第5章图象编码.ppt

第五章 图像压缩编码 1、图像编码的研究背景 信息传输方式发生了很大的改变，通信方式改变带来的需求： 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 图像编码的研究背景 由于通信方式和通信对象的改变带来的最大问题是： 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。 图像编码的研究背景 —— 海量数据带来的需求 数码图像的普及，导致了数据量的庞大。 图像的传输与存储，必须解决图像数据的压缩问题。 彩色视频数据量分析 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 播放时，需要221Mbps的通信回路。 彩色视频数据量分析 实时传输： 在10M带宽网上实时传输的话，需要压缩到原来数据量的0.045， 即0.36bit/pixel。 存储：（按1张光盘可存640M计算） 如果不进行压缩，1张CD则仅可以存放2.89秒的数据。存2小时的信息则需要压缩到原来数据量的0.0004，即：0.003bit/pixel。 传真数据量分析 如果只传送2值图像，以200dpi的分辨率传输，一张A4稿纸的数据量为： 1654*2337*1=3888768bit =390K 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） 3、图像编码基本原理 数据的冗余 图像压缩编码简介 行程编码 Huffman编码 DCT变换编码 混合编码 常见的图像冗余 数据冗余基本概念 我们从一个互动游戏来体会数据冗余的概念。 在下面的例子中，用一种最好的方式来发送一封电报。 例1 你的妻子，Helen，将于明天晚上6点零5分在上海的虹桥机场接你。 (23*2+10=56个半角字符) 你的妻子将于明天晚上6点零5分在虹桥机场接你 (20*2+2=42个半角字符） Helen将于明晚6点在虹桥接你 (10*2+6=26个半角字符） 例2 图像冗余的压缩 图像冗余无损压缩的原理 图像冗余有损压缩的原理 实际图像中的数据冗余 实际图像中冗余信息的表现（灰度图） 视觉冗余的压缩 图像的视觉冗余 （彩色） 图像压缩原理 由于一幅图像存在数据冗余和主观视觉冗余，所以压缩方式就可以从这两方面着手开展。 改变图像信息的描述方式，以压缩掉图像中的数据冗余。 忽略一些视觉不太明显的微小差异，以压缩掉图像中的视觉冗余。 图像数据的这些冗余信息为图像压缩编码提供了依据。例如，利用人眼对蓝光不敏感的视觉特性，在对彩色图像编码时， 就可以用较低的精度对蓝色分量进行编码。图像编码的目的就是充分利用图像中存在的各种冗余信息，特别是空间冗余、时间冗余以及视觉冗余，以尽量少的比特数来表示图像。 利用各种冗余信息，压缩编码技术能够很好地解决在将模拟信号转换为数字信号后所产生的带宽需求增加的问题， 它是使数字信号走上实用化的关键技术之一，下表中列出了几种常见应用的码率。 4、图像压缩的发展历史 第一代压缩编码八十年代以前，主要是根据传统的信源编码方法。 第二代压缩编码 八十年代以后，突破信源编码理论，结合分形、模型基、神经网络、小波变换等数学工具，充分利用视觉系统生理心理特性和图像信源的各种特性。 5、图像编码技术原理 根据编码过程中是否存在信息损耗可将图像编码分为有损压缩和无损压缩。 无损压缩无信息损失，解压缩时能够从压缩数据精确地恢复原始图像； 有损压缩不能精确重建原始图像，存在一定程度的失真。根据编码原理可以将图像编码分为熵编码、预测编码、 变换编码和混合编码等。 熵编码。熵编码是纯粹基于信号统计特性的编码技术， 是一种无损编码。熵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。常见的熵编码方法有行程编码（Run Length Encoding）、哈夫曼编码和算术编码。 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。预测编码可分为帧内预测和帧间预测，常用的预测编码有差分脉码调制（DPCM）和运动补偿法。 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