模糊圖像變換編碼

1、 第十章 模糊圖像變換編碼指導教師：高新波指導教師：高新波學學 生：生： 王來雄王來雄 2 0 0 3 年年 1 2 月月 第十章 模糊圖像變換編碼n1 圖像編碼的目的n2 圖像壓縮編碼的方法n3 模糊圖像變換編碼1圖 像 編 碼 的 目 的n圖像編碼是為了壓縮數(shù)據(jù)量巨大的圖像信息，以利于圖像的傳輸，存儲， 處理和交換。n而圖像內數(shù)據(jù)之間存在大量冗余, 使得圖像壓縮編碼成為可能。 2 圖 像 壓 縮 編 碼 的 方 法2 圖 像 壓 縮 編 碼 的 方 法 （1）預測編碼是利用相鄰像素的相關性進行預測.預測編碼通常不是直接對信號編碼,而是對預測誤差編碼.當預測比較準確,誤差較小時, 可達到編碼

2、壓縮的目的.這種編碼被稱為差分脈沖編碼(DPCM).2 圖 像 壓 縮 編 碼 的 方 法 （2）正交變換編碼由三部分組成,即圖像輸入與變換, 編碼,逆變換. 在變換階段,系統(tǒng)將原圖分成若干子塊, 對每個子塊進行某種正交變換. 通過變換, 降低或消除相鄰象素之間或相鄰掃描行之間的相關性, 提供了用于編碼壓縮的變換系數(shù)矩陣. 編碼過程實現(xiàn)圖像信息的壓縮. 統(tǒng)計表明, 在變換域中, 圖像信號的絕大部分集中在低頻部分, 編碼中如果略去那些能量很小的高頻成分, 或者給那些高頻成分分配較少的比特數(shù), 就可以大幅減少圖像傳輸或存儲的數(shù)據(jù)量. 常見的正交變換有K-L變換, DFT變換,Walsh-Hadam

3、ard變換及DCT等.2 圖 像 壓 縮 編 碼 的 方 法 （3) 統(tǒng)計編碼是根據(jù)信源的概率分布特性, 分配可變長的碼字(其具有唯一可譯性)進行編碼.常見的統(tǒng)計編碼有Huffman編碼, 算術編碼等. JPEG先經DCT， 然后作Huffman編碼。(4) 矢量量化編碼是將K個(K=2)樣值形成一個K維空間中的一個矢量, 然后對此矢量進行一次量化, 只傳輸或存儲矢量的地址. 因此能大大地提高壓縮比. 矢量量化總是優(yōu)于標量量化, 這是因為矢量量化有效地利用了矢量中各分量間地四種相關性(線性依賴性, 非線性依賴性, 概率密度函數(shù)的形狀和矢量維數(shù))來去除多余度. 矢量量化是標量量化的多維擴展.2

4、圖 像 壓 縮 編 碼 的 方 法(5) 小波變換編碼的本質是多分辨率或多尺度地分析信號,適合人眼視覺分辨率的不均勻性.小波變換的優(yōu)點是分辨率高, 無方塊效應. JPEG2000采用了LeGall5/3 和Daubechies9/7小波。由Shapiro提出的EZW(embedded zero-tree wavelet)算法, 不僅具有較高的編碼效率, 而且在不損失編碼效率的前提下能夠產生嵌入式碼流, 支持多碼率解碼. 彭進業(yè)提出了一種改進型的自適應嵌入式零樹小波圖像編碼方法, 利用自適應的小波系數(shù), 增加了編碼過程中的零樹個數(shù), 提高了編碼效率.2 圖 像 壓 縮 編 碼 的 方 法 (6)

5、 分形編碼利用了自然物體(比如云, 森林遠景等)結構上的自相似性,而這種自相似性是圖像整體與局部相關性的表現(xiàn).首先對圖像進行分塊, 然后再尋找各塊之間的相關性, 相關性的描述主要是依靠仿射變換來確定,一旦找到了每塊的仿射變換, 就保存下此放仿射變換的系數(shù), 由于仿射變換的系數(shù)量遠小于每塊的數(shù)據(jù)量, 因而圖像得以大幅度的壓縮. 但分形編碼一般只適用于自然物體.羅強提出一種基于分形幾何形狀比例可變的分形圖像編碼方法, 以分形幾何比例分別為2:1和3:2的最佳父塊逼近子塊程度的實驗為例, 得出父塊越大, 父塊逼近子塊程度越差的結論. 表明, 分形幾何比例可變的混合分形編碼方法與其它單一幾何比例分形編

6、碼方法相比, 圖像的壓縮率和峰值信噪比均有提高, 編碼時間也有所減少.2 圖 像 壓 縮 編 碼 的 方 法 (7) 模型基編碼的基本思想: 構造一個用二維圖像編碼序列表達三維被視景物的模型, 用該模型去分析/合成圖像. 這種編碼是建立在對圖像信息的理解之上的, 其編碼過程是對圖像的分析過程,而其解碼過程是對圖像信息的合成過程.3 模糊圖像變換編碼模糊圖像變換編碼X x1 DCTSubimageClassifictionCodingchannelDecoding1DCT自適應DCT編碼框圖 3 模糊圖像變換編碼模糊圖像變換編碼(1)將Lena圖像劃分為16x16的子圖像,并分別對各子圖像進行離

