第9讲 图像编码之预测编码(课堂PPT)

ak 0.5
2020/4/26
数字图像处理技术-2016-01
8
9.1 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
fn ' fn fˆn 'n fn 'n n
注意：1）多点预测
x1 x2 x3 x
2020/4/26
fˆ(x) a1 f (x1) a2 f (x2) a3 f (x3)
2020/4/26
数字图像处理技术-2016-01
14
无损预测编码
输入图像
fn
预测器
最接近 的整数
en
+ -
fn
符号 编码
压缩图像
2020/4/26
压缩图像
符号 解码
en + +
fn
fn
预测器
数字图像处理技术-2016-01
解压缩图像
15
ห้องสมุดไป่ตู้
有损预测编码
有损预测编码引言
– 有损压缩是： • 通过牺牲图像的准确率来达到加大压缩率的目的 • 如果我们容忍解压缩后的结果中有一定的误差， 那么压缩率可以显著提高
2020/4/26
数字图像处理技术-2016-01
7
9.1 预测编码的基本原理
例： 2 4 6 8 8 4 2 10
f^ 2 4 3 5 7 8 6 3
2 4 3 3 1 -4 -4 7
2 4 6 8 8 4 2 10
预测器
fˆn F ( f n1 , f n 2 )
n1
ak fk ,
k n 2
2020/4/26
数字图像处理技术-2016-01
10
无损预测编码
编码思想
认为相邻像素的信息有冗余。当前像素值可以用以前的像素值
来获得。（去除像素冗余）
操作：
用当前像素值fn ，通过预测器得到一个预测值 fˆn ，对当前值和
预测值求差，对差编码，作为压缩数据流中的下一个元素。
由于差比原数据要小，因而编码要小，可用变长编码。大多数
2020/4/26
数字图像处理技术-2016-01
5
9.1 预测编码的基本原理
输入图象
fn
预测器
n
fˆn
量化器 ‘n
编码器
输出图象
fn'
预测器
‘n
fˆn '
传输 解码器
预测编码示意图
2020/4/26
数字图像处理技术-2016-01
6
9.1 预测编码的基本原理
预测器：fˆn F( fn1, fn2 , , fnk )
重复二、三、四步
2020/4/26
数字图像处理技术-2016-01
13
无损预测编码
解码过程： 第一步：对头解压缩 第二步：对每一个预测误差的编码解码，得到预测误差 e(x,y)。 第三步：由前面的值，得到预测值f(x,y)。 第四步：误差e(x,y)，与预测值f(x,y)相加， 得到解码f(x,y)。 重复二、三、四步
2020/4/26
数字图像处理技术-2016-01
16
有损预测编码
– 有损压缩方法的压缩比： • 在图像压缩比大于30:1时，仍然能够重构图像 • 在图像压缩比为10:1到20:1时，重构图像与原图 几乎没有差别 • 无损压缩的压缩比很少有能超过3:1的
任课教师 吴媛媛 E_mail: yuanyuanwu29@
2
数字图像处理技术-2016-01
1
第9讲 图像编码之预测编码
9.1 预测编码的基本原理 (本章重点) 9.2 △Ｍ（DM）编码 9.3 DPCM编码
2
数字图像处理技术-2016-01
2
在20世纪40年代，Weiner提出了最佳线性预测理论， 1952年Oliver 和Harrison 等人认识到了线性预测在通 信中的作用，并建议把它用于降低冗余度。多年来，人 们在大量的试验的基础上成功地试制了多种设备。在我 国，70年代就已经研制了采用预测编码的可视电话设备。
2
数字图像处理技术-2016-01
3
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。
2020/4/26
2020/4/26
数字图像处理技术-2016-01
12
无损预测编码
编码与解码过程 编码过程：
第一步：压缩头处理
第二步：对每一个符号：f(x,y)，由前面的值， 通过预测器，
求出预测值f(x,y)
第三步：求出预测误差 ：e(x,y) = f(x,y) - f(x,y)
第四步：对误差e(x,y)编码，作为压缩值。
数字图像处理技术-2016-01
9
9.1 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，对这种方 法的前置点形式以及预测系数有一推荐值可供参考。
情况下， fn的预测是通过m个以前像素的线性组合来生成的。
2020/4/26
数字图像处理技术-2016-01
11
无损预测编码
即：
m
fn = round[ifn-i] i=1
在一维线性(行预测)预测编码中，预测器为：
m
fn(x,y) = round[if(x, y-i)] i=1
round为取最近整数，i为预测系数(可为1/m)，y是行变量。 （前m个像素不能用此法编码，可用哈夫曼编码）
fˆn 是根据前面几个像素的亮度值 f n1, f n2 , , fnk 预测而得预测误差n fn fˆn 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
n1
线性预测器：fˆn F ( fn1, fn2 , , fnk ) ak fk , ak 1 k l
数字图像处理技术-2016-01
4
9.1 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。
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。