、增强和复原，例如对图像进行缩放、旋转和修复等操作。
在数字图像传输领域，图像编解码技术可以用于图像的网络传输和无线传输，例如在网络视频会议中传送视频图像，或者在移动设备间传送图像。
在数字图像储存领域，图像编解码技术可以降低图像文件的大小，从而节约储存空间和传输带宽。
例如，JPEG是最常用的图像储存格式之一。
4. 图像编解码技术的未来发展随着计算机技术和互联网技术的发展，图像编解码技术也在不断地发展和创新。
一方面，图像编解码技术的编码器和解码器都在不断地优化和改进，以提高图像编解码的效率和准确性，并能够处理更加复杂和高清晰度的图像。
基于图像压缩与编码技术的研究
现 了图像信 息 的数 据 压缩 ， 能使人 们 的主 又
图像 信 号 固有 的统 计 表 明 ： 邻 相 素之 观 视 觉 看不 出经 过压 缩 编码 处 理 后 复 原 图 相 间 、 邻行 之 间和 相 邻 帧之 间都 存在 着 较 强 像 的 区 别 。 些 ， 信 息 非 保 持 编 码 比起 仅 相 因 用
的 生 理 学 、 理 学 特 性 ， 以 允许 图像 最 终 确 度 可 以将 图像 压 缩编 码分 为 三类 ： 心 可 信息 保 持 编码 、 真 度 编 码 和特 征提 取 。 保 从实 现 方
压 缩 编 码 器 、 道 编 码器 送 至 传输 信 道 。 经 过压 缩 编码 后所 得 的 图像 有 一定 用研 究 ・
与 图像 信 号 的概 率 分 布 有 关 。 实 际 工 作 在
中 ， 根 据大 量 的统 计 结 果 ， 要 采用 简 化 的概 需 要还 要用 自适应 预测 器 ， 以便更 好的 描述
Ｇ， 活动图像 编码 的Ｈ．６ 、 Ｅ 一１ ２ １ＭＰ Ｇ 和ＭＰ
Ｅ 一 等 国际标 准 都建 议用 霍夫 曼 编码 作 为 Ｇ ２
统 计编 码 。 种编 码 码 。 这
３ ２ 预 测 变换 编 码 ．
图像 信 号
扩 张 解 码 器 图 １ 图像 压 缩 编 码 的 原 理 框 图
的相 关性 。 利用 编 码 方法 在 一定 程度 上 消 除 用 信息 保持 编 码 ， 有更 多 的数据 压 缩 。 这 些相 关 性 ， 以便 实 现 图像 信 息 的 数 据 压 缩 ， 量 去 掉 那 些 无 用 的 冗 余 信息 ， 持有 尽 保
数字图像处理第6章_图像编码与压缩技术.
霍夫曼编码
例 假设一个文件中出现了8种符号S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、 S7，那么每种符号编码至少需要3bit S0=000, S1=001, S2=010, S3=011, S4=100, S5=101, S6=110, S7=111 那么，符号序列S0 S1 S7 S0 S1 S6 S2 S2 S3 S4 S5 S0 S0 S1编码后 000 001 111 000 001 110 010 010 011 100 101 000 000 001 （共42bit） 和等长编码不同的一种方法是可变长编码。在这种编码方法中， 表示符号的码字的长度不是固定不变的，而是随着符号出现的概率 而变化，对于那些出现概率大的信息符号编以较短的字长的码，而 对于那些出现概率小的信息符号编以较长的字长的码。
6.3.3 霍夫曼编码
霍夫曼(Huffman)编码是根据可变长最佳编码定理，应用霍夫曼算
1．
对于每个符号，例如经过量化后的图像数据，如果对它们每 个值都是以相同长度的二进制码表示的，则称为等长编码或均匀 编码。采用等长编码的优点是编码过程和解码过程简单，但由于 这种编码方法没有考虑各个符号出现的概率，实际上就是将它们 当作等概率事件处理的，因而它的编码效率比较低。例6.3给出了 一个等长编码的例子。
6.1.1 图像的信息冗余
