數(shù)字圖像的壓縮編碼

1、第8章 數(shù)字圖像的壓縮編碼8.1 概述 8.2 預(yù)測編碼 8.3 統(tǒng)計(jì)編碼 8.4 變換編碼 8.5 位平面編碼 8.6 靜止圖像壓縮編碼實(shí)例 8.7 圖像壓縮的國際標(biāo)準(zhǔn)簡介 8.1 概述8.1.1 幅度特征8.1.2 直方圖特征8.1.3 變換系數(shù)特征數(shù)字圖像處理過程圖像預(yù)處理圖像預(yù)處理圖像分割圖像分割圖像分析圖像分析特征提取特征提取目標(biāo)識(shí)別目標(biāo)識(shí)別圖像變換圖像增強(qiáng)灰度分割邊緣檢測區(qū)域分割圖像特征圖像恢復(fù)圖像描述圖像分析8.1 概述T問題1：數(shù)字圖像的特點(diǎn)？數(shù)據(jù)量大：5125128bit256KB 256KB25幀/秒6400KB=6.25MB占用的頻帶較寬：電視圖像的帶寬56MHz，而語言

2、帶寬4KHz，頻帶越寬，技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度越大像素相關(guān)性大：壓縮潛力大評(píng)價(jià)受人的影響大（軍標(biāo)）8.1 概述T圖像的特點(diǎn) 數(shù)據(jù)量大，為其存儲(chǔ)、傳輸帶來困難，需壓縮 例：電話線傳輸速率一般為56kbit/s（波特率） 一幅彩色圖像64048024bit = 7Mbit大小 1傳輸一幅圖像：時(shí)間約2分鐘左右 如壓縮20倍，傳一幅圖6s左右，可以接受，實(shí)用 2實(shí)時(shí)傳送：64048024bit25幀/s=175Mbit/s， 時(shí)間為50min左右8.1 概述 實(shí)時(shí)，要專用信道（衛(wèi)星、微波網(wǎng)、專線網(wǎng)等技術(shù)） 另外，大量資料需存儲(chǔ)（遙感、醫(yī)學(xué)CT、MR）4如果以200bpi的分辨率傳輸，一張A4稿紙內(nèi)容的數(shù) 據(jù)量

3、為(200210/25.4)（200297/25.4bit) =3866948 bit， 需要傳送的時(shí)間是67s340G硬盤，40000MB8175Mbit/s=約30min8.1 概述T圖像的數(shù)據(jù)量特別大，同時(shí)現(xiàn)在對(duì)圖像需求的增長超過了網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制，所以壓縮是圖像傳輸和存儲(chǔ)的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)T由于圖像壓縮的巨大商業(yè)潛力，激勵(lì)著人們提高現(xiàn)有的技術(shù)或發(fā)現(xiàn)新的技術(shù)8.1.1 圖像壓縮編碼的必要性火星腐蝕.jpg400400，10.9KB，原圖像數(shù)據(jù)468KB debbie. bmpBMP是一種與設(shè)備無關(guān)的位圖格式。256256，65KB 一般采用非壓縮模式8.1.1 圖像壓縮編碼的必要性2000年5

4、月植被指數(shù)遙感圖.bmp，原圖像數(shù)據(jù)9767202MB8.1.1 圖像壓縮編碼的必要性Buaa.jpg，0.98MB ,原圖像數(shù)據(jù)190015608.5MB8.1.1 圖像壓縮編碼的必要性Water.tiff,640480,905KB,無損8.1.1 圖像壓縮編碼的必要性GIF（Graphics Interchange Format）是由為了方便網(wǎng)絡(luò)傳送圖像數(shù)據(jù)而制定的一種圖像文件格式，主要采用無損數(shù)據(jù)壓縮方法中壓縮效率較高的LZW(字典壓縮)算法。214155 12幀 43.1KB原圖像數(shù)據(jù)1166KB8.1.1 圖像壓縮編碼的必要性 PNG是Fireworks的文件格式，專門針對(duì)網(wǎng)頁設(shè)計(jì)的

