数字图像处理课件 图像压缩编码
合集下载
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
第6章 图像压缩(1) 数字图像处理课件
第 6章 图像压缩 3.视觉冗余 视觉冗余： 是指人眼不能感知或不敏感的那部分图像信息。这 些冗余在不会削弱图像感知质量的情况下可以消除。
例如， 利用人眼对蓝光不敏感的视觉特性，在对彩色图像 编码时， 就可以用较低的精度对蓝色分量进行编码。
解决的思路：“量化”，表示从一个范围很广的输入值集合到 有限的输出值的映射。由于这种映射是不可逆的，会导致一定 量信息的丢失，为有损压缩。
第 6章 图像压缩
例8.11 使用映射减少熵（冈350) 通过相邻列相减构造一个差异阵列。 新阵列的熵的一阶估计：1.41比特/像素；
结论：由于1.81<1.41<1.25,说明映射减少熵，但还可找 到更好的映射。
•图像压缩的过程：映射——符号编码——量化
无损
无损
有损
第 6章 图像压缩
2. 率失真理论（独立信源） 对于有一定误差（失真）的编码，最低的码率应
第 6章 图像压缩
（3） 频率域上的统计特性
自相关函数和功率谱密度是一对傅立叶变换：
e( ) P ( )
2 22
结论： 对大多数图像，其能量的主要成分集中在频率域的 低频部分。
第 6章 图像压缩
图像编码的目的：就是充分利用图像中存在的各种冗 余信息，特别是信息熵冗余、空间冗余、时间冗余以 及视觉冗余，以尽量少的比特数来表示图像。 问题：充分描述一幅图像且没有信息丢失的最小数据 量是多少？丢失一定信息时的最小数据量是多少？ 解决：信息论提供了理论框架，回答上述2个问题。
第 6章 图像压缩
第6章 图像压缩
6.1 图像编码概述 6.2 统计编码
哈夫曼编码 香农编码 行程编码 LZW编码 6.3 预测编码 6.4 变换编码 6.5 量化
《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
数字图像处理第4章图象压缩编码
第四章 图象压缩编码
Huffman编码
输入 输入概率第一步第二步第三步第四步 0.4 0.4 0.4 0.4 0.6 0 S1 0.3 0.3 0.3 0.3 0 0.4 1 S2 0.1 0.1 0.2 0 0.3 1 S3 0.1 0.1 0 0.1 1 S4 0.06 0 0.1 1 S5 0.04 1 S6 S5=01010
Huffman编码方法举例
例： 信号源 s={s1, s2, s3, s4, s5, s6}，其概 率分布为p1=0.4 p2=0.3 p3=0.1 p4=0.1 p5=0.06 p6=0.04，求最佳 Huffman码。
第四章 图象压缩编码
Huffman编码
输入 输入概率 0.4 S1 0.3 S2 0.1 S3 0.1 S4 0.06 S5 0.04 S6
k 1 M
H (Wi / Wi 1 ) P(Wi , Wi 1 ) log 2 P(Wi / Wi 1 )
i 1 i 11
M
M
H 0 () H1 () H 2 () H 3 ()
3. 平均码字长度
H 4. 编码效率 (%) R
R lk pk
第四章 图象压缩编码
Huffman编码
输入 输入概率第一步 0.4 0.4 S1 0.3 0.3 S2 0.1 0.1 S3 0.1 0.1 S4 0.06 0.1 S5 0.04 S6
第四章 图象压缩编码
Huffman编码
输入 输入概率第一步第二步 0.4 0.4 0.4 S1 0.3 0.3 0.3 S2 0.1 0.1 0.2 S3 0.1 0.1 0.1 S4 0.06 0.1 S5 0.04 S6
第四章 图象压缩编码
数字图像处理第6章图像压缩与编码
3
三、图像压缩方法分类
无损压缩：压缩过程是可逆的，从压 缩后的图像能够完全恢复出原来的图 像，信息没有任何丢失，如哈夫曼编 码等； 有损压缩：压缩过程是不可逆的，无 法完全恢复出原图像，信息有一定的 丢失，如预测编码、变换编码等。
4
四、基本概念和基础理论
1、数据冗余
（1）数据冗余的概念
数据冗余：代表无用信息或重复表示了其他数
输入编码器
c en 0 en c 其它
解码器 误差
N
0 1
f
12 16
fˆ
— 12
e
— 4
e
— 5
f
12 17
fˆ
— 12
f
12 17
f f
0 -1
2
3 4 5 6 7 8 9 10
14
18 22 32 46 52 50 51 50
17
12 17 22 27 32 37 42 47
