数字图像处理第4章图象压缩编码.ppt

自适应预测编码(ADPCM) 一种自适应量化器设计 图像变换编码 图像变换编码：将在空间域里描述的图像，在某种变换域里进行描述。 优点： ? 在变换域里描述比空间域里简单； ? 在变换域里图像相关性下降； ? 若再对变换域图像进行某种编码可进一步压缩图像； ? 二维帧内变换编码的数据压缩程度和二维DPCM大致相当，但抗信道误码能力比DPCM强。 缺点： ? 算法复杂，技术设备量也较大，成本高。 正交变换压缩图像的物理本质 物理本质：经过多维坐标系中的适当的坐标旋转和变换，能够把散布在各个坐标轴上的原始图像数据，在新的坐标系中集中到少数坐标轴上，因此可能用较少的编码比特来表示一幅子图像，实现高效率的压缩编码。 变换编码原理框图 变换 量化 编码器 解码器 逆变换 信道 输入G A A’ 发送端 接收端 输出G’ 二维傅立叶变换编码 某图像经过2D-DFT后，其变换系数矩阵即二维频谱如图 4 . 4 . 3 所示。 若变换矩阵 FN 原点设在中心，其频谱能量集中分布在变换系数矩阵的中心附近。 若所用的二维傅立叶变换矩阵 FN的原点设在左上角，那么图像信号能量将集中在系数矩阵的 4 个角上。 这表明一般图像能量集中低频区域。 由图可见，能量集中在中心附近，而中点数据即直流分量32占总能量很大比例。其实这个直流分量就是(a)图全图数值的算术平均值。 根据变换系数分布的这些基本特点，采用区域抽样，再以区域编码，即只对数值较大的变换系数进行编码，即可实现图像压缩的目的。 0 2D-DFT不足：相邻子图像数据在各个边界不连续造成Gibbs 现象（在信号的边缘或某些位置，出现巨大的尖峰或失真） 解决方法是用2D-DCT代替2D-DFT。基本思路为：用一个对称的 2N×2N 像素的子图像代替原来的 N×N子图像，即可消除 Gibbs 现象。 2D-DFT变换编码误差来源： 变换系数经过量化器而引起的量化误差； 采用“区域抽样”方式，使其高频成分被假定为零（相当于二维低通滤波，由于高频分量丢失引起图像模糊）； 傅立叶变换编码对相邻的子图像变换并非移不变运算，因而在相邻子图像交界处将引起一定程度的边缘效应。 二维沃尔什－哈达玛变换编码 二维沃尔什－哈达玛变换简称沃尔什变换。与傅立叶变换相比，其算法简单（只涉及加法和减法），因而运算速度快，适用于高速实时系统，也容易硬件实现。 二维沃尔什变换域中数值大的变换系数也都集中于低频区域，故采用区域抽样和区域编码同样可达到数据压缩的目的。 区域抽样和区域编码 区域抽样：只对能量大的变换系数抽样编码，而能量小的变换系数全部假定为零。 区域编码：把变换系数矩阵分成若干个区域，每个区域编码比特数由该区域中变换系数的能量大小决定。 子图像尺寸选择 子图像尺寸也是影响变换编码误差和计算复杂度的一个重要因素。在多数情况下，我们将图像分成尺寸满足以下两个条件的子图像： ①相邻子图像之间的相关性(冗余)减小到某个可以接受的水平； ②子图像的长和宽都是2的整数次幂。 最常用的子图像尺寸是8×8和16×16。 离散余弦变换编码和 JPEG 基本系统 先明确两个概念：DC系数和AC系数。 一幅8×8图像经过DCT变换和量化后得到的仍是64个系数，量化并没有改变系数的性质。DCT变换是将数据域从时（空）域变换到频域，在频域平面上变换系数是二维频域变量u和v的函数。 对应于u=0，v=0的系数，称做直流分量，即DC系数， 其余63个系数称做AC系数，即交流分量。 上图描述了 8×8 DCT变换的基图像 JPEG是“联合图片专家组”(Joint Photographic Experts Group)的简称，这是由 ISO和CCITT于1986年联合成立的一个标准起草小组。该小组于1991年提出 ISO CD 10918 标准建议草案， 1992年成为国标标准 ISO / IEC IS 10918 ,后来通常将该标准称为 JPEG 。 JPEG 标准主要涉及连续色调（灰度和彩色）静止图像的压缩编码，共提供了 4 种工作模式。包括： 顺序型模式，即按照通常的从左到右、从上到下的顺序对图像进行编码，称为基本系统； 分层模式，按分辨率由低到高进行编码； 渐进模式； 无失真模式。 JPEG静态图像压缩标准 DCT 正向变换 量化 系数 编码 构造8x8 的子图 输入图象NxN 压缩图象 量化表 编码表 系数 解码 DCT 逆向变换 合成8x8 的子图 压缩的图象 解压图象 反量化 量化表 编码表 JPEG静态图像压缩标准 亮度量化表 16 11 10 16 24 40 51 61 12 12 14 19 26 58 60 55 14 13 16 24 40 57 69 56 14 17 22 29 51 87 80 62 18 22 37 5