图像的压缩与编码技术

图6-3 有损预测编码系统原理图
光电图像处理
6.4 正交变换编码
图6-6 变换编码的通用模型 光电图像处理
6.4 正交变换编码
一、正交变换编码的概念与特点
• 1968年，出现了正交变换图像编码，H．C． Andrews等人提出不对图像本身编码，而对其二维 离散傅立叶系数进行编码和传输(DFT)，但这是一种 复变换，运算量大，不易实时处理。 • 1969年他们用WHrI’变换取代DFT，可使计算量明 显减少。此后，又出现了更快的HRT变换、SLT变 换等。 • 1974年，N．Ahmed等人提出了离散余弦变换 (DCT)，DCT常常被认为是图像信号的准最佳变换。
预测编码是利用图像像素之间的空间冗余，对 符号本身与其预测值的误差进行编码和记录，从而 实现数据压缩的编码方法。
光电图像处理
6.3 预测编码
一、预测编码压缩原理
图6-1 预测编码原理图
光电图像处理
6.3 预测编码
二、无损预测编码
图6-2 无损预测编码系统原理图
光电图像处理
6.3 预测编码
三、有损预测编码
光电图像处理
6.2 典型的统计编码
二、哈夫曼编码
哈夫曼编码(Huffman Coding)是可变字长编码 (Variable-Length Coding,VLC)的一种。
在现代信息处理中，哈夫曼编码是一种一致性编码法 （又称“熵编码法”），用于数据的无损耗压缩。这一术 语是指使用一张特殊的编码表将源字符（例如某文件中的 一个符号）进行编码。编码表的特殊之处在于，它是根据 每一个源字符出现的估算概率建立起来的，出现概率高的 编码较短，反之编码较长，从而使编码之后的字符串的平 均长度降低，达到无损压缩数据的目的。
228
30
4:1:1
36.5M
1.5~2.0M
普通电视
8
720
480
30
4:1:1
167M
4.0~8.0M
高清电视
8
1920 1080
30
4:1:1
1.18G
20.0~25.0M
表6-1 常用电视信号的码率
光电图像处理
6.1 图像压缩的概念与方法
二、图像压缩编码评价
图像压缩 编码评价
评 评价 分
说明
三、图像压缩编码常用方法及分类
信息论 角度
• 信息量压缩方法，也称有损压缩 • 冗余度压缩方法，也称无损压缩
压缩编 码算法
•有损压缩编码，压缩是可逆的 •无损压缩编码，压缩是不可逆的
光电图像处理
6.1 图像压缩的概念与方法
三、图像压缩编码常用方法及分类
无损 压缩 编码
有损 压缩 编码
混合 编码
·哈夫曼编码 ·算术编码 ·行程编码 ·Lempel zev编码
光电图像处理
6.2 典型的统计编码
三、算术编码
算术编码适合于相同的重复序列组成的文件， 算术编码接近压缩理论极限。这种方法是将不同的 序列映像到0至1之间的区域内，该区域表示成可变 精度（位数）的二进制小数，越不常见的数据要求 精度越高，这种方法比较复杂，因而不太常用。
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6.3 预测编码
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6.1 图像压缩的概念与方法
一、图像压缩的必要性和可行性
1. 图像前后两帧之 间的相似性较大
时间冗余
视觉冗余
5.人类的视觉系 统不能感知的不 是特别敏感的那 部分信息
空间冗余
2.相邻像素之间、 行与行之间都存 在空间冗余
3.图像的部分区域内 存在非常强的纹理结 构，或是图像的各个 部分之间存在着某种 关系
1 优秀 图像质量非常好，让人感觉不到 失真
2 良好 图像质量好，虽然有失真，但看 起来清晰
3 可看 图像质量不好，但是还可以观看
4 刚可看 图像质量差，有干扰，勉强可以 观看
5
差
图像质量很差，干扰很强，几乎
无法观看
6 不可用 图像质量极差，图像根本无法辨 认
表6-2 图像质量评价表
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6.1 图像压缩的概念与方法
光电图像处理
6.4 正交变换编码
一、正交变换编码的概念与特点
对于DFT、DCT、KL等正交变换，它们都有如下 优点： (1)熵保持：正交变换具有熵保持性质，即正交变换不 丢失信息，从而通过传输变换系数来传送信息。 (2)能量集中：变换域中的能量集中在少数的变换系数 上，从而有利于采用熵压缩法来进行数据压缩，也就 是在质量允许的情况下，可以舍弃一些能量较小的系 数，或对能量大的系数分配较多的比特，对能量较小 的系数分配较少的比特，达到提高压缩率的目的。
结构冗余
知识冗余
4. 可由先验知识 和背景知识得到 的规律性的结构
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6.1 图像压缩的概念与方法
一、图像压缩的必要性和可行性
应用种类 Bit/像素 像素数/ 行数/帧 帧数/秒 亮色比 bps(压缩前) bps(压缩后) 行
电视电话
8
128
112
30
4:1:1
5.2M
56K
会议电视
8
352
第六章 图像的压缩与编码技术
第六章 图像的压缩与编码技术
6.1图像压缩的概念与方法 6.2典型的统计编码 6.3预测编码 6.4正交变换编码
6.5基于小波变换的图像压缩编码 6.6图像压缩国际标准
目录
光电图像处理
6.1 图像压缩的概念与方法
所谓图像压缩，就是在满足一定保真度要求的 前提下，对图像数据进行ห้องสมุดไป่ตู้换、编码和压缩,去除多 余数据，减少表示数字图像时需要的数据量，以便 于图像的存储和传输。即以较少的数据量有损或无 损地表示原来的像素矩阵的技术,也称图像编码。
·预测编码 ·频率域方法 ·空间域方法 ·模型方法 ·基于重要性
JBIG，H261， JPEG，MPEG等 技术标准
光电图像处理
6.2 典型的统计编码
统计编码是根据消息出现的概率的分布特性二 进行的压缩编码，它有别于预测编码和变换编码。 这种编码的宗旨在于，在消息和码字之间找到明确 的一一对应关系，以便在恢复时能够准确无误地再 现原图，或者至少是极相似地找到相当的对应关系， 并把这种失真或不对应概率限制到可容忍的范围内。 但不管什么途径，它们总是要使平均码长或码率压 缩到最低限度。
光电图像处理
6.2 典型的统计编码
一、游程编码
游程编码(RCL)又称“运行长度编码”或“行程编 码”，是一种统计编码，该编码属于无损压缩编码，是 栅格数据压缩的重要编码方法。对于二值图有效。
游程编码的基本原理是：用一个符号值或串长代替 具有相同值的连续符号（连续符号构成了一段连续的“ 行程”。行程编码因此而得名），使符号长度少于原始 数据的长度。只在各行或者各列数据的代码发生变化时 ，一次记录该代码及相同代码重复的个数，从而实现数 据的压缩。