一、图像压缩的必要性 二、图像压缩的可能性 三、图像压缩方法分类 四、基本概念和基础理论 五、变长编码 六、预测编码 七、变换编码 八、JPEG编码
1
一、图像压缩的必要性
如一幅512x512的灰度图像的比特数为 512x512x8bit=2,097,152 bit=262KByte 如一部90分钟的彩色电影，每秒放映24帧。把 它数字化，每帧512x512像素，每像素的R、G、B 三分量分别占8 bit，总比特数为 90x60x24x3x512x512x8bit=101,921MByte
-3
6 5 10 19 20 13 9 3
-5
5 5 5 5 5 5 5 5
12
17 22 27 32 37 42 47 52
三、图像压缩方法分类
无损压缩：压缩过程是可逆的，从压 缩后的图像能够完全恢复出原来的图 像，信息没有任何丢失，如哈夫曼编 码等； 有损压缩：压缩过程是不可逆的，无 法完全恢复出原图像，信息有一定的 丢失，如预测编码、变换编码等。
4
四、基本概念和基础理论
1、数据冗余
（1）数据冗余的概念
数据冗余：代表无用信息或重复表示了其他数
输入编码器
c en 0 en c 其它
解码器 误差
N
0 1
f
12 16
fˆ
— 12
e
— 4
e
— 5
f
12 17
fˆ
— 12
f
12 17
f f
0 -1
2
3 4 5 6 7 8 9 10
14
18 22 32 46 52 50 51 50
17
12 17 22 27 32 37 42 47
一、图像压缩的必要性 二、图像压缩的可能性 三、图像压缩方法分类 四、基本概念和基础理论 五、变长编码 六、预测编码 七、变换编码 八、JPEG编码
1
一、图像压缩的必要性
如一幅512x512的灰度图像的比特数为 512x512x8bit=2,097,152 bit=262KByte 如一部90分钟的彩色电影，每秒放映24帧。把 它数字化，每帧512x512像素，每像素的R、G、B 三分量分别占8 bit，总比特数为 90x60x24x3x512x512x8bit=101,921MByte
-3
6 5 10 19 20 13 9 3
-5
5 5 5 5 5 5 5 5
12
17 22 27 32 37 42 47 52
最新数字图像处理第6章_图像编码与压缩技术ppt课件
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
r＝n/R 一般来讲，压缩比大，则说明被压缩掉的数据量多。一个编码系统要 研究的问题是设法减小编码平均长度R，使编码效率η尽量趋于1，而 冗余度趋于0
6.2.2 图像的逼真度准则
描述解码图像相对原始图像偏离程度的测度一般称为保真 度（逼真度）准则。常用的准则可分为2大类：客观保真度 准则和主观保真度准则。
6.2.1 基于压缩编码参数的评价
1 图像熵
设数字图像像素灰度级集合为｛d1,d2,…,dm}，其对应的概率分 别为 p(d1)，p(d2)，…，p(dm)。按信息论中信源信息熵的定义，
m
H P(di)loP g(di)bi/t字符 i1
2ห้องสมุดไป่ตู้
设βi为数字图像中灰度级di所对应的码字长度（二进制代码的位 数）,其相应出现的概率为P(di)，则该数字图像所赋予的平均码
行程编码
行程长度编码先对每一行交替出现的白游长和黑游长进行统 计，然后进行变长编码。在进行变长编码时，经常采用霍夫曼编 码，在大量统计的基础上，得到每种白游长和黑游长的发生概率。 其概率可分为2种情况，一种是白长和黑长各自发生的概率分布； 另一种是游长的概率分布，而不区分白游长和黑游长。对于第一 种情况，要分别建立白游长和黑游长的霍夫曼码表；对于第二种 情况，只需建立游长的霍夫曼码表。在编码时对每一行的第一个 像素要有一个标志码，以区分该行是以白游长还是黑游长开始， 对于后面的游长，按照其值查相应的霍夫曼码表，并输出对应的 码字。
数字图像处理第四讲图像压缩编码
无损压缩技术。
有损压缩技术
01
有损压缩技术是指解压缩后的数据与原始数据存在一定差异，但人眼 无法察觉的压缩编码技术。
02
常见的有损压缩算法有JPEG、MPEG、Wavelet等。
03
有损压缩技术适用于图像和视频等多媒体数据的压缩，可以大大减少 存储空间和提高传输效率。
THANKS
感谢观看
04
图像压缩编码原理与实现
离散余弦变换（DCT）
总结词
离散余弦变换是一种将图像从空间域转换到频率域的算法，通过去除空间冗余和减少数 据量实现图像压缩。
详细描述