7、散余弦變換(DCT): NnnNumnmxNvcucvuXNmNn2) 12(cos2) 12(cos),()()(4),(10102其中c(0)=1/2,c(k)=1 for k=1,2.N-1 3 模糊圖像變換編碼模糊圖像變換編碼(2)計算各子圖的AC能量T及AC的低頻能量L:)0 , 0(),(1010XvuXTmumv 12/012/0)0 , 0(),(mumvXvuXLDC對應于圖像的主要能量 AC對應于圖像的邊緣和噪聲對于AC能量大的子圖像我們分配較多的比特數(shù)，反之，分配較少的比特數(shù)，從而達到壓縮的目的。 3 模糊圖像變換編碼模糊圖像變換編碼(3)采用微分競爭學習(DCL)的神經

8、網(wǎng)絡,對輸入輸出積空間的向量聚類,從而估計FAM規(guī)則:)()(jjjjmxSySm。)() 1()()()()() 1(tmtmtmtxtyctmtmiijjtjjif the jth neuron winsif the jth neuron loses 3 模糊圖像變換編碼模糊圖像變換編碼其中的向量，即每個訓練樣本，由(T,L,B)組成，這些數(shù)據(jù)來自于陳系統(tǒng).T代表整個AC的能量,分為4個等級：BG，MD， SL和VS L代表AC的低頻能量, 分為2個等級：SM和LG 輸出變量為B， 分為4個等級： BG，MD， SL和VS Figure 10.2 Fuzzy-set values of f

9、uzzy variables T，L，and B. 3 模糊圖像變換編碼模糊圖像變換編碼3 模糊圖像變換編碼模糊圖像變換編碼 訓練時,根據(jù)隸屬度函數(shù)，將T（0T100）分為四個非重疊的區(qū)間0,8.76，8.76,16.19，16.19,27.94，27.94,100。這四個區(qū)間對應于模糊集的值 VS，SL，MD，BG。將L（0L100）分為兩個非重疊的區(qū)間0,9.88， 9.88,100，對應于SM，LG。將B（0B4.5）分為四個非重疊的區(qū)間0,8.76，8.76,16.19，16.19,27.94，27.94,100對應于HI，MH，ML，LO。 積空間聚類,估計FAM規(guī)則nDCL將陳系統(tǒng)

10、產生的256個輸入輸出向量聚類到32個FAM單元中. 當一個向量落入某個FAM單元時, 就將該單元所對應的FAM規(guī)則加到FAM系統(tǒng)中.這樣,就得到了上面規(guī)則的1，2，6，7，8條，根據(jù)經驗補上其中的3，4，5條使規(guī)則完整。 3 模糊圖像變換編碼模糊圖像變換編碼(4)根據(jù)所得到的FAM規(guī)則,進行聯(lián)想。聯(lián)想時可以選擇最小相關法或積相關法。前者相當于輸入對輸出模糊集的剪平； 后者相當于輸入對輸出模糊集的尺度化。然后將多條規(guī)則的聯(lián)想結果進行線性組合，得到B。最后采用最大值法或質心法進行去模糊，得出子圖像所屬的類別。模糊聯(lián)想記憶模糊聯(lián)想記憶FAM Rule mFAM Rule 1FAM 系統(tǒng)),(11B

11、A),(22BAFAM Rule 2),(mmBA1B2BmBB解模糊12mAjy 3 模糊圖像變換編碼模糊圖像變換編碼(5)根據(jù)所得到的子圖像所屬的類別,和陳系統(tǒng)的4類子圖的位映射模板,分別對各子圖進行壓縮編碼.原則是某子圖的AC能量越高，則編碼時分配給此子圖的總比特數(shù)越多；在子圖內部， DCT系數(shù)的頻率越低，分配給此系數(shù)的比特數(shù)越多。3 模糊圖像變換編碼模糊圖像變換編碼n使用如下的信噪比來評估編碼后圖像的質量： dBSNRr)255(log102210其中 表示重建誤差的隨機樣本方差2r),(),(),(nmxnmxnmr1010222),(1NmNnrnmrN3 模糊圖像變換編碼模糊圖像

12、變換編碼n定義平均編碼的bits/pixel R: pixelbitsNBRc/2cB 表示用于圖像編碼的總比特數(shù)，N表示圖像的大小。 3 模糊圖像變換編碼模糊圖像變換編碼文中比較了陳系統(tǒng)和FAM系統(tǒng)的性能，F(xiàn)AM系統(tǒng)擁有較好的信噪比和壓縮比。 文中使用Lena 圖像的訓練數(shù)據(jù)進行估計的FAM系統(tǒng)，對F-16戰(zhàn)斗機圖像進行編碼，結果表明其壓縮達到 0.5 bits / pixel時，性能依然很好， 3 模糊圖像變換編碼模糊圖像變換編碼 FAM和陳系統(tǒng)的性能對比： SNRSNR(db)(db) R RComp.Comp.ratioratioSNRSNR(db)(db)R RComp.Comp.ratioratioLennaLennaFAMFAMChenChen28.2428.2428.1028.100.9630.9630.9760.9768.3:18.3:18.2:18.2:125.7225.7225.6825.680.5040.5040.5280.52815.9:115.9:115.1:115.1:1F-16F-16FAMFAMChenChen26.