5、一種無損壓縮圖像文件格式 。PNG使用從LZW派生的無損數(shù)據(jù)壓縮算法 。 1024768 1.62MB 原圖像數(shù)據(jù)2.36MB8.1.1 圖像壓縮編碼的必要性AVI（Audio Video Interleave）同樣是以AVI為后綴的視頻文件，其采用的壓縮算法可能不同，需要相應(yīng)的解壓軟件才能識(shí)別和回放該AVI文件 AVI文件目前主要應(yīng)用在多媒體光盤上，用來保存電影、電視等各種影像信息，有時(shí)也出現(xiàn)在Internet上，供用戶下載、欣賞新影片的精彩片斷。視頻大小：1280720 幀率：29.915fps 持續(xù)時(shí)間：30.854s 總幀數(shù)：923f原始碼流：661672kbit/s 視頻平均碼流：

6、4644kbit/s 壓縮比：142.58.1.1 圖像壓縮編碼的必要性ASF是ADVANCED STEAMING FORMAT的縮寫。它是一種采用流式傳輸方式在Internet播放的媒體格式，它可以將整個(gè)媒體文件分壓成一個(gè)個(gè)的數(shù)據(jù)包，再由視頻服務(wù)器向用戶計(jì)算機(jī)進(jìn)行連續(xù)、實(shí)時(shí)的傳送。 視頻大?。?40480 幀率：25fps 持續(xù)時(shí)間：32.04s 總幀數(shù)：801f原始碼流：184320kbit/s 視頻平均碼流： 847kbit/s 壓縮比：217.68.1.1 圖像壓縮編碼的必要性WMV是一種ASF格式升級(jí)延伸來得。在同等視頻質(zhì)量下，WMV格式的體積非常小，因此很適合在網(wǎng)上播放和傳輸。 W

7、MV格式的主要優(yōu)點(diǎn)包括：本地或網(wǎng)絡(luò)回放、可擴(kuò)充的媒體類型、部件下載、可伸縮的媒體類型、流的優(yōu)先級(jí)化、多語言支持、環(huán)境獨(dú)立性、豐富的流間關(guān)系以及擴(kuò)展性等 。視頻大小：640480 幀率：23.976fps 持續(xù)時(shí)間：40.04s 總幀數(shù)：960f原始碼流：176770kbit/s 視頻平均碼流： 828kbit/s 壓縮比：213.58.1.1 圖像壓縮編碼的必要性RM格式：Real Networks公司所制定的音頻視頻壓縮規(guī)范稱為Real Media，主要用來在低速率的廣域網(wǎng)上實(shí)時(shí)傳輸活動(dòng)視頻影像，可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸速率的不同而采用不同的壓縮比率，從而實(shí)現(xiàn)影像數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳送和實(shí)時(shí)播放。優(yōu)點(diǎn)：

8、可以把比較大的電影壓縮成比較小的文件。缺點(diǎn)：文件模糊不清，沒有收藏價(jià)值。8.1.1 圖像壓縮編碼的必要性RMVB格式：這是一種由RM視頻格式升級(jí)延伸出的新視頻格式，比RM多了VB兩字，在這里VB是VBR（Variable Bit Rate-可變比特率）的縮寫。打破了原先RM格式那種平均壓縮采樣的方式，在保證平均壓縮比的基礎(chǔ)上合理利用比特率資源，在保證了靜止畫面質(zhì)量的前提下，大幅地提高了運(yùn)動(dòng)圖像的畫面質(zhì)量。要想播放這種視頻格式，可以使用RealOne Player2.0或RealPlayer8.0加RealVideo9.0以上版本的解碼器形式進(jìn)行播放。視頻大小：640256 幀率：25fps 持

9、續(xù)時(shí)間：28.48s 總幀數(shù)：712f 原始碼流：98304kbit/s 視頻平均碼流： 605.7kbit/s 壓縮比：162.38.1.1 圖像壓縮編碼的必要性 MOV是美國Apple公司開發(fā)的一種視頻格式，播放器是QuickTime Player。具有較高的壓縮比率和較完美的視頻清晰度等特點(diǎn)。MOV也可以作為一種流文件格式。QuickTime能夠通過Internet提供實(shí)時(shí)的數(shù)字化信息流、工作流與文件回放功能 視頻大小：480288 幀率：23.98fps 持續(xù)時(shí)間：90.05s 總幀數(shù)：2159f原始碼流：79546.6kbit/s 視頻平均碼流： 616.58kbit/s 壓縮比：1

