第4章数字图像（应用）.pptVIP

May 18, 1999 南京大学多媒体研究所 第4章 数字图像(3) 内容 数据压缩的基本概念 无损压缩方法 一、数据压缩的基本概念 1. 数据压缩的必要性 中(低)等质量图像: 640x480x16bits = 5Mb /帧 中(高)等质量图像: 1024x768x24bits = 18Mb /帧 CCIR 601数字电视: 720x576x16bitsx25 = 158Mb /s 高清晰度数字电视: 1280x720x24bitsx50= 1.05Gb/s 数据压缩的必要性（续） 存储：硬盘 传输 PC机系统总线：5MB/s（ISA），133MB/s（PCI） CD-ROM 读出速率：40 x 150KB/s = 6MB/s ETHERNET 传输速率：10~100Mb~1Gb/s 普通电话接入速率：28.8 , 33.3 , 56 Kb/s ADSL速率：512kb~2Mb/s, 2. 图像数据压缩的可能性 (1) 时间、空间冗余 (2) 信息熵冗余 (3) 视觉冗余 眼睛空间综合能力的局限性（亮度等级，可区分弧度，高频成分的非线性，...） 思维(mind)的时间综合能力的局限性 (4) 其他冗余，包括结构冗余、知识冗余等。 因此，在允许存在一定失真的前提下，可以对图象数据进行很大程度的压缩。 3. 图像的信息熵 设一个信号源Ｓ＝｛s1, s2, … , sn｝，第i个符号的出现概率为pi，每个符号用d比特表示，则按信息论中信息熵的定义，该信号源的熵由下式定义： 例 假设一个文本由7个符号组成： a1, a2, a3, a4, a5, a6, a7 它们出现的概率是: 0.2, 0.19, 0.18, 0.17, 0.15, 0.1, 0.01 则： 4. 数据压缩技术的性能指标 压缩比(compression ratio) 压缩倍数 压缩效率 bits per pixel（bpp） 算法复杂度 计算量/存储量 时间延迟(计算延迟、存储延迟) 编码/解码算法的对称性 重建图象的质量 重建图象的质量评价1 客观评价法 重建图象的质量评价2 主观评价法(MOS) 受评价者的经验、爱好、观察图像的内容、观察条件等影响 5. 压缩方法的分类 lossless(无损压缩) run-length coding(RLC) 预测编码 Huffman(哈夫曼编码) Arithmetic coding(算术编码) Lempel-Ziv Welch ( LZW编码, 词典编码 ) lossy (有损压缩) 亚取样 变换编码 矢量编码 特征抽取(分析--合成法) (模型编码) 第一代压缩编码技术 统计（熵）编码。统计编码的基本原理是给出现概率较大的符号赋予一个短码字，而给出现概率较小的符号赋予一个长码字， 从而使得最终的平均码长很小。 预测编码。预测编码是基于图像数据的空间或时间冗余特性，用相邻的已知像素（或像素块）来预测当前像素（或像素块）的取值，然后再对预测误差进行量化和编码。 变换编码。变换编码通常是将空间域上的图像经过正交变换映射到另一变换域上，使变换后的系数之间的相关性降低。图像变换本身并不能压缩数据，但变换后图像的大部分能量只集中到少数几个变换系数上，采用适当的量化和熵编码就可以有效地压缩图像。 第二代压缩编码技术 神经网络（Artificial Neural Network， ANN） 分形编码（Fractal Coding） 基于对象的压缩编码（Object Based Coding） 基于模型的压缩编码（Model Based Coding） 小波变化编码 二、无损压缩方法 1 行程长度编码 (RLC) 思想：检测符号序列中连续重复出现的符号，并使用其长度（run length）进行表示。 例：压缩前28位： 0 0 0 3 3 7 7 7 7 0 0 0 0 0 0 0 0 5 6 6 6 6 6 0 0 0 0 0 压缩后14位： 3 0 2 3 4 7 8 0 1 5 5 6 5 0 分析：仅仅在游程长度＞3时才有效益 1 2 3 4 5 6 ?1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5?2 1 2 2 2 3 2 4 2 5 RLC的应用 适用于：二值图像的编码，如 000011001111100011100000 4225335 黑白文稿 工程图纸 传真机（FAX） RLC＋Huffm