图像数据的压缩是基于图像存在冗余这种特性。压缩就是去掉 信息中的冗余，即保留不确定的信息，去掉确定的信息（可推知 的）；也就是用一种更接近信息本身的描述代替原有冗余的描述。 8 （1） 空间冗余。在同一幅图像中，规则物体或规则背景的物理表 面特性具有的相关性，这种相关性会使它们的图像结构趋于有序和 平滑，表现出空间数据的冗余。邻近像素灰度分布的相关性很强。 （2） 频间冗余。多谱段图像中各谱段图像对应像素之间灰度相关 （3） 时间冗余。对于动画或电视图像所形成的图像序列（帧序 列），相邻两帧图像之间有较大的相关性，其中有很多局部甚至完
图像压缩与编码技术测试
图像压缩与编码技术测试（答案见尾页）一、选择题1. 在数字图像处理中，以下哪种编码方式常用于无损压缩？A. JPEGB. PNGC. GIFD. BMP2. 对于图像压缩，以下哪个指标通常用来衡量压缩率？A. 压缩比B. 信噪比C. 亮度D. 色彩深度3. 在JPEG压缩算法中，哪一个步骤是至关重要的？A. 采样B. 量化C. 编码D. 解码4. 在无损图像压缩中，以下哪种方法通常不被采用？A. 霍夫曼编码B. LZW编码C. DNSQ编码D. 运行长度编码5. 图像编码中，哪种格式通常用于视频传输？A. MP4B. AVIC. WMVD. GIF6. 在JPEG编码标准中，采用了以下哪种变换方法？A. DCT变换B. DFT变换C. KLT变换D. Wavelet变换7. 在图像压缩中，以下哪种技术可以用来去除图像中的噪声？A. 均值滤波B. 中值滤波C. 高斯滤波D. 模糊滤波8. 在DICOM医学图像格式中，哪种压缩算法被广泛应用？A. JPEGB. JPEG-2000C. JPEG-LSD. JPEG XR9. 在无损图像压缩中，以下哪种算法可以实现无损恢复？A. LZW编码B. Huffman编码C. Run-Length encodingD. Discrete cosine transform (DCT)10. 在图像编码中，以下哪种格式具有很好的兼容性和可扩展性？A. HEVCB. VP9C. AV1D. H.26411. 图像压缩与编码技术的基本概念是什么？A. 通过有损或无损方法减少图像数据量的技术B. 图像识别和处理技术C. 图像存储技术D. 图像传输技术12. 在数字图像处理中，以下哪个选项不是常用的图像格式？A. JPEGB. GIFC. BMPD. PNG13. 图像压缩编码中，哪种方法通常具有较高的压缩比？A. 霍夫曼编码B. LZW编码C. DIY编码D. 运行长度编码14. 在静态图像压缩中，哪种格式通常被用于Web页面？A. JPEGB. PNGC. GIFD. BMP15. 以下哪个因素会影响图像压缩编码的效果？A. 图像的分辨率B. 图像的色彩深度C. 图像的感兴趣区域D. 图像的动态范围16. 在无损图像压缩中，哪种算法通常被使用？A. LZWB.霍夫曼编码C. DIY算法D. LBG17. 图像编码中，哪种方法可以确保最高的图像质量？A. HR压缩B. LR压缩C. FLIP压缩D. AI压缩18. 在动态图像压缩中，哪种格式通常被使用？A. MP4B. AVIC. WMVD. MPG19. 图像压缩与编码技术的未来发展趋势是什么？A. 更高的压缩比B. 更快的编码速度C. 更好的图像质量D. 更多的个性化压缩方案20. 在实际应用中，哪种类型的图像压缩编码器是最常见的？A. 基于软件的压缩器B. 基于硬件（ASIC）的压缩器C. 基于云的压缩器D. 基于网络的压缩器21. 图像压缩与编码技术的基本原理是什么？A. 通过去除图像中的冗余信息来减小文件大小B. 通过变换域方法对图像进行预处理和量化C. 通过有损或无损方法去除图像中的高频信息D. 通过预测编码技术对图像进行空间和时间上的预测22. 在数字图像处理中，常用的图像格式有哪些？A. JPEGB. PNGC. GIF23. JPEG压缩算法中，哪种因子影响图像的质量和压缩比？A. 预览质量（PQ）B. 压缩比（CR）C. 量子化步长（QS）D. 参考帧数量24. 下列哪种编码方式属于无损压缩？A. JPEGB. PNGC. GIFD. MPEG25. 在视频压缩中，常用的运动估计和补偿技术有哪些？A. 运动矢量检测B. 时间域滤波C. 空间域滤波D. 预测编码26. 在H./AVC视频编码标准中，哪种帧内预测模式是通过利用像素间的空间相关性来减少预测误差的？