第六章图象编码与压缩

34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34
25 34
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第六章图象编码与压缩
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视觉心理冗余：
一些信息在一般视觉处理中比其它信息的 相对重要程度要小，这种信息就被称为视觉 心理冗余。
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描述语言 1）“这是一幅 2*2 的图像，图像的第一 个像素是红的，第二 个像素是红的，第三 个像素是红的，第四 个像素是红的”。
2）“这是一幅2*2的图 像，整幅图都是红色 的”。
由此我们知道，整理图像的描述方法可以达 到压缩的目的。
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图像冗余无损压缩的原理
➢编码的必要性
一幅模拟图象必须经过脉码调制（PCM—Pulse Code Modulation)才能变成数字图象。（PCM有 时也指对信号进行采样、量化并以适当码字将其 编码的各个过程的总称）
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PCM的过程： 模拟图象
中间体
中间体
空间采样
幅值量化
码编
例1
数字图象
设一幅活动图象的空间分辨率为N,灰度分辨率为
原始图象数据
重建图象数据
编码器
解码器
被压缩的图象数据
通道
被压缩的图象数据
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2.图象编码压缩分类
a)从应用角度分类 静止图象编码，活动图象编码，二值图象编码
b)从信息保持程度角度分类 有损压缩（保真度编码，特征抽取编码） 无损压缩（信息保持压缩，熵保持压缩）
c)从具体的编码技术角度分类 空域法，变换域法 预测编码，变换编码，统计编码，等
传输带宽、速度、存储器容量的限制。
给我们带来的一个难题，也给了我们一个机会：
如何用软件的手段来解决硬件上的物理极限。
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第六章图象编码与压缩
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图像通信系统模型
图像信息源
图像预处理
信道编码 解调
调制 信道解码
图像信源 编码
信道传输
图像信源 解码
显示图像
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二. 图像中的数据冗余的概念
RGB RGB RGB RGB RGB RGB RGB RGB RGB RGB RGB RGB RGB RGB RGB RGB
16 RGB
从原来的16*3*8=284bits压缩为： (1+3)*8=32bits
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图像冗余有损压缩的原理
36 35 34 34 34 34 34 32 34 34 33 37 30 34 34 34 34 34 34 34 34 35 34 34 31
你的朋友，Helen，将于明天晚上6点零5分在武汉 的天河机场接你。
(23*2+10=56个半角字符) 你的朋友将于明天晚上 6点零5分在天河机场接你。
(20*2+3=43个半角字符） Helen将于明晚6点在天河接你。
(10*2+7=27个半角字符）
结论：只要接收端不会产生误解， 就可以减少承载信息的数据量。
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第六章图象编码与压缩
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第六章 图象编码与压缩
主要内容：
1.图象编码的必要性 2.图象编码的分类 3.图象编码中的保真度准则 4.编码的性能参数 5.统计编码 6.预测编码 7.变换编码 8.图象编码的国际标准
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第六章图象编码与压缩
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概述
一、图像编码技术的研究背景：
1. 信息传输方式发生了很大的改变
1）因为有数据冗余，当我们将图像信息的描 述方式改变之后，可以压缩掉这些冗余。
2）因为有主观视觉冗余，当我们忽略一些视 觉不太明显的微小差异，可以进行所谓的 “有损”压缩。
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第六章图象编码与压缩
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1.图象编码的必要性
➢图象编码与压缩
图象编码与压缩，本质上来说，就是对图象源数 据按一定的规则进行变换和组合，从而达到以尽 可能少的代码来表示尽可能多的数据信息。压缩 通过编码来实现，或者说编码带来压缩的效果， 所以，一般把此项处理称之为压缩编码。
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第六章图象编码与压缩
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3.图象编码中的保真度准则
图象品质的核心问题是逼真度问题。经过处理的图象 （包括经过压缩编码后的图象）与一个标准图象之间的 偏差可以作为图象逼真度（保真度）的度量。这一偏差， 包括亮度，色度，分辨率以及某些心理物理学参数。 （偏差应该在允许的范围之内）
b, 时间分辨率为fB, 则在实时传输过程中，该图 象在传输通道里的传输率至少应该为
ρ=NbfB 若N=512512, b=8, fB=25, 则ρ=52.4Mbps
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例2
地球资源卫星(LANDSAT)一帧图象(4幅)的数据量 为：
2340 2340 7 4 = 153,316,800 153Mb
卫星每天要获取很多幅图象，这些数据都先暂时 存储在卫星体内的磁性存储器中，当卫星飞过地 面接收站的有效接收区域时，迅速将这些数据全 部送到地面。
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图象编码的目的：节省存储空间；减少传输时间；
利于处理，降低处理成本。
图象数据经过编码压缩、传输、解码以及重建图 象数据的流程如下图所示：
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2）传真数据
如果只传送2值图像，以200dpi的分 辨率传输，一张A4稿纸的内容的数据量 为：
1654*2337*1=3888768bit
按目前14.4K的电话线传输速率，需要传 送的时间是：270秒（4.5分）
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由于通信方式和通信对象的改变带来的最大问题 是：
通信方式的改变 文字+语音图像+文字+语音
通信对象的改变 人与人人与机器，机器与机器
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第六章图象编码与压缩
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2.图像传输与存储需要的信息量空间：
1）彩色视频信息 对于电视画面的分辨率640*480的彩色
图像，每秒30帧，则一秒钟的数据量为：
640*480*24*30=221.12M 所以播放时，需要221Mbps的通信回路。 参考数据：宽带网为512K,电话线为56K。 存储时，1张CD可存640M，则仅可以存放 2.89秒的数据。
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图象的视觉冗余 （彩色）
RG B
28 * 28 * 28 = 224 2 24 = 16,777,216
(248,27,4)
(251,32,15)
(248,27,4)
(248,27,4)
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3. 图像冗余信息分析结论
由于一幅图像存在数据冗余和主观视觉冗余， 我们的压缩方式就是从这两方面着手来开展 的。