图像压缩.ppt
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数字图像处理图像压缩ppt课件
图像熵值
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
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
几种图像压缩算法 PPT课件
原算 法的难易程度，亦即完成压缩所需要的时 间与空间开销或硬件实现的复杂性。 压缩的方法主要有以下几种（见图 3.3）。
无损编码可以完全恢复原始图像而不 引入失真，它利用数据的统计特性来进行 数据压缩，解压缩后的还原图像与原始图 像完全一致。有损编码不能完全恢复原始 数据，而是利用人的视觉特性使解压缩后 的图像和原来一样。把上述方法结合起来 即为混合方法。
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。
JPEG编码
二、JPEG算法的主要计算步骤 JPEG压缩编码算 法的主要计算步骤如下：
（1）正向离散余弦变换（FDCT）。 （2）量化（Quantization）。 （3）Z字形编码（Zigzag Scan）。 （4）使用差分脉冲编码调制（Differential Pulse Code
3.行程长度编码
编码实例(16色bmp数据)：
5个
第一行：24 24 24 30 60 40 09 22…46…46
第二行：64 65 67 88 88 88 88 … 90 78
00 00：表示该行图像数据已结束
00 01：表示整个图像结束
00 02：用来转义后面两个字节，即表示其后的两个字 节分别表示下一个像素从当前位置开始的水平与垂直 位移
7、组成位数据流
JPEG编码的最后一个步骤是把各种标记代 码和编码后的图像数据组成一帧一帧的数 据，这样做的目的是为了便于传输、存储 和译码器进行译码，这样的组织的数据通 常称为JPEG位数据流（JPEG bitstream）。
无损编码可以完全恢复原始图像而不 引入失真，它利用数据的统计特性来进行 数据压缩，解压缩后的还原图像与原始图 像完全一致。有损编码不能完全恢复原始 数据，而是利用人的视觉特性使解压缩后 的图像和原来一样。把上述方法结合起来 即为混合方法。
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。
JPEG编码
二、JPEG算法的主要计算步骤 JPEG压缩编码算 法的主要计算步骤如下：
（1）正向离散余弦变换（FDCT）。 （2）量化（Quantization）。 （3）Z字形编码（Zigzag Scan）。 （4）使用差分脉冲编码调制（Differential Pulse Code
3.行程长度编码
编码实例(16色bmp数据)：
5个
第一行：24 24 24 30 60 40 09 22…46…46
第二行：64 65 67 88 88 88 88 … 90 78
00 00：表示该行图像数据已结束
00 01：表示整个图像结束
00 02：用来转义后面两个字节，即表示其后的两个字 节分别表示下一个像素从当前位置开始的水平与垂直 位移
7、组成位数据流
JPEG编码的最后一个步骤是把各种标记代 码和编码后的图像数据组成一帧一帧的数 据，这样做的目的是为了便于传输、存储 和译码器进行译码，这样的组织的数据通 常称为JPEG位数据流（JPEG bitstream）。
图像压缩原理资料课件
三维立体图像压缩
总结词
三维立体图像提供了更真实的视觉体验，但其数据量巨大，对压缩技术提出了更高的要求。
详细描述
三维立体图像的压缩需要同时考虑空间和深度信息，目前主要采用基于深度学习的方法进行压缩，同时还需要解 决如何保留立体感的问题。
人工智能辅助的图像压缩
总结词
人工智能技术的发展为图像压缩提供了新的思路和方法。
图像压缩的应用
数字电视广播
数字电视广播需要传输大量的视频数 据，图像压缩技术可以有效减少数据 量，提高传输效率和图像质量。
数字电视广播采用MPEG、H.264等图 像压缩标准，实现高效的数据压缩和 传输，满足大规模广播覆盖的需求。
互联网图像传
在互联网上传输图像时，由于带宽限制和网络拥堵，需要采 用图像压缩技术来减小图像文件的大小，加快传输速度。
常见的互联网图像传输格式包括JPEG、PNG等，这些格式采 用不同的压缩算法，以在保证图像质量的前提下尽可能减小 文件大小。
医学影像存储与传
医学影像如CT、MRI等包含大量的数据信息，直接存储和传输成本较高，因此需 要采用图像压缩技术进行压缩。
医学影像压缩对于远程诊断、会诊和医学教育等方面具有重要意义，可以降低存 储成本、加快传输速度并提高图像质量。
有损压缩
有损压缩会丢失一些数据，但压 缩率较高，常用的算法有JPEG、 MPEG等。
图像压缩标准
01
02
03
JPEG
主要用于静态图像压缩， 广泛应用于网络传输和数 字相机等领域。
JPEG2000
相对于JPEG有更高的压缩 比和更好的图像质量，尤 其在处理医学图像和遥感 图像方面有优势。
MPEG
主要用于视频压缩，包括 MPEG-1、MPEG-2、 MPEG-4等，广泛应用于 音视频存储、传输和播放 。
第八章图像压缩ppt课件
信源的平均码长 lavg>=H(X) ；也就是说熵是无失真
编码的下界.