离散余弦变换将图像的每个像素值转换为一系列余弦函数的系数，保留低频分量，去除 高频噪声，从而实现图像压缩。该方法广泛应用于JPEG图像压缩标准。
数字图像处理第四讲：图 像压缩编码
• 图像压缩编码概述 • 图像压缩编码技术分类 • 常见的图像压缩编码标准 • 图像压缩编码原理与实现 • 图像压缩编码的应用场景与优势 • 图像压缩编码的挑战与未来发展
01
图像压缩编码概述
图像压缩编码的定义
图像压缩编码
通过对图像数据进行编码，以减少其所需存储空 间和传输时间的技术。
跨平台兼容性与标准化
总结词
为了满足不同平台和设备的需要，图像压缩编码需要 具备良好的跨平台兼容性和标准化。
详细描述
随着移动互联网和智能终端的普及，图像压缩编码的 应用场景越来越广泛。为了满足不同平台和设备的兼 容性需求，图像压缩编码需要遵循国际通用的标准， 如JPEG、JPEG2000、HEVC等。同时，为了实现跨 平台的互操作性和无缝集成，需要采用标准化的接口 和协议。此外，针对新兴的应用领域，如虚拟现实、 增强现实等，需要制定新的标准来满足其特殊需求。
有损压缩技术
01
有损压缩技术是指解压缩后的数据与原始数据存在一定差异，但人眼 无法察觉的压缩编码技术。
02
常见的有损压缩算法有JPEG、MPEG、Wavelet等。
03
有损压缩技术适用于图像和视频等多媒体数据的压缩，可以大大减少 存储空间和提高传输效率。
THANKS
感谢观看
04
图像压缩编码原理与实现
离散余弦变换（DCT）
总结词
离散余弦变换是一种将图像从空间域转换到频率域的算法，通过去除空间冗余和减少数 据量实现图像压缩。
详细描述
离散余弦变换将图像的每个像素值转换为一系列余弦函数的系数，保留低频分量，去除 高频噪声，从而实现图像压缩。该方法广泛应用于JPEG图像压缩标准。
数字图像处理第四讲：图 像压缩编码
• 图像压缩编码概述 • 图像压缩编码技术分类 • 常见的图像压缩编码标准 • 图像压缩编码原理与实现 • 图像压缩编码的应用场景与优势 • 图像压缩编码的挑战与未来发展
01
图像压缩编码概述
图像压缩编码的定义
图像压缩编码
通过对图像数据进行编码，以减少其所需存储空 间和传输时间的技术。
跨平台兼容性与标准化
总结词
为了满足不同平台和设备的需要，图像压缩编码需要 具备良好的跨平台兼容性和标准化。
详细描述
随着移动互联网和智能终端的普及，图像压缩编码的 应用场景越来越广泛。为了满足不同平台和设备的兼 容性需求，图像压缩编码需要遵循国际通用的标准， 如JPEG、JPEG2000、HEVC等。同时，为了实现跨 平台的互操作性和无缝集成，需要采用标准化的接口 和协议。此外，针对新兴的应用领域，如虚拟现实、 增强现实等，需要制定新的标准来满足其特殊需求。
- 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)。
(3) 平均码字长:每个像素所需的平均比特数。
若设图像的灰度级为k，则k出现的概率为:
P ( k ) = nk , k = 0,1, ..., L − 1
n 这里 L 是灰度级数， nk 是第 k 个灰度级在图像中出现的次数，n
是图像的总像素个数。
Digital Image Processing
6.2 图像编码的基本理论
1 CR
=
n1 − n2 n1
Digital Image Processing
6.2 图像编码的基本理论
其中， CR 的取值范围为(0, ∞)， RD 的取值范围为(-∞,1)。
① 当n2 = n1时, CR = 1 , RD = 0 , n1相对于 n2 不包含冗余。
② 当 n2 << n1时,CR → ∞, RD → 1,表示几乎100％的压缩和几乎全
第6章 图像压缩编码
◆6.1 概述 ◆6.2 图像编码的基本理论 ◆6.3 无损压缩编码 ◆6.4 限失真编码 ◆6.5 二值图像编码 ◆6.6 小波变换及在图像压缩编码中的应用 ◆6.7 图像压缩国际标准简介
Digital Image Processing
6.1 概 述
◘ 图像压缩的必要性
图像作为信息的重要表现形式，其具有数据量 大、带宽宽等特点。
（3） 特征抽取型
仅对于实际需要的（提取）特征信息进行编码，而丢掉其它非特征信息， 属于信息损失型。
这里的第三类是针对特殊的应用场合 ，因此，一般就将图像压缩编码分 成无损和有损两大类。
Digital Image Processing
6.1 概 述
2．按照图像压缩的方法原理可分成四类： （1）像素编码