10、29.08.1.1 圖像壓縮編碼的必要性圖像信息源圖像預(yù)處理圖像信源圖像信源編碼編碼信道編碼調(diào)制信道傳輸解調(diào)信道解碼圖像信源圖像信源解碼解碼顯示圖像圖像通信系統(tǒng)模型8.1.1 圖像壓縮編碼的必要性總之，大數(shù)據(jù)量的圖像信息會(huì)給存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量、通信干線信道的帶寬以及計(jì)算機(jī)的處理速度增加極大的壓力。單純靠增加存儲(chǔ)器容量，提高信道帶寬以及計(jì)算機(jī)的處理速度等方法來解決這個(gè)問題是不現(xiàn)實(shí)的，這時(shí)就要考慮壓縮。因此，圖像數(shù)據(jù)在傳輸和存儲(chǔ)中，數(shù)據(jù)的壓縮都是必不可少的。8.1.1 圖像壓縮編碼的必要性8.1.2 圖像壓縮編碼的可能性1. 數(shù)字圖像本身的特征帶來數(shù)據(jù)壓縮的可能性 1）空域冗余 也稱為空間冗余或幾何

11、冗余，是一種與像素間相關(guān)性直接聯(lián)系的數(shù)據(jù)冗余 2）時(shí)域冗余 又稱時(shí)間冗余。視頻序列每秒有25-30幀圖像，連續(xù)播放，相鄰幀之間的時(shí)間間隔很小；同時(shí)實(shí)際生活中的運(yùn)動(dòng)物體具有運(yùn)動(dòng)一致性，使得視頻序列圖像之間有很強(qiáng)的相關(guān)性 3）頻域冗余 將空域的圖像變換到頻域中，使得大量的信息能用較少的數(shù)據(jù)來表示，從而達(dá)到壓縮的目的 4）信息熵冗余 圖像中像素灰度出現(xiàn)的不均勻性，造成圖像信息熵冗余。即用同樣長度比特表示每一個(gè)灰度，則必然存在冗余。若將出現(xiàn)概率大的灰度級(jí)用長度較短的碼表示，將出現(xiàn)概率小的灰度級(jí)用長度較長的碼表示，有可能使編碼總長度下降8.1.2 圖像壓縮編碼的可能性2應(yīng)用環(huán)境允許圖像有一定程度失真 1

12、）接收端圖像設(shè)備分辨率較低，則可降低圖像分辨率 2）用戶所關(guān)心的圖像區(qū)域有限，可對(duì)其余部分圖像采 用空間和灰級(jí)上的粗化 3）根據(jù)人的視覺特性對(duì)不敏感區(qū)進(jìn)行降分辨率編碼 （視覺冗余） 8.1.2 圖像壓縮編碼的可能性T圖像中數(shù)據(jù)冗余的例子你的妻子，Helen，將于明天晚上6點(diǎn)零5分在上海的虹橋機(jī)場接你。 (23*2+10=56個(gè)半角字符)你的妻子將于明天晚上 6點(diǎn)零5分在虹橋機(jī)場接你。 (20*2+3=43個(gè)半角字符）Helen將于明晚6點(diǎn)在虹橋機(jī)場接你。 (10*2+7=27個(gè)半角字符）8.1.2 圖像壓縮編碼的可能性T描述語言1 “這是一幅 22的圖像，圖像的第一個(gè)像素是紅的，第二個(gè)像素是紅

13、的，第三個(gè)像素是紅的，第四個(gè)像素是紅的”。 2 “這是一幅22的圖像，整幅圖都是紅色的”整理圖像的描述方法可以達(dá)到壓縮的目的8.1.2 圖像壓縮編碼的可能性T圖像無損壓縮的原理RGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGB16RGB從原來的1638bit=284bit 壓縮為：(1+3)8bit=32bit8.1.2 圖像壓縮編碼的可能性T圖像有損壓縮的原理36353434343434323434333730343434343434343435343431343434343434343434343434343434343434343434343