如果所有 I(xk) 都是整数,且l(xk)=I(xk),可以使平均
码长等于熵.
对非等概率分布的信源,采用不等长编码其平均码
长小于等长编码的平均码长.
如果信源中各符号的出现概率相等,信源熵值达到
最大
最新课件
29
编码的分类
根据对象的不同，可以分为静止图像编码、活动图像
8.1 基础知识
数据与信息之间的关系：数据是信息传送的手段；相同数量的信息可
以用不同数量的数据表示；
数据压缩指减少表示给定信息量所需的数据量；
图像压缩所解决的问题是尽量减少表示数字图像时所需的数据量；
n
压缩率： C R 1
n2
相对数据冗余： R D 1 1
CR
在数字图像压缩中,可以确定三种基本的数据冗余: 编码冗余、像
息间的相关性时，是无失真代码平均长度比特数的下限。
例如
x1 , x2 , x3 , x4
X 1 1 1 1
,
,
,
2 4 8 8
N
7
H
(X
)
p
i log
2p
i
4
i
1
说明该信源编码平均码长最短情况下为7/4，不能再小，
否则就会引起错误，而平均码长比此数大许多时，就表明
先被压缩而后被解压缩的输出图像的函数时,就说这个函
数是基于客观保真度准则的.
假设 f x, y 表示输入图像，fˆx, y 表示由对输入先压缩得到的
ˆ
fˆx,的
y 误
xx
编码的下界.
如果所有 I(xk) 都是整数,且l(xk)=I(xk),可以使平均
码长等于熵.
对非等概率分布的信源,采用不等长编码其平均码
长小于等长编码的平均码长.
如果信源中各符号的出现概率相等,信源熵值达到
最大
最新课件
29
编码的分类
根据对象的不同，可以分为静止图像编码、活动图像
8.1 基础知识
数据与信息之间的关系：数据是信息传送的手段；相同数量的信息可
以用不同数量的数据表示；
数据压缩指减少表示给定信息量所需的数据量；
图像压缩所解决的问题是尽量减少表示数字图像时所需的数据量；
n
压缩率： C R 1
n2
相对数据冗余： R D 1 1
CR
在数字图像压缩中,可以确定三种基本的数据冗余: 编码冗余、像
息间的相关性时，是无失真代码平均长度比特数的下限。
例如
x1 , x2 , x3 , x4
X 1 1 1 1
,
,
,
2 4 8 8
N
7
H
(X
)
p
i log
2p
i
4
i
1
说明该信源编码平均码长最短情况下为7/4，不能再小，
否则就会引起错误，而平均码长比此数大许多时，就表明
先被压缩而后被解压缩的输出图像的函数时,就说这个函
数是基于客观保真度准则的.
假设 f x, y 表示输入图像，fˆx, y 表示由对输入先压缩得到的
ˆ
fˆx,的
y 误
xx
图像有损压缩课件
3.图像有损压缩技术
• 3.1 图像有损压缩介绍 • 3.2 常见有损压缩技术
3.1有损压缩介绍
• 虽然人们总是期望无损压缩，但冗余度很少的信息对象用 无损压缩技术并不能得到可接受的结果。当使用的压缩方 法会造成一些信息损失时，关键的问题是看这种损失的影 响。有损压缩经常用于压缩音频、灰度或彩色图像和视频 对象等，因为它们并不要求精确的数据。在由音频、彩色 图像、视频以及其他专门数据组成的多媒体对象中，可以 单独使用有损压缩技术，也可与无损压缩技术共同使用。
傅立叶变换转换到频率域，就只需要几点就可以表示这个
相同的信号。如我们已经看到的那样，原因就是信号只含
有少量的频率成分。这允许在频率域中只用几个数据点就
可以表示信号，而在时间域中表示则需要大量数据点
• 这一技术可以应用到彩色图像上。彩色图像有像素组成， 这些像素具有RGB彩色值。每个像素都带有x，y坐标，对 每种原色使用8x8或者16x16矩阵。在灰度图像中像素具 有灰度值，它的x，y坐标由灰色的幅度组成。为了在 JPEG中压缩灰度图像，每个像素被翻译为亮度或灰度值。
3.2.1预测编码
• 预测编码是根据离散信号之间存在着一定关联性的特点， 利用前面一个或多个信号预测下一个信号进行，然后对实 际值和预测值的差（预测误差）进行编码。如果预测比较 准确，误差就会很小。在同等精度要求的条件下，就可以 用比较少的比特进行编码，达到压缩数据的目的。
• 预测编码中典型的压缩方法有脉冲编码调制（PCM Pulse Code Modulation）、差分脉冲编码调制（DPCM， Differential Pulse Code Modulation）、自适应差分脉冲 编码调制（ADPCM，Adaptive Differential Pulse Code Modulation）等，它们较适合于声音、图像数据的压缩， 因为这些数据由采样得到，相邻样值之间的差相差不会很 大，可以用较少位来表示。
小波变换及应用(图像压缩)ppt课件
小波变换及应用 (图像压缩)
