数字图像处理-预测编码、霍夫曼编码【PPT】
合集下载
相关主题
- 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)。
14
DPCM 有损预测编码
DPCM编码的量化信噪比 在DPCM中，由于系统的量化误差不再在±△范围内，而是在 2 （ , ）范围内，其中 。
2 2
M 1
而DPCM的量化信噪比为
3 S 3N ( M 1) 2 f s 2 2 N 8 f c fm q
进行量化和编码。这就是DPCM的基本设计思想。
DPCM编码器原理框图由取样器、比较器、量化器、
预测器、编码器五个部分组成。
11
DPCM 有损预测编码
f (t )
e (t )
量化器
编码器
S (n)
f (t )
预测器
e (t )
f (tBiblioteka Baidu)
S ( n)
解码器
f (t )
预测器
DPCM编、译码原理框图
9
DPCM 有损预测编码
DPCM编码(Differential Pulse Code Modulation)，实 际上是△M和PCM两种技术相结合的编码方法。
10
DPCM 有损预测编码
DPCM编码的基本原理
在卡特勒的专利中提出利用积分器根据一行上前样
本值预测现样本值，并且把现样本值与其估计值的差值
Construction of Minimum-Redundancy Codes）一文，
提出Huffman编码算法。 是可变长编码(VLC)的一种。
19
图像压缩——霍夫曼编码
基本思想：
• 完全依据字符出现概率进行编码
• 出现概率高的字符使用较短的编码
• 出现概率低的字符使用较长的编码
• 编码后平均码字长最短
12
DPCM 有损预测编码
编码过程： 输入信号f(t)经采样后将样值送入
f (t )
e (t )
量化器 编码器
S (n)
f (t )
预测器
(t ) 。 比较器，使得f(t)与预测值相减得出误差信号，即 e(t ) f (t ) f
然后，将e(t)送入量化器量化。
量化后的样值再送入PCM编码器中编码，以便传输。
原理：对图象的一个像素的离散幅度的真实值， 利用其相邻象素的相关性，预测它的下一个象素的可 能值，再求两者差，对这种具有预测性质的差值，量 化，编码，就可以达到压缩的目的。
3
预测编码的基本原理
输入图象
fn
n
量化器 ‘n 编码器
预测器 输出图象
ˆ f n
‘n
fn '
预测器
传输
解码器
ˆ' f n
15
DPCM 有损预测编码
• 在所有有损预测压缩中都会出现误差。误差的严重 程度取决于使用的量化方法和预测方法之间的相互 作用 • 尽管存在这种相互作用 – 定义预测函数时仍然假定没有量化误差 – 定义量化函数时仅是尽可能地降低它自身的误差 – 即量化函数和预测函数是分别定义的
16
DPCM 有损预测编码
例：DPCM编码中不同预测器效果比较
17
DPCM 有损预测编码
例：DPCM编码中不同量化器效果比较
18
图像压缩——霍夫曼编码
霍夫曼编码(Huffman Coding)
1952年，David A. Huffman在麻省理工攻读博士时发表 了《一种构建极小多余编码的方法》（A Method for the
22
图像压缩——霍夫曼解码
哈夫曼解码具体步骤：
遍历霍夫曼树，按照已有编码，根据编码模式表，逐个进
行解码。
实例见P315。
23
汇报完毕，敬请指正。 谢 谢！
2017级研讨交流
1
图像压缩——预测编码
预测编码的基本原理
DPCM编码
2
预测编码的基本原理
预测编码（Predictive Coding)，就是根据“过 去”的时刻的像素值，运用一种模型，预测当前的像素 值，预测编码通常不直接对信号编码，而是对预测误差 进行编码。当预测比较准确，误差较小时，即可达到编 码压缩的目的。
20
图像压缩——霍夫曼编码
哈夫曼编码算法：
(1) 信源符号按概率分布大小，以递减次序排列；
(2) 取两个最小的概率，分别赋以“0”,“1”; 然后把这两个概率值相加，作为新概率值与其他概率重新排序 (3) 按重排概率值，重复(2)…，直到概率和达到1为止； (4) 由后向前排列码序，即得霍夫曼编码。
21
图像压缩——霍夫曼编码
哈夫曼编码具体步骤：
(1) 统计像素出现的概率——得到由大到小排列的像素概率表；
(2) 构建霍夫曼树——a.从2个概率最小的开始做父节点， b.循环操作a,最终做到根节点1的位置结束； (3) 对图像进行编码——从父节点开始到根节点结束，排序后进行逆序，即 为编码，并建编码模式表。
