图像有损压缩课件

变换编码的原理
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变换编码是指先对信号进行某种函数变换，从一种信
图像有损压缩
引言 图像压缩基本知识介绍 图像有损压缩技术
目录
引言
• 图像压缩的必要性
图像数据的特点之一是数据量庞大。给存储和传输带来 许多困难
一幅低分辨率彩色图像640 × 480,24bit/pixel， 该图 像数据量：640× 480 × 3=921,600Byte=0.92MB HDTV系统中，每个画面720 × 1280点，24bit真彩色 ，60帧/s，具有6倍于传统电视系统的空间分辨率和 画面动感。每秒数据量: 720× 1280 × 3× 60=166MB=1.33Gb 目前数字传输能力，6MHz带宽，只有20Mb/s的传输速 率，需要压缩比: 1330/20=66.4
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。
3.2.1预测编码
• 预测Hale Waihona Puke Baidu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。
– ……
• 存储：在存储时压缩原始数据，而在使用时再解压缩，这样能够大大 增加存储介质的存储量。
• 传输：在发送端压缩原始数据，在接收端将压缩数据解码，减少传输 时间 – 在现代通信中，图像传输已成为重要内容之一。采用编码压缩技 术，减少传输数据量，是提高通信速度的重要手段。
2.图像压缩基本知识介绍
• 2.1图像压缩概念及其原理 • 2.2图像压缩分类
2.1图像压缩概念
• 数据压缩：
– 数据压缩是信息论的一个重要研究内容，称信源编码。 – 以尽可能少的数据表示信源所发出的信号，减少数据所占用的存
储空间。
• 图像压缩：
– 数据压缩技术在图像中的应用。 – 在满足一定图像质量条件下，用尽可能少的比特数来表示原始图
图像压缩的可能性
• 从信息论的观点看，描述信源的数据由有用数据和冗余数据组成。例： – “你的妻子，Helen，将于明天晚上6点零5分在波士顿的Logan机 场接你” – “你的妻子将于明晚6点零5分在Logan机场接你” – “Helen将于明晚6点在Logan接你”
• 数量可观的冗余信息及不相关信息，为数据压缩技术提供可能。如果 能够消除一种或多种冗余，就可取得数据压缩效果。
3.2.2变换编码
• 预测编码的压缩能力是有限的。以DPCM为例，一般只能 压缩到每样值2~4比特。20世纪70年代后，科学家们开始 探索比预测编码效率更高的编码方法。人们首先讨论了KL 变换（Karhunen-Loeve Transform）、傅立叶变换等正交 变换，得到了比预测编码效率高得多的结果，但苦于算法 的计算复杂性太高，进行科学研究可以，实际使用起来很 困难。直到20世纪70年代后期，研究者发现离散余弦变换 DCT与KL变换在某一特定相关函数条件下具有相似的基 向量，而用DCT的变换矩阵来做正交变换就可以节省大量 的求解特征向量的计算，因而大大简化了算法的计算复杂 性。DCT的使用使变换编码压缩进入了实用阶段。小波变 换是继DCT之后科学家们找到的又一个可以实用的正交变 换，它与DCT各有千秋，因而分别被不同的研究群体所推 崇。
• 无损压缩(Lossless compression)：原始数据可完全从压 缩数据中恢复出来，即在压缩和解压缩过程中没有信息损 失。压缩比2:1左右
• 有损压缩(Lossy compression) ：原始数据不能完全从压 缩数据中恢复出来，即恢复数据只是在某种失真度下的近 似。 压缩比1000:1；
• 有损压缩编码不具有可恢复性和可逆性，该编码在压缩时 舍弃冗余的数据。
• 例如人眼较难分辨的颜色或人耳难以分辨的方向源信号， 实际取决于初始信号的类型、信号的相关性以及语义等内 容。这些被舍去的信息值是无法再找回的，所以还原后的 数据与原始数据存在差异。
3.2常用的有损压缩技术
• 预测编码 • 变换编码 • 基于模型编码 • 分形编码 • 其他编码
• 图像压缩的可能性 – 图像中存在很大的冗余度。 – 用户通常允许图像失真。
例1 静止图像信息的冗余
（相邻像素间的空间冗余）
例2 活动图像信息的冗余
（相邻帧间的时间冗余）
图像序列中不同帧之间存在相关性引起的时间冗余
图像压缩的主要应用
• 很多领域，都会遇到对大量图像数据进行传输和存储的问题,没有图像 压缩技术的发展，大容量图像数据的存储与传输难以实现。 – 多媒体 – 电视会议、数字电视，可视电话 – 遥感图像 – 医学图像教育商业管理等图文资料
像，以提高图像传输的效率和减少图像存储的容量。
• 信源编码可分为两大类，
– 无失真编码 – 有失真编码（或称限失真编码）
2.2图像压缩分类
• 根据解压重建后的图像和原始图像之间是否具有误差，图 像编码压缩分为 – 无损压缩；（亦称无误差编码；无失真、无损、信息 保持编码） – 有损压缩；（亦称有误差编码；有失真或有损编码）