A. 稀疏表示B. 基于DCT的预测C. 基于DCT的变换D. 基于DCT的整数变换27. 在图像压缩中，哪种方法可以用来测量图像的熵？A. 基于块的算法B. 基于像素的算法C. 基于模式的算法D. 基于统计的算法28. 在多媒体通信中，哪种协议用于实时传输音视频数据？B. RTCPC. RTSPD. RSVP29. 在数字水印技术中，哪种算法用于嵌入水印？A. 霍夫曼编码B. 离散余弦变换C. 对称密钥算法D. 高级加密标准30. 在图像识别技术中，哪种算法用于提取图像的特征？A. 凸包算法B. K-均值聚类算法C. 支持向量机（SVM）D. 深度学习算法31. 在数字图像处理中，以下哪种编码方法被广泛用于无损图像压缩？A. JPEGB. PNGC. GIFD. BMP32. 对于图像压缩算法，以下哪个因素对压缩比有显著影响？A. 图像分辨率B. 图像颜色深度C. 图像质量要求D. 图像编码效率33. 在静态图像压缩中，以下哪种格式被广泛支持，并且具有较高的压缩比？A. JPEGB. PNGC. GIFD. TIFF34. 在动态图像压缩中，以下哪种编码标准被广泛使用？A. H.261B. H.264C. MPEG-2D. AVI35. 对于图像去噪，以下哪种方法可以有效地保留图像边缘信息？A. 中值滤波B. 均值滤波C. 高斯滤波D. 深度学习方法36. 在图像压缩中，以下哪种方法可以实现无损压缩？A. JPEGB. PNGC. GIFD. LZW37. 对于彩色图像压缩，以下哪种格式提供了较高的压缩比并且具有良好的图像质量？A. JPEGB. PNGC. GIFD. BMP38. 在医学图像处理中，以下哪种图像格式被广泛支持，并且具有较好的压缩性能？A. DICOMB. JPEGC. PNGD. GIF39. 对于视频压缩，以下哪种编码标准被广泛使用，并且在高清视频压缩中具有较高的压缩比？A. H.261B. H.264C. MPEG-2D. AVI40. 在图像压缩与编码技术中，以下哪种算法可以有效地消除图像中的伪影？A. 运动估计与补偿B. 非局部均值滤波C. 各向异性扩散滤波D.深度学习方法二、问答题1. 什么是图像压缩与编码技术？它们的主要应用场景有哪些？2. 常见的图像压缩算法有哪些？它们的优缺点是什么？3. 图像编码技术中常用的信道编码方式有哪些？它们的作用是什么？4. 简述一下图像压缩与编码过程中可能遇到的问题及其解决方法。
图像压缩与编码技术考试
图像压缩与编码技术考试（答案见尾页）一、选择题1. 图像压缩与编码技术的基本概念是什么？A. 通过有损或无损方法减少图像数据量的技术B. 图像处理的一种方式C. 图像复原的方法D. 图像平滑的方法2. 在数字图像处理中，以下哪个不是常用的图像压缩算法？A. JPEGB. GIFC. PNGD. BMP3. 图像压缩编码中，哪个参数用于衡量压缩后的图像质量？A. 压缩比B. 重建图像质量C. 编码时间D. 解码时间4. 以下哪种图像格式通常不用于Web页面中的图像传输？A. JPEGB. PNGC. GIFD. BMP5. 在图像压缩中，哪种方法可以确保最高的图像质量？A. 有损压缩B. 无损压缩C. 压缩比高的压缩方法D. 高压缩比的压缩方法6. 在数字图像处理中，以下哪个操作不属于图像压缩编码过程？A. 采样B. 量化C. 编码D. 反变换7. 在JPEG图像压缩中，哪个参数用于控制压缩比例？A. 分辨率B. 颜色深度C. 算法D. quality8. 以下哪种图像格式支持透明背景？A. JPEGB. PNGC. GIFD. BMP9. 在图像压缩编码中，哪种方法可以去除图像中的冗余信息？A. 变换编码B. 霍夫曼编码C. 熵编码D. 区域划分10. 在数字图像处理中，以下哪个操作不属于图像压缩技术？A. 图像缩放B. 图像平滑C. 图像锐化D. 图像滤波11. 图像压缩与编码技术的基本概念是什么？A. 是一种将图像数据转换为更小的数据量的技术B. 是一种无损的数据压缩方法C. 是一种有损的数据压缩方法D. 