编码时只对每个像素单独处理。如脉冲编码调制、熵编码、行程编码等。
（2）预测编码
通过去除相邻像素之间的相关性和冗余性，只对新的信息进行编码。常用 的有差分脉冲编码调制。
（3）变换编码
对给定图像采用某种变换，使得大量的信息能用较少的数据来表示。通 常采用的变换包括：离散傅立叶变换(DFT），离散余弦变换(DCT)和离散小波 变换(DWT)。
部的冗余。 ③ 当n2 >> n1时，CR → 0, RD → −∞, 表示没有压缩，反而是几乎
100％的放大。
数据冗余主要有三种：
编码冗余、像素间冗余和心理视觉冗余，减少或消除了其中的一种或多 种时，就实现了图像的压缩。
Digital Image Processing
6.2 图像编码的基本理论
◘编码冗余
Lavg ≤ m
（6）编码冗余：不同的编码方法可能会有不同的 Lavg ，由此引出两种编码
冗余。
①相对编码冗余：Lavg大的编码相对于 Lavg小的编码就存在相对编码冗余。 ②绝对编码冗余：使 Lavg > Lmin 的编码就存在绝对编码冗余。
Digital Image Processing
6.2 图像编码的基本理论
▓若每个灰度级k的编码长度为l(k)，则平均码字长为：
L−1
∑ L avg = l ( k )P ( k ) k=0
（4）自然编码：每个灰度级（或每个像素）均用m位的二进制码表示，也称
等长编码，此时
Lavg = l(k ) = m
（5）变长（不等长）编码：对于图像中的不同灰度级采用不同长度的码字表
示。此时
一方面： 需要增加信道，但这很有限，因为信道的 增加永远赶不上信息的爆炸式增长，况且 还要受到环境的限制。
另一方面： 必须减少表示图像的数据量，以达到压缩 图像数据的目的。
Digital Image Processing
6.1 概 述
◘图像压缩的可能性 ▓ 空间上的冗余：相邻像素或者序列相邻帧间有较大的相关性； ▓ 人的视觉特性：人眼的分辨率非常有限； ▓ 去除数字图像中的冗余，来减少数据量。
◘图像压缩编码的概念 ▓ 图像数据的压缩和编码表示。 ▓ 图像压缩编码系统：
(1)图像编码: 对图像信息进行压缩和编码，在存储、处理 和传输前进行，也称图像压缩；
(2)图像解码：对压缩图像进行解压以重建原图像或其近似 图像。
Digital Image Processing
6.1 概 述
◘图像压缩方法分类
Digital Image Processing
6.2 图像编码的基本理论
▓ 按压缩前及解压后的信息保持程度和方法的原理来分类：
1．按照压缩前及解压后的信息保持程度分成三类： （1） 信息保持（存）型
压缩、解压中无信息损失，主要用于图像存档，其特点是信息无失真，但 压缩比有限，也称无失真/无损/可逆型编码。
（2） 信息损失型
牺牲部分信息，来获取高压缩比，数字电视、图像传输和多媒体等应用场 合常用这类压缩，其特点是通过忽略人的视觉不敏感的次要信息来提高压缩 比，也称有损压缩。
n 对于给定图像其数据量就已确定，即 1完全确定。因此，图像压缩后
的数据量 就n决2 定了压缩比。
n2 = Lavg × n
其中 念：
n
表示图像像素个数，Lavg
是平均码字长。由此引入如下几个概
(1) 码字：信息编码中每个符号的二进制编码值。
(2) 码字长：码字的长度，即其二进制编码值的位数，也就是比特数。
（4）其它方法
早期的编码，如混合编码、矢量量化、LZW算法。 近些年来也出现了很多新的压缩编码方法，如使用人工神经元网络的压 缩编码算法、分形、小波、基于对象的压缩编码算法、基于模型的压缩编码 算法等。
Digital Image Processing
6.2 图像编码的基本理论
◘ 数据冗余 ▓ 概念
◘像素间的冗余 由于像素间存在相关性，那么对于任一给定的像素值，原
理上都可以通过它的相邻像素值预测得到。这就带来了像素间 的冗余。
◘心理视觉冗余 人观察图像是基于目标物特征而不是像素，这就使得某些
信息显得不重要，可以忽略，则表示这些可忽略信息的数据就 称为心理视觉冗余。电视广播中的隔行扫描就是常见的例子。
代表无用信息或重复表示了其它数据已经表示过的信息 的数据称为数据冗余。常用压缩比和冗余度表示。
设 n1和 n2代表用来表示相同信息的两个数据的容量,那么
压缩比可以定义为
CR
=
n1 n2
n1是压缩前的数据量，n2 是ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ缩后的数据量。
用 n1表示的相对冗余度（即 n1相对于 n2）可以定义为：
RD
= 1−