另外一路是将e(t)送入相加器，在这里e(t)与 f (t ) 相加后再送入预测器， 以便预测下一个样值。
13
DPCM 有损预测编码
e (t )
f (t )
译码过程：
S ( n)
解码器
f (t )
预测器
译码器的原理框图如图(b)所示。 译码器收到码字后首先经PCM译码， 得到 e(t) 后再送入相加器与预测值 f (t ) 相加得到 f(t)。 另外，f(t)又送到预测器以便预测下一个样值。
6
-4 2
a k 0. 5
3
7 10
预测器
ˆ F(f , f ) f n n 1 n 2
ak fk ,
n1
6
预测编码的基本原理
收端解码时的预测过程与发端相同，所用预测器也 相同，收端输出的信号是发端的近似值，两者的误差是 ˆ ' f ' f ' f f
种方法的前置点形式以及预测系数有一推荐值可供参考。
8
预测编码的基本方法
预测编码法是一种设备简单、质量较佳的高效编码法。预
测编码方法主要有二种： 增量调制编码(Delta modulation)或 DM编码法；
差分脉冲编码调制编码(Differential Pulse Code
Modulation)或 DPCM 编码法。
4
预测编码示意图
预测编码的基本原理
ˆ F ( f , f ,, f ) 预测器：f n n1 n 2 n k
ˆ f n1 , f n2 ,, f nk f n 是根据前面几个像素的亮度值
ˆ 预测而得预测误差 n f n f n
量化器：对n进行舍入，整量化 编码器：可采用成熟的编码技术，如Huffman编码等
解码器：编码器的逆
ˆ F ( f , f , , f ) f 线性预测器： ak f k , ak 1 n n 1 n2 nk
k l
5
n 1
预测编码的基本原理
例：
2 4 6 8 8 4 2 10
f
^ 2 2 2
4
4 4
3
3 6
5
3 8
7
1 8
k n 2
8
-4 4
n n n n n n n
注意：1）多点预测 x1 x3 x2 x
ˆ ( x) a f ( x1) a f ( x2) a f ( x3) f 1 2 3
7
预测编码的基本原理
2) 每行的最开始的几个像素无法预测，这些像素需
要用其他方式编码，这是采用预测编码所需要的额外操作
3）预测系数随着不同的图象而不同，但对每幅图象 都计算预测系数太麻烦，也不现实，可参考前人得到的数 据选择使用。在静止图象压缩的国际标准(JPEG)中，对这
DPCM 有损预测编码
DPCM编码的量化信噪比 在DPCM中，由于系统的量化误差不再在±△范围内，而是在 2 （ , ）范围内，其中 。
2 2
M 1
而DPCM的量化信噪比为
3 S 3N ( M 1) 2 f s 2 2 N 8 f c fm q
进行量化和编码。这就是DPCM的基本设计思想。
DPCM编码器原理框图由取样器、比较器、量化器、
预测器、编码器五个部分组成。
11
DPCM 有损预测编码
f (t )
e (t )
量化器
编码器
S (n)
f (t )
预测器
e (t )
f (tBiblioteka Baidu)
S ( n)
解码器
f (t )
预测器
DPCM编、译码原理框图
9
DPCM 有损预测编码
DPCM编码(Differential Pulse Code Modulation)，实 际上是△M和PCM两种技术相结合的编码方法。
10
DPCM 有损预测编码
DPCM编码的基本原理
在卡特勒的专利中提出利用积分器根据一行上前样
本值预测现样本值，并且把现样本值与其估计值的差值
Construction of Minimum-Redundancy Codes）一文，
提出Huffman编码算法。 是可变长编码(VLC)的一种。
19
图像压缩——霍夫曼编码
基本思想：
• 完全依据字符出现概率进行编码
• 出现概率高的字符使用较短的编码
• 出现概率低的字符使用较长的编码
• 编码后平均码字长最短
12
DPCM 有损预测编码
编码过程： 输入信号f(t)经采样后将样值送入
f (t )
e (t )
量化器 编码器
S (n)
f (t )
预测器
(t ) 。 比较器，使得f(t)与预测值相减得出误差信号，即 e(t ) f (t ) f
然后，将e(t)送入量化器量化。
量化后的样值再送入PCM编码器中编码，以便传输。
原理：对图象的一个像素的离散幅度的真实值， 利用其相邻象素的相关性，预测它的下一个象素的可 能值，再求两者差，对这种具有预测性质的差值，量 化，编码，就可以达到压缩的目的。
3
预测编码的基本原理
输入图象
fn
n
量化器 ‘n 编码器
预测器 输出图象
ˆ f n