是一种只能减小图像文件大小的技术12. 在数字图像处理中，以下哪种方法可以用于图像压缩？A. 模糊处理B. 边缘检测C. 基于像素值的预测编码D. 预测编码结合滤波13. 图像压缩编码中，以下哪种方法属于无损编码？A. 霍夫曼编码B. LZW编码C. JPEG压缩D. JPEG 200014. 在图像压缩中，以下哪种方法不能减少图像的细节？A. 霍夫曼编码B. LZW编码C. JPEG压缩D. 小波变换15. 对于图像压缩算法，以下哪种说法是正确的？A. 图像压缩算法可以在任何情况下都提高图像质量B. 图像压缩算法总是比原始图像质量要差C. 图像压缩算法可以在保持图像质量的同时减小文件大小D. 图像压缩算法不能用于彩色图像16. 在数字图像中，以下哪种变换可以用于图像压缩？A.傅里叶变换B. 离散余弦变换（DCT）C. 沃尔什-哈达玛变换（沃尔什变换）D. 小波变换17. 在图像压缩编码中，以下哪种方法是一种基于字典的方法？A. 霍夫曼编码B. LZW编码C. JPEG压缩D. JPEG 200018. 在图像压缩中，以下哪种方法不属于混合编码？A. 基于像素值的预测编码B. 基于像素值的变换编码C. 基于像素值的统计编码D. 基于像素值的矢量量化19. 在图像压缩编码中，以下哪种方法是一种预处理方法？A. 图像平滑B. 图像锐化C. 图像编码D. 图像分割20. 在数字图像处理中，以下哪种方法可以用于图像去噪？A. 图像平滑B. 图像锐化C. 图像编码D. 图像滤波21. 图像压缩与编码技术的基本概念是什么？A. 无损压缩B. 有损压缩C. 参数编码D. 霍夫曼编码22. 在数字图像处理中，常用的图像格式有哪些？A. JPEGB. PNGC. GIFD. BMP23. 图像压缩编码的标准有哪些？A. H.264/AVCB. H.265/HEVCC. MPEG-2D. MPEG-424. 以下哪种编码方法属于无损压缩？A. JPEGB. PNGC. GIFD. LZW25. 在图像压缩中，预测编码是一种什么技术？A. 基于像素值的预测B. 基于像素区域的预测C. 基于上下文的预测D. 基于模型的预测26. 图像压缩编码中的运动估计与补偿是什么？A. 运动估计是在同一帧内进行B. 运动估计是在不同帧之间进行C. 运动补偿是根据运动估计的结果进行调整D. 运动补偿是根据原始图像进行27. 在图像压缩编码中，离散余弦变换（DCT）的作用是什么？A. 将图像从空间域转换到频率域B. 对图像进行滤波C. 提取图像的特征值D. 对图像进行量化28. 以下哪种图像处理技术可以用于图像压缩？A. 图像平滑B. 图像锐化C. 图像增强D. 图像分割29. 在H./AVC编码标准中，哪个参数集用于表示帧内图像？A. IPBB. PBBC. IBBD. PB30. 图像压缩编码中的码率控制策略有哪些？A. 固定码率控制B. 可变码率控制C. 码率失真优化D. 以上都是31. 图像压缩与编码技术的基本概念是什么？A. 通过对图像进行采样、量化等操作来减小图像大小的过程。
图像压缩编码的方法
图像压缩编码的方法
图像压缩编码的方法有许多，常见的包括以下几种：
1. 无损压缩：无损压缩的目标是在压缩图像的同时不损失任何数据。
常见的无损压缩方法有：
- Run Length Encoding (RLE)：适用于有大量连续重复像素的图像。
- Huffman 编码：通过统计像素出现的频率和概率来分配不同的编码长度。
- Lempel-Ziv-Welch (LZW) 编码：将连续出现的像素序列映射为较短的编码。
2. 有损压缩：有损压缩的目标是在压缩图像的同时牺牲一部分信息以获得更高的压缩比。
常见的有损压缩方法有：
- 基于变换的压缩方法：如福利耶变换（Discrete Cosine Transform, DCT）和小波变换（Wavelet Transform），将图像从时域转换到频域来减少冗余。
- 基于预测的压缩方法：如差分编码（Differential Encoding）和运动补偿（Motion Compensation），通过计算像素之间的差异来减少冗余。
