图像编码概述.ppt

数字图像处理 第5章 图像编码（1） 信息科学研究所 阮秋琦教授; ; 所以无论从完成图像通信与数据通信网的结合方面来看，还是从对图像信号进行各种处理的角度来看，图像信号数字化都是首当其冲的重要问题。图像数字化的关键是编码。本章将对图像编码进行较为详细的讨论。;5. 1 信源编码;信源;图5—1所示的模型是一个数字通信系统模型。在这样一个模型中有二次编、译码， 信源编码、信源译码 信道编码、信道译码。;; 信道编码的任务是解决可靠性问题。也就是尽量使处理过的信号在传输过程中不出错或少出错，既使出了错也要有能力尽量纠正错误。因此，在信道编码中往往引进用作误差控制的数码，以实现自动检错和纠错。;;编码是信息处理科学中的经典研究课题，就图像编码而言，已有近五十年的历史。近年来，M.Kunt提出第一代、第二代编码的概念。; M.Kunt把1948年至1988年这四十年中研究的以去除冗余为基础的编码方法称为第一代编码，如：PCM、DPCM、△M、亚取样编码法，变换域的DFT、DCT、Walsh-Hadamard变换编码等方法以及以此为基础的混合编码法均属于经典的第一代编码法。; 第二代编码方法多是八十年代以后提出的新的编码方法，如金字塔编码法、Fractal编码、基于神经元网络的编码方法、小波变换编码法、模型基编码法等。;; 这种分法尽管并没得到图像编码界全体同仁的广泛认可，但笔者认为对了解图像编码发展进程是有益的。 图像编码这一经典的研究课题，经五十多年的研究已有多种成熟的方法得到应用，特别是所谓的第一代编码更是如此。;随着多媒体技术的发展已有若干编码标准由ITU-T制定出来，如JPEG、H.261、H.263、MPEG1、MPEG2、MPEG4、MPEG7、JBIG(二值图像压缩) (Joint Bo-level Image Coding Expert Group)等。; 信源编码的目的是提高编码效率。 是否能提高编码效率？ 回答是肯定的。 ;;冗余度在那里？ 冗余度主要存在于两个主要方面： 1）、存在于信源的相关性之中； 2）、存在于图像信源各个元素出现概率的不均等之中。 因此，无论是记忆性信源还是无记忆性信源都由压缩的可能。; 去掉了冗余成分的信源固然精练了，但是，也变???脆弱了。抗干扰性能也变差了。因此，在传书过程中，还要加入一些冗余成分以增加抗干扰能力。这就是信道编码的任务了。; 图像编码的分类 图像编码大致可分位三类： 1）、匹配编码； 2）、变换编码； 3）、识别编码：;（1）、匹配编码 这种编码方法是使代码长度与图像信源的概率分布相匹配。如：出现概率大的编短码，概率小的编长码，总的码率就会下降。 ;;解决办法： 1）、寻找一个大体上能代表图像信源的数学模型，如正态分布，指数分布等； 2）、实际统计图像信源的概率分布，这种方法更切合实际，但是，往往找不到合适的数学模型，给分析带来不便。;（2）、变换编码 首先把图像信源从一个空间变换到另外一个空间，然后对变换系数进行编码。变换方式大体上可分为两类; 预测变换 函数变换 ;（3)、识别编码 这种方法的关键是识别。基本原理是用另外一套符号代替原来的信源中的消息，如：电报、速记等均可认为是识别编码的例子。 主要方法： a)关联识别，需要一定数量的样本。信息与样本比较，判别相似程度。;b)、逻辑识别 没有样本，是用逻辑表达式判别被识别对象。 这种编码方法与实际应用还有距离。 从压缩的角度也可以分为; 1)、熵压缩法：不可逆的编码法，压缩中有信息损失，但在视觉角度看失去的信息是无关紧要的信息。 2）、无失真编码：是可逆的编码方法。没有信息损失。; 另外，如果从目前已有的实用方案的角度来分类，可以分为三大类，即预测编码，变换编码及统计编码。而这些方法既适用于静止图像编码，也适用于电视信号编码。就具体编码方法而言可简略地概括在表5—1中。 ;表5—1 图 象 高 效 编 码 法 ; DPCM ; 最后需要着重提及的是，上述各种具体方案并不是孤立的、单一的使用，往往是各种方法重迭、交叉使用，以达到更高的编码效率，在ITU-T的建议标准中这一点尤为突出。; 5. 2 图像编码中的保真度准则;5.2.1 客观保真度准则; 5.2.1 客观保真度准则 ; 这样一幅图像经过压缩编码处理后，送至受信端，再经译码处理，重建原来图像。这里令重建图像为 g(x,y) 。它同样包含