14、4343425348.1.2 圖像壓縮編碼的可能性T實(shí)際圖像中冗余信息的表現(xiàn)（灰度圖）8.1.2 圖像壓縮編碼的可能性T圖像冗余信息分析結(jié)論由于一幅圖像存在數(shù)據(jù)冗余和主觀視覺冗余，壓縮方式從這兩方面著手來開展2）主觀視覺冗余:忽略一些視覺不太明顯的微小差異，可以進(jìn)行所謂的“有損”壓縮1）數(shù)據(jù)冗余:將圖像信息的描述方式改變之后，壓縮掉這些冗余。如統(tǒng)計(jì)冗余度、空域冗余度、時(shí)域冗余度等8.1.2 圖像壓縮編碼的可能性8.1.3 圖像壓縮編碼的分類T圖像數(shù)字化關(guān)鍵是編碼 壓縮編碼:在滿足一定圖像質(zhì)量前提下，能獲得減少數(shù)據(jù)量的編碼T研究處理的對(duì)象 數(shù)據(jù)的物理容量 傳輸某個(gè)指定數(shù)據(jù)序列所需的時(shí)間 傳輸某個(gè)

15、指定數(shù)據(jù)序列所限定的頻帶寬度8.1.3 圖像壓縮編碼的分類按壓縮技術(shù)所依據(jù)和使用的數(shù)據(jù)理論和計(jì)算方法進(jìn)行分類： 統(tǒng)計(jì)編碼（Statistical Coding） 預(yù)測編碼（Predict Coding） 變換編碼（Transform coding） 8.1.3 圖像壓縮編碼的分類冗余度壓縮（Redundancy Reduction）完全除去或盡量除去原數(shù)據(jù)中重復(fù)和冗余的部分，保 證不丟失有用信息， 從而保證被壓縮了的數(shù)據(jù)還原后與壓縮前的原數(shù)據(jù)完全一致，可逆壓縮又稱無失真編碼,用于文本、程序等。2按壓縮過程的可逆性進(jìn)行分類熵壓縮（Entropy Compression）不可逆，在其壓縮過程中，會(huì)

16、失掉一部分信息，又叫有損壓縮8.1.3 圖像壓縮編碼的分類3按壓縮方法進(jìn)行分類 靜圖：靜止圖像（要求質(zhì)量高） 動(dòng)圖：活動(dòng)的序列圖像（相對(duì)質(zhì)量要求低，壓縮 倍數(shù)要高）8.1.3 圖像壓縮編碼的分類4按失真與否進(jìn)行分類 無失真壓縮：經(jīng)壓縮后再恢復(fù)圖像與原圖像無任何區(qū)別， 一般壓縮倍數(shù) H。 R H引起失真，丟失信息。 目的：減少R,使 1，r08.1.4 壓縮編碼系統(tǒng)評(píng)價(jià)例 碼字 信息 Pk 0 0 u1 0.25 1 0 u2 0.25 1 1 u3 0.20 0 0 0 u4 0.150 0 1 0 u5 0.10 0 0 1 1 u6 0.058.1.4 壓縮編碼系統(tǒng)評(píng)價(jià) 621222222

17、61log0.25log 0.250.25log 0.250.2log 0.20.15log 0.150.10log 0.10.05log 0.052.4220.2520.2520.23 0.1540.140.052.4598.8%11.2%kkRKKRH xpPR XPH XR Xr 8.1.4 壓縮編碼系統(tǒng)評(píng)價(jià)（2）基于保真度準(zhǔn)則的評(píng)價(jià) 1）客觀保真度準(zhǔn)則： a）輸入圖和輸出圖之間的均方根（rms）誤差1/2211001( , )( , )MNrmsxyef x yf x yMN b）輸入圖和輸出圖的均方根信噪比1111220000( , ) / ( , )( , )MNMNmsxyxyS