- 量化：将频域系数或预测误差按照一定的量化步长进行量化，牺牲一部分细节信息。
这些方法可以单独使用，也可以结合使用以实现更高的压缩率。
-。
第5章 图像编码与压缩
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Huffman编码
产生Huffman编码需要对原始数据扫描两遍。第一遍
扫描要精确地统计出原始数据中每个值出现的频率，第二
遍是建立Huffman树并进行编码。由于需要建立二叉树并
遍历二叉树生成编码，因此Huffman编码数据压缩和还原
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5.3.1 基于字典的技术
2. LZW编码 LZ编码是由Lemple和Ziv最早提出的无损压缩技术。它由
Welch加以充实而形成了广泛应用的有专利保护的LZW算法。 同RLE类似，它也是对字符串编码从而实现数据压缩。然而， 与RLE不同的是，它在对文件进行编码的同时，生成特定字 符序列的表以及它们对应的代码
冗余、时间冗余、视觉冗余、信息熵冗余、结构冗余
和知识冗余。
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第5章 图像编码与压缩
1.空间冗余 图像内部相邻像素之间存在较强的相关性所造成的冗余。
也称为像素相关冗余。 场景中总有一些物体，图像中就有一些目标，同一目标
的像素之间一般具有相关性。根据相关性，由某一个像素的 性质可以获得其邻域像素的性质，各像素的值可以由其邻近 像素的值预测出来，每个独立的像素所携带的信息相对较少。 图像中存在与像素间相关性直接联系的数据冗余，即为像素 相关冗余，也称为空间冗余或几何冗余。
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第5章 图像编码与压缩
对图像文件进行压缩和解压缩都是需要时间的。图
像文件在系统与系统之间或用户与用户之间进行交换时，
这个时间是不容忽略的。所以要根据具体情况选择进行
有损压缩和无损压缩，以及在速度和压缩比之间、保真
度之间进行折衷。
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图 分形图像
给出一个稍微复杂的树模型：
设图形 T 0 为一条单位长直线
段，在第一个三等分点上各向两
边45角的方向延伸出两条
（2）保真度编码：主要利用人眼的视觉特性，在允许的失真 （Lossy）条件下或一定的保真度准则下，最大限度地压缩 图像。保真度编码可以实现较大的压缩比，主要用于数字电 视技术、静止图像通信、娱乐等方面。对于这些图像，过高 的空间分辨率和过多的灰度层次，不仅增加了数据量，而且 人眼也接收不到。因此在编码过程中，可以丢掉一些人眼不 敏感的信息，在保证一定的视觉效果条件下提高压缩比。
1)分形编码
❖ 分形编码是在分形几何理论的基础上发展起来的一 种编码方法。分形编码最大限度地利用了图像在空 间域上的自相似性（即局部与整体之间存在某种相 似性），通过消除图像的几何冗余来压缩数据。 M.Barnsley将迭代函数系统用于描述图像的自相似 性，并将其用于图像编码，对某些特定图像获得了 10 000: 1的压缩比。分形编码过程十分复杂，而解 码过程却很简单，故通常用于对图像编码一次，而 需译码多次的信息传播应用中。
度。
典型图像的数据量
图像种类
图像参数
二值传真图像 灰度图像
A4（210 297 mm）大小2512，8 bit灰度等级
VGA图像 CIF视频图像 HDTV亮度信号
640 480 256色
352 288 256色，亮度取样率为3 MHz，亮度和两 色差按4∶1∶1取样，亮色量化位数共12 bit，帧频 29.97，按1 s计算
3.根据对压缩编码后的图像进行重建的准确程度，可 将常用的图像编码方法分为三类：
（1）信息保持编码：也称无失真编码，它要求在编 解码过程中保证图像信息不丢失，从而可以完整地 重建图像。信息保持编码的压缩比较低，一般不超 过3：1，主要应用在图像的数字存储方面，常用于 医学图像编码中。