小波分析因为同时具有好的空间分辨率和好的 频率分辨率，特别适于分析非稳态信号。自然 图像正具有这种非稳态特性，可以看作是能量 空间集中（图像边沿和细节）和频率集中（图 像的平缓变化部分）信号的线性组合[8]。因此， 使用小波分析进行图像压缩可以取得很好的效 果。
基于小波的图像压缩思想来源
E m b e d d e d意 即 编 码 器 可 以 在 任 一 希 望 速 率 上 停 止 编 码 。 同 样 ， 解 码 器 可 在 码 流 的 任 一 点 截 断 码 流 ， 停 止 解 码 。 优 点 ： 不 需 要 图 像 预 先 知 识 ， 不 用 存 储 其 码 表 ， 和 不 用 训 练 。
2级2-D DWT的上式计算，可由下框图实现：
N
列
N N N
N
4
4
NLeabharlann H(Z)22 2 2 2
a n ,n 2( 1 2)
1 d n 2( 1,n 2)
2 d2 (n 1,n 2)
列
H(Z)
行
2 2 2 2
N 2 N
G(Z )
a n ,n 1( 1 2)
H(Z)
G(Z )
2 2
H(Z)
G(Z )
和 好 的 频 时 在 频 率 的 作 用 。
( n , n ) ( n ) ( n ) 若2-D滤波器 (n 可分解为 ，则 1,n 2) 1 2 1 1 2 2 1, n 2)为一个近似 可分的2-D DWT，将分解近似图象ai (n 图象和3个细节图象，即：
ai 1 (n1 , n2 ) h(k1 )h(k2 )ai (2n1 k1 ,2n2 k2 )
2 i 1 k1 0 k 2 0 L 1 L 1
小波分析因为同时具有好的空间分辨率和好的 频率分辨率，特别适于分析非稳态信号。自然 图像正具有这种非稳态特性，可以看作是能量 空间集中（图像边沿和细节）和频率集中（图 像的平缓变化部分）信号的线性组合[8]。因此， 使用小波分析进行图像压缩可以取得很好的效 果。
基于小波的图像压缩思想来源
E m b e d d e d意 即 编 码 器 可 以 在 任 一 希 望 速 率 上 停 止 编 码 。 同 样 ， 解 码 器 可 在 码 流 的 任 一 点 截 断 码 流 ， 停 止 解 码 。 优 点 ： 不 需 要 图 像 预 先 知 识 ， 不 用 存 储 其 码 表 ， 和 不 用 训 练 。
2级2-D DWT的上式计算，可由下框图实现：
N
列
N N N
N
4
4
NLeabharlann H(Z)22 2 2 2
a n ,n 2( 1 2)
1 d n 2( 1,n 2)
2 d2 (n 1,n 2)
列
H(Z)
行
2 2 2 2
N 2 N
G(Z )
a n ,n 1( 1 2)
H(Z)
G(Z )
2 2
H(Z)
G(Z )
和 好 的 频 时 在 频 率 的 作 用 。
( n , n ) ( n ) ( n ) 若2-D滤波器 (n 可分解为 ，则 1,n 2) 1 2 1 1 2 2 1, n 2)为一个近似 可分的2-D DWT，将分解近似图象ai (n 图象和3个细节图象，即：
ai 1 (n1 , n2 ) h(k1 )h(k2 )ai (2n1 k1 ,2n2 k2 )
2 i 1 k1 0 k 2 0 L 1 L 1
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码字，用于DC AC 0,1
00,01,10,11 000,…,011,100,…,111 0000,…,0111,1000,…,1111 00000,…,01111,10000,…,11111
… … … … … …
举例：
2.6 图像压缩编码
• 顺序DCT基带模式的JPEG解压
2.6 图像压缩编码
2.6 图像压缩编码
DC差分系数Huffman亮度编码表
位长 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
位数 2 3 3 3 3 3 4 5 6 7 8 9
00 010 011 100 101 110 1110 11110 111110 1111110 11111110 111111110
• JPEG标准已经制定了一系列的Huffman表，以供编解码用。
熵编码步骤
• 对Z扫描的结果，根据直流系数差分值及交流 系数，写成（符号-1）（符号-2）的形式。对 于（符号1）中的位长：根据（符号-2）的值， 从位长表中查出位长的值是多少。
• 对（符号-1）进行编码，又分为亮度信号以及 色度信号，直流分量及交流分量，如（符号-1） 是亮度直流分量，则查亮度直流分量表。
• 对于（符号-2），查询幅度表进行编码
2.6 图像压缩编码
DC差分值 / AC系数 的位长
位长 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
DC差分值 / AC系数 0