18、NRf x yf x yf x yPSNR峰值信噪比8.1.4 壓縮編碼系統(tǒng)評(píng)價(jià)一般2，或PSNR40dB 人眼看不出來PSNR 30 dB 的圖像不能用PSNR 在35dB 左右可接受到目前為止，國際上沒有一個(gè)通用的評(píng)價(jià)圖像壓縮的客觀標(biāo)準(zhǔn)8.1.4 壓縮編碼系統(tǒng)評(píng)價(jià)2) 主觀保真度準(zhǔn)則： a）損傷程度：不能察覺、剛察覺、不討厭、有點(diǎn)討厭、 很討厭，不能用 b）質(zhì)量：優(yōu)、良、中、次、劣 c）比較：2，好的多；1，好；0，同；1，壞； 2 壞的多主觀（人判別）專家投票的方法，實(shí)用方法。 人的視覺的主觀亮度是光強(qiáng)的對(duì)數(shù)函數(shù)。 人眼對(duì)黑暗區(qū)誤差比明亮區(qū)更敏感。 人眼對(duì)灰度突變邊緣比較敏感。8.1.4

19、 壓縮編碼系統(tǒng)評(píng)價(jià)8.2.1 預(yù)測編碼的基本原理8.2.2 DPCM編碼8.2.3 M編碼8.2 預(yù)測編碼8.2 預(yù)測編碼8.2.1 預(yù)測編碼的基本原理 鄰近的M個(gè)值預(yù)測當(dāng)前值，當(dāng)前值與預(yù)測值之差量化編 碼，（一維、二維、三維預(yù)測）8.2.2 DPCM編碼1. DPCM系統(tǒng)的基本原理（差分脈沖編碼調(diào)制）量化器編碼器預(yù)測器十解碼器預(yù)測器十 DPCM原理框圖傳輸信道 2預(yù)測編碼的類型 鄰近的M個(gè)值預(yù)測當(dāng)前值，當(dāng)前值與預(yù)測值之差量化編碼，（一維、二維、三維預(yù)測）8.2.2 DPCM編碼3最佳線性預(yù)測 采用均方誤差（MSE）為極小值的準(zhǔn)則來獲得DPCM，稱為最佳線性預(yù)測，亦即此時(shí)預(yù)測誤差最小。對(duì)于圖像

20、來說，最佳線性預(yù)測的關(guān)鍵就是求出各個(gè)預(yù)測系數(shù)，使得預(yù)測誤差最小，從而使得接收?qǐng)D像和原圖像差別最小。 8.2.2 DPCM編碼 4自適應(yīng)預(yù)測編碼 （1）自適應(yīng)預(yù)測 一個(gè)三階預(yù)測器的預(yù)測值計(jì)算公式為: 現(xiàn)增加一個(gè)可變參數(shù)“k”，得123( , )(1, )(1,1)( ,1)f m na f mna f mna f m n123( , )(1, )(1,1)( ,1)f m nka f mna f mna f m n式中k是一個(gè)自適應(yīng)參數(shù)，k的取值根據(jù)量化誤差的大小自適應(yīng)調(diào)整8.2.2 DPCM編碼（2）自適應(yīng)量化根據(jù)信號(hào)局部區(qū)域的特點(diǎn)，自適應(yīng)地修改和調(diào)整量化器參數(shù)，包括量化器輸出的動(dòng)態(tài)范圍，量化

21、器判決電平（量化步長）等。實(shí)際上是在量化器分層確定后，當(dāng)預(yù)測誤差值小時(shí)，將量化器的輸出動(dòng)態(tài)范圍減小，量化步長減??；當(dāng)預(yù)測誤差大時(shí)，將量化器的輸出范圍擴(kuò)大，量化器步長擴(kuò)大8.2.2 DPCM編碼8.2.2 M編碼1M編碼的基本原理放大限幅 定時(shí)判決 本地譯碼 a) 編碼器原理框圖( )x t( )x t( )e t( )s n 譯碼 低通濾波( )s n( )x tb) 譯碼器原理框圖8.2.2 M編碼2.M編碼的基本問題（1）斜率過載誤差 若遇到輸入信號(hào)急劇變化時(shí)， 很難跟蹤上 的變化，這時(shí)就會(huì)產(chǎn)生較大的誤差，這種現(xiàn)象稱為斜率過載。斜率過載現(xiàn)象將使圖像中原陡峭輪廓變?yōu)榫徸兊妮喞?，從而引起圖像邊