常见的有：哈夫曼编码，算术编码，行程编码， FANO编码等。
数据压缩主要是通过编码来实现的。
三.图像编码的方法
1.根据编码过程中是否存在信息损耗可将图 像编码分为有损压缩和无损压缩。
➢ 无损压缩无信息损失，解压缩时能够从压 缩数据精确地恢复原始图像；
➢ 有损压缩不能精确重建原始图像，存在一 定程度的失真。
2.根据编码原理可以将图像编码分为熵编码、预测编码、变换 编码和混合编码等。
❖ （3）变换编码。变换编码通常是将空间域上的图 像经过正交变换映射到另一变换域上，使变换后的 系数之间的相关性降低。图像变换本身并不能压缩 数据，但变换后图像的大部分能量只集中到少数几 个变换系数上，采用适当的量化和熵编码就可以有 效地压缩图像。
❖ （4）混合编码。混合编码是指综合了熵编码、变 换编码或预测编码的编码方法，如JPEG标准和 MPEG标准，JBIG，H261。
常见的有： ❖ 预测编码：DPCM,运动补偿 ❖ 频率域方法：正交变换编码(如DCT），子带编码 ❖ 模型方法：分形编码，模型基编码 ❖ 基于重要性：滤波，子采样，比特分配，向量量化
❖ （3）特征提取：在图像识别、分析和分类等 技术中，往往并不需要全部图像信息，而只 要对感兴趣的部分特征信息进行编码即可压 缩数据。例如，对遥感图像进行农作物分类 时，就只需对用于区别农作物与非农作物， 以及农作物类别之间的特征进行编码，而可 以忽略道路、河流、建筑物等其他背景信息。
（1）熵编码。熵编码是纯粹基于信号统计特性的编码技术， 是一种无损编码。熵编码的基本原理是给出现概率较大的符 号赋予一个短码字，而给出现概率较小的符号赋予一个长码 字，从而使得最终的平均码长很小。常见的熵编码方法有行 程编码、哈夫曼编码和算术编码。
（2）预测编码。预测编码是基于图像数据的空间或时间冗余 特性，用相邻的已知像素（或像素块）来预测当前像素（或 像素块）的取值，然后再对预测误差进行量化和编码。预测 编码可分为帧内预测和帧间预测，常用的预测编码有差分脉 码调制（DPCM）和运动补偿法。
第6章 图像编码与压缩技术
教学目的
❖ 了解图象编码的目的和常用方法； ❖ 理解图象编码的基本概念和理论； ❖ 掌握熵编码方法、预测编码、变换编码
的基本方法； ❖ 理解图象编码的国际标准。
6.1 概述
一.数据压缩的目的 数据压缩就是要减少描述图像的数据量， 从而达到这样几个目的：
➢ 节省图像存储器的容量 ➢ 减少传输时占用的通信话路 ➢ 缩短图像处理时间，提高实时处理的速
1280 720，量化位数为8 bit，帧频30 Hz，按1 s计 算
数据量 501 KB 256 KB 300 KB 4.3 MB
52.7MB
❖ 二.数据压缩的可能性
1. 图像作为信源有很大的冗余度，通过编码的方法减少或去掉这些冗余信 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：规则物体或规则背景的物体表面特性具有的相关性，这种相 关性使图像结构趋于有序和平滑。内部相邻像素之间存在较强的相关性。 ✓频间相关性：多频段图像中各频段图像对应像素之间灰度相关性很强。 ✓时间冗余：视频图像序列中的不同帧之间的相关性很强，很多局部甚至 完全相同，或变化极其微妙。由此造成的冗余。 ✓信息熵冗余：也称编码冗余，如果图像中平均每个像素使用的比特数大 于该图像的信息熵，则图像中存在冗余，这种冗余称为信息熵冗余 ✓结构冗余：是指图像中存在很强的纹理结构或自相似性。 ✓知识冗余：是指在有些图像中还包含与某些先验知识有关的信息。 ✓视觉冗余：是指人眼不能感知或不敏感的那部分图像信息。 ✓其他冗余。
四.图像编图码新像技编术码已经发展了几十年 ，人们不断提出新的压缩方法。如 ，利用人工神经网络（Artificial Neural Network，ANN）的压缩编 码、分形编码（Fractal Coding） 、小波编码（Wavelet Coding）、 基于对象的压缩编码（Object Based Coding）和基于模型的压缩