‘n
fn '
预测器
传输
解码器
ˆ' f n
15
DPCM 有损预测编码
• 在所有有损预测压缩中都会出现误差。误差的严重 程度取决于使用的量化方法和预测方法之间的相互 作用 • 尽管存在这种相互作用 – 定义预测函数时仍然假定没有量化误差 – 定义量化函数时仅是尽可能地降低它自身的误差 – 即量化函数和预测函数是分别定义的
16
DPCM 有损预测编码
例：DPCM编码中不同预测器效果比较
17
DPCM 有损预测编码
例：DPCM编码中不同量化器效果比较
18
图像压缩——霍夫曼编码
霍夫曼编码(Huffman Coding)
1952年，David A. Huffman在麻省理工攻读博士时发表 了《一种构建极小多余编码的方法》（A Method for the
22
图像压缩——霍夫曼解码
哈夫曼解码具体步骤：
遍历霍夫曼树，按照已有编码，根据编码模式表，逐个进
行解码。
实例见P315。
23
汇报完毕，敬请指正。 谢 谢！
2017级研讨交流
1
图像压缩——预测编码
预测编码的基本原理
DPCM编码
2
预测编码的基本原理
预测编码（Predictive Coding)，就是根据“过 去”的时刻的像素值，运用一种模型，预测当前的像素 值，预测编码通常不直接对信号编码，而是对预测误差 进行编码。当预测比较准确，误差较小时，即可达到编 码压缩的目的。
20
图像压缩——霍夫曼编码
哈夫曼编码算法：
(1) 信源符号按概率分布大小，以递减次序排列；
(2) 取两个最小的概率，分别赋以“0”,“1”; 然后把这两个概率值相加，作为新概率值与其他概率重新排序 (3) 按重排概率值，重复(2)…，直到概率和达到1为止； (4) 由后向前排列码序，即得霍夫曼编码。
21
图像压缩——霍夫曼编码
哈夫曼编码具体步骤：
(1) 统计像素出现的概率——得到由大到小排列的像素概率表；
(2) 构建霍夫曼树——a.从2个概率最小的开始做父节点， b.循环操作a,最终做到根节点1的位置结束； (3) 对图像进行编码——从父节点开始到根节点结束，排序后进行逆序，即 为编码，并建编码模式表。
另外一路是将e(t)送入相加器，在这里e(t)与 f (t ) 相加后再送入预测器， 以便预测下一个样值。
13
DPCM 有损预测编码
e (t )
f (t )
译码过程：
S ( n)
解码器
f (t )
预测器
译码器的原理框图如图(b)所示。 译码器收到码字后首先经PCM译码， 得到 e(t) 后再送入相加器与预测值 f (t ) 相加得到 f(t)。 另外，f(t)又送到预测器以便预测下一个样值。
6
-4 2
a k 0. 5
3
7 10
预测器
ˆ F(f , f ) f n n 1 n 2
ak fk ,
n1
6
预测编码的基本原理
收端解码时的预测过程与发端相同，所用预测器也 相同，收端输出的信号是发端的近似值，两者的误差是 ˆ ' f ' f ' f f
种方法的前置点形式以及预测系数有一推荐值可供参考。
8
预测编码的基本方法
预测编码法是一种设备简单、质量较佳的高效编码法。预
测编码方法主要有二种： 增量调制编码(Delta modulation)或 DM编码法；
差分脉冲编码调制编码(Differential Pulse Code
Modulation)或 DPCM 编码法。
4
预测编码示意图
预测编码的基本原理
ˆ F ( f , f ,, f ) 预测器：f n n1 n 2 n k
ˆ f n1 , f n2 ,, f nk f n 是根据前面几个像素的亮度值
ˆ 预测而得预测误差 n f n f n
量化器：对n进行舍入，整量化 编码器：可采用成熟的编码技术，如Huffman编码等
解码器：编码器的逆
ˆ F ( f , f , , f ) f 线性预测器： ak f k , ak 1 n n 1 n2 nk
k l
5
n 1
预测编码的基本原理
例：
2 4 6 8 8 4 2 10
f
^ 2 2 2
4
4 4
3
3 6
5
3 8
7
1 8
k n 2
8
-4 4
n n n n n n n
注意：1）多点预测 x1 x3 x2 x
ˆ ( x) a f ( x1) a f ( x2) a f ( x3) f 1 2 3
7
预测编码的基本原理
2) 每行的最开始的几个像素无法预测，这些像素需
要用其他方式编码，这是采用预测编码所需要的额外操作
3）预测系数随着不同的图象而不同，但对每幅图象 都计算预测系数太麻烦，也不现实，可参考前人得到的数 据选择使用。在静止图象压缩的国际标准(JPEG)中，对这