22、緣的模糊。 解決斜率過載的有效辦法是自適應(yīng)增量編碼法 ( )x t( )x t8.2.2 M編碼（2）顆粒誤差 顆粒誤差是信號(hào)平坦區(qū)來回量化產(chǎn)生的, 表現(xiàn)在圖像上為胡椒狀顆粒噪聲 為了減小顆粒誤差，可采取小量化臺(tái)階；但小量化臺(tái)階就不能精確地跟上快速上升信號(hào)的變化，出現(xiàn)斜率過載誤差現(xiàn)象。利用自適應(yīng)技術(shù)，不再采用固定量化臺(tái)階，根據(jù)輸入信號(hào)情況的不同，自適應(yīng)的調(diào)整量化臺(tái)階-自適應(yīng)增量編碼系統(tǒng)（ADM） 8.2.2 M編碼8.3.1 游程長度編碼8.3.2 霍夫曼編碼8.3.3 算術(shù)編碼8.3 統(tǒng)計(jì)編碼8.3 統(tǒng)計(jì)編碼 統(tǒng)計(jì)編碼是指建立在圖像統(tǒng)計(jì)特性基礎(chǔ)之上的一類壓縮編碼方法，根據(jù)信源的概率分布特性，

23、分配不同長度的碼字，降低平均碼字長度，以提高傳輸速度，節(jié)省存儲(chǔ)空間。8.3.1 游程長度編碼T舉例說明：aaaa bbb cc d eeeee fffffff (共228=176 bit) 4a3b2c1d5e7f (共128=96 bit)8.3.2 霍夫曼編碼T基本原理 將在圖像中出現(xiàn)次數(shù)多的像素值給一個(gè)短的編碼，將出現(xiàn)次數(shù)少的像數(shù)值給一個(gè)長的編碼。T舉例說明： aaaa bbb cc d eeeee fffffff （共228=176 bit) 4 3 2 1 5 7 f=0 e=10 a=110 b=1111 c=11100 d=11101 110,110,110,110,1111,1

24、111,1111,11100,11100,11101, 10,10,10,10,10,00,00,00,00,00,00,00 (共 72+52+43+34+25+15=63 bit) 步驟: 1） Pk由大到小排列 2）最小兩個(gè)概率相加，形成一個(gè)新的概率集合，再 按1）重排，直至只有兩個(gè)概率 3）分配碼字8.3.2 霍夫曼編碼灰度級(jí)灰度級(jí) pk step1 step2 step3 step4 step5 step6 W1 0.40 0.40 0.40 0.40 0.40 0.40 0.6 1 1 1 1 1 1 0 W2 0.18 0.18 0.18 0.19 0.23 0.37 0.4 0

25、01 001 001 000 01 00 1 W3 0.10 0.10 0.13 0.18 0.19 0.23 011 011 010 001 000 01 W4 0.10 0.10 0.10 0.13 0.18 0000 0000 011 010 001 W5 0.07 0.09 0.10 0.10 0100 0001 0000 011 W6 0.06 0.07 0.09 0101 0100 0001 W7 0.05 0.06 00010 0101 W8 0.04 00011Huffman 編碼過程示意圖8.3.2 霍夫曼編碼8182222122220.4*1 0.18*3 0.1*3 0.

26、1*40.07*4 0.06*4 0.05*5 0.04*52.61log(0.4log 0.4 0.18log 0.18 2*0.1log 0.10.07log 0.07 0.06log 0.06 0.05log 0.05 0.04log 0.04)2.55iiiiiiRBPHPP2.5597.8%2.61HR 8.3.2 霍夫曼編碼8.3.3 算術(shù)編碼abcd0.01.0abcd0.20.0a bcd0.04040.08abcd0.0720.056abcd0.06880.06240.06752a bccd輸入字符8.4.1 變換編碼的基本原理8.4.2 變換編碼特性評(píng)價(jià)8.4.3 變換編碼