-1,1 -3,-2,2,3 -7,…,-4,4,…,7 -15,…,-8,8,…,15 -31,…,-16,16,…,31 -63,…,-32,32,…,-63 -127,…,-64,64,…,127 -255,…,-128,128,…,255 -511,…,-256,256,…,511 -1023,…,-512,512,…1023 -2047,…,-1024,1024,…,2047
JPEG2000静态图像压缩标准
码字
2.6 图像压缩编码
DC差分系数Huffman色度编码表
Category 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Code Length 2 2 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Codeword 00 01 10 110 1110 11110 111110 1111110 11111110 111111110 1111111110 11111111110
16
11
10
16
24
40
51
61
12
12
14
19
26
58
60
55
14
13
16
24
40
57
69
56
14
17
22
29
51
87
80
62
18
22
37
56
68
109
103
77
24
35
55
64
81
104
113
92
49
64
78
87
103
121
120
101
72
92
95
98
112
100
103
99
色度量化表
17
18
24
– 中间熵编码
• 方法如下：用一对符号表示，即（符号-1）（符号-2）。 • 其中符号-1中包括两个数据：跨越长度和位长。跨越长度就是零
的个数，位长是后继（符号-2）系数的编码位数。 • 符号-2中只包括后继的 DC系数差分值/AC系数值，称为幅值。 • DC系数没有跨越长度，只有位长，所以符号-1缩减为（位长），
振幅表
位长 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
振幅 0
-1,1 -3,-2,2,3 -7,…,-4,4,…,7 -15,…,-8,8,…,15 -31,…,-16,16,…,31 -63,…,-32,32,…,-63 -127,…,-64,64,…,127 -255,…,-128,128,…,255 -511,…,-256,256,…,511 -1023,…,-512,512,…1023 -2047,…,-1024,1024,…,2047
• 简介
– 静态连续色调图像的压缩编码标准 – 有损压缩（lossy encoding）和无损压缩（lossless
encoding） – 包括了四种操作模式：
• 顺序DCT基带模式（sequential DCT-based mode） • 渐进DCT模式（progressive DCT-based mode） • 无损模式（lossless mode） • 分层模式（hierarchical mode）
2.6 图像压缩编码
• 顺序DCT基带模式的JPEG压缩
– 编码步骤：
• 图像进行88分块 • 对每个分块进行DCT正变换 • 对DCT系数进行量化 • 对88分块进行之字形扫描，并对扫描得到的数
据进行熵编码
2.6 图像压缩编码
– DCT变换
FDCT
: Suv
7
1 4
CuCv
i0
7 j0
sij
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
2.6 图像压缩编码
– 扫描和编码
熵编码
• 熵编码分为两个步骤：
cos
(2i
1)u 16
cos
(2
j
1) v7
(2i 1)u (2 j 1)v
CuCvSuv cos
j0
16
cos
16
CuCv
1 u,v 0
2 1
otherwise
2.6 图像压缩编码
– 量化
S quv
round
Suv Quv
round：取整数
亮度量化表
符号-2保持原样 • 零的跨越长度的范围为0~15，用（15，0）表示16个零，此符号
只能用3次，用（0，0）表示最后一幅值后剩下的全是零，英文 缩写为EOB（End of Block）
– 可变长度熵编码
• 可以用Huffman编码及算术编码，算术编码压缩比高，但复杂度 高很多，需要更高速的硬件，因此目前仍然用Huffman编码。
图像压缩
Image Compression
2.6 图像压缩编码
• 图像压缩基础
– 编码冗余 – 像素间冗余 – 心理视觉冗余
2.6 图像压缩编码
• 图像压缩方法分类
– 信息保持编码 – 保真度编码 – 特征抽取编码
2.6 图像压缩编码
• 图像压缩编码基本系统原理框图
2.6 图像压缩编码
• JPEG静态图像压缩标准