27、中主要解決的問題8.4.4 變換編碼的特點(diǎn)及應(yīng)用8.4 變換編碼8.4 變換編碼 8.4.1 變換編碼基本原理原始數(shù)據(jù)恢復(fù)數(shù)據(jù)變換變換編碼傳輸譯碼器反變換8.4.2 變換編碼特性評(píng)價(jià)1殘余相關(guān)準(zhǔn)則 變換域內(nèi)變換系數(shù)具有的相關(guān)性稱為殘余相關(guān)性，它代表經(jīng)過正交變換后圖像相關(guān)性被削弱的程度2均方誤差準(zhǔn)則 均方誤差準(zhǔn)則是一種將解碼后的重建圖像與未經(jīng)壓縮的原始圖像之間的均方誤差作為衡量各種正交變換效果的準(zhǔn)則 3主觀評(píng)價(jià)準(zhǔn)則 主觀評(píng)價(jià)就是以人眼能感覺出來的圖像質(zhì)量的好壞和可接受性作為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的評(píng)價(jià)。8.4.3 變換編碼中主要解決的問題T 圖像變換編碼中主要解決的問題如下1選擇變換方法2確定子塊圖像的大小3

28、變換系數(shù)的編碼 8.4.4 變換編碼的特點(diǎn)及應(yīng)用T 思想 正變換得到的系數(shù)矩陣中，數(shù)值較大的方差總是集中在少數(shù)系數(shù)中。通常，大幅度系數(shù)集中在低頻率區(qū)，而且圖像相關(guān)性明顯下降，對(duì)較少的系統(tǒng)可分配少的比特?cái)?shù)或不傳送。故正交變換本身只是把分布在變換域中的信息變得集中起來，為合理少分配給某些數(shù)據(jù)比特?cái)?shù)提供了可能 T 塊狀效應(yīng) 塊狀效應(yīng)是指當(dāng)壓縮比提高到一定程度后，在相鄰圖像塊的邊界處，會(huì)出現(xiàn)可見的不連續(xù)性，這會(huì)使觀察者有非常不舒服的感覺 塊分割正交變換量化編碼解碼反變換輸入88，1616樣本變換確定區(qū)域取樣與閾值取樣決定變換系數(shù)的取舍8.4.4 變換編碼的特點(diǎn)及應(yīng)用8.5.1 位平面分解8.5.2 位

29、平面編碼8.5 位平面編碼8.5 位平面編碼8.5.1 位平面分解 位平面分解就是指將一幅具有m bit灰度級(jí)的圖象分解 成m幅1bit的二值圖象。 可以采用如下多項(xiàng)式：121012102222mmmmaaaa來表示具有mbit灰度級(jí)的圖像中像素的灰度值。根據(jù)上述多項(xiàng)式把1幅灰度圖分解成一系列二值圖集合的1種簡單方法就是把上述多項(xiàng)式的m個(gè)系數(shù)分別分到m個(gè)1 bit的位平面中 固有缺點(diǎn)：是像素點(diǎn)灰度值的微小變化有可能對(duì)位平面的復(fù)雜度產(chǎn)生明顯的影響.為減少這種灰度值微小變化的影響，可用1個(gè)mbit的灰度碼來表示圖像。灰度碼可由下式計(jì)算：1021iiiiaaimgaim 8.5.1 位平面分解8.5

30、.2 位平面編碼 位平面分解之后，每個(gè)位平面都是二值圖像，編碼方法有1-D游程編碼，2-D游程編碼，常數(shù)塊編碼和邊界跟蹤編碼等方法 二值圖像位平面圖 灰度變碼位平面圖 8.6.1 JPEG基本系統(tǒng)8.6.2 應(yīng)用舉例8.6.3 編碼比特率的控制8.6 靜止圖像壓縮編碼實(shí)例8.6 靜止圖像壓縮編碼實(shí)例8.6.1 JPEG基本系統(tǒng) JPEG標(biāo)準(zhǔn)主要采用了基于塊的DCT變換編碼，綜合利用了以上談到的游程編碼、霍夫曼編碼等方法, JPEG有損壓縮算法編碼的流程如圖所示原始圖像數(shù)據(jù)FDCT系數(shù)編碼量化量化表碼表圖像分割壓縮的圖像數(shù)據(jù)系數(shù)編碼逆量化IDCT量化表碼表圖像拼接解壓的圖像數(shù)據(jù)JPEG基本系統(tǒng)框

31、圖8.6.1 JPEG基本系統(tǒng) 不同的應(yīng)用目的，需要不同的編碼質(zhì)量或編碼比特率，另外，JPEG編碼的輸出比特率將隨圖像局部的特性而變化，而大多數(shù)的傳輸信道是固定比特率的。為此，要求能夠控制JPEG的編碼質(zhì)量或編碼比特率，以滿足用戶或信道的需要。8.6.3 編碼比特率的控制8.7.1 靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)8.7.2 視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)8.7 圖像壓縮的國際標(biāo)準(zhǔn)簡介8.7 圖像壓縮的國際標(biāo)準(zhǔn)簡介T用于壓縮靜止（灰度、彩色）圖像T用于壓縮序列（灰度、彩色）圖像1JPEG 1991年提出，可適用于所有連續(xù)色調(diào)的靜止圖像壓縮和存儲(chǔ) JPEG定義了三種編碼系統(tǒng)： 1）基于DCT的有損編碼基本系統(tǒng)，可用于絕對(duì)多數(shù)

32、壓 縮應(yīng)用場合 2）用于高壓縮比，高精確度或漸進(jìn)重建應(yīng)用的擴(kuò)展編 碼系統(tǒng) 3）用于無失真應(yīng)用場合的無損系統(tǒng)8.7.1 靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)Huffman輸入DCT量化熵編碼傳送熵解碼逆量化IDCT量化表編碼表分塊8.7.1 靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)JPEG編碼的總體框架8.7.1 靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)2JPEG2000 基于小波變換的壓縮技術(shù)。JPEG2000增加了新功能， 目標(biāo)：是進(jìn)一步改進(jìn)目前壓縮算法的性能，以適應(yīng)低帶寬、高噪聲的環(huán)境，以及醫(yī)療圖像、電子圖書館、傳真、Internet網(wǎng)上服務(wù)和提供知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)等方面的應(yīng)用。 運(yùn)用新標(biāo)準(zhǔn)不僅能提高對(duì)圖像的壓縮質(zhì)量，尤其是低碼率時(shí)的壓縮質(zhì)量，而且還將得到許多增

33、加了的功能，包括根據(jù)圖像質(zhì)量，視覺感受和分辨率進(jìn)行漸進(jìn)傳輸，對(duì)碼流的隨機(jī)存取和處理，開放結(jié)構(gòu)，向下兼容等。8.7.1 靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)1H.261 (H.263) 為電視會(huì)議等應(yīng)用而定。也稱p64標(biāo)準(zhǔn)（p1，2，3）,碼流64，128，1920kbit/s,它允許通過T1線路（帶寬1.544Mbit/s）以小于150ms的延遲傳輸運(yùn)動(dòng)視頻。它將基于DCT的壓縮方法進(jìn)行了擴(kuò)展，并將幀間冗余的方法包含進(jìn)來8.7.2 視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)T步驟： 1)對(duì)序列中的某參考幀用類似于JPEG的DCT壓縮，以減少幀內(nèi)冗余度 2)估計(jì)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)（通過計(jì)算當(dāng)前幀與下一幀間的相關(guān)）,以確定如何壓縮下一幀以減少幀間冗度。8.7.2 視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)2MPEG-1（1992年） 是一種視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)，主要用于數(shù)字媒體上壓縮圖像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和提取，此標(biāo)準(zhǔn)無具體的編碼程序，而只是確定了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的編碼碼流和對(duì)應(yīng)的解碼器，允許比T1更高的碼率和質(zhì)量8.7.2 視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)3MPEG-2 MPEG-2是繼MPEG-1之后推出的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)，是面向高質(zhì)量數(shù)字電視的壓縮標(biāo)準(zhǔn)。MPEG-2可以說是MPEG-1的擴(kuò)充，因?yàn)樗鼈兊幕揪幋a算法都相同。但MPEG-2增加了許多MPEG-1沒有的功能，例如：運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償既可以基于幀也可以基于場；運(yùn)動(dòng)向量的精確度提高到半個(gè)像素；離散余弦變換中可選擇精度；超前預(yù)測模式；質(zhì)量伸縮性（在同