數(shù)字圖像處理-預(yù)測(cè)編碼、霍夫曼編碼【】

預(yù)測(cè)編碼、霍夫曼編碼2021級(jí)研討交流1精選課件圖像壓縮——預(yù)測(cè)編碼DPCM編碼預(yù)測(cè)編碼的根本原理2精選課件預(yù)測(cè)編碼〔PredictiveCoding)，就是根據(jù)“過去〞的時(shí)刻的像素值，運(yùn)用一種模型，預(yù)測(cè)當(dāng)前的像素值，預(yù)測(cè)編碼通常不直接對(duì)信號(hào)編碼，而是對(duì)預(yù)測(cè)誤差進(jìn)行編碼。當(dāng)預(yù)測(cè)比較準(zhǔn)確，誤差較小時(shí)，即可到達(dá)編碼壓縮的目的。原理：對(duì)圖象的一個(gè)像素的離散幅度的真實(shí)值，利用其相鄰象素的相關(guān)性，預(yù)測(cè)它的下一個(gè)象素的可能值，再求兩者差，對(duì)這種具有預(yù)測(cè)性質(zhì)的差值，量化，編碼，就可以到達(dá)壓縮的目的。預(yù)測(cè)編碼的根本原理3精選課件預(yù)測(cè)編碼示意圖輸入圖象預(yù)測(cè)器

n量化器編碼器‘n解碼器傳輸‘n輸出圖象預(yù)測(cè)器預(yù)測(cè)編碼的根本原理4精選課件預(yù)測(cè)器：是根據(jù)前面幾個(gè)像素的亮度值預(yù)測(cè)而得預(yù)測(cè)誤差量化器：對(duì)

n進(jìn)行舍入，整量化編碼器：可采用成熟的編碼技術(shù)，如Huffman編碼等解碼器：編碼器的逆線性預(yù)測(cè)器：預(yù)測(cè)編碼的根本原理5精選課件例：2 4 6 8 8 4 2 102

4 3 5 7 8 6 32

4 3 3 1 -4 -4 72 4 6 8 8 4 2 10^

f預(yù)測(cè)器?===--=--5.0,),(?1221knnkkknnnafaffFf預(yù)測(cè)編碼的根本原理6精選課件

收端解碼時(shí)的預(yù)測(cè)過程與發(fā)端相同，所用預(yù)測(cè)器也相同，收端輸出的信號(hào)是發(fā)端的近似值，兩者的誤差是注意：1〕多點(diǎn)預(yù)測(cè)x1x2x3x預(yù)測(cè)編碼的根本原理7精選課件3〕預(yù)測(cè)系數(shù)隨著不同的圖象而不同，但對(duì)每幅圖象都計(jì)算預(yù)測(cè)系數(shù)太麻煩，也不現(xiàn)實(shí)，可參考前人得到的數(shù)據(jù)選擇使用。在靜止圖象壓縮的國際標(biāo)準(zhǔn)(JPEG)中，對(duì)這種方法的前置點(diǎn)形式以及預(yù)測(cè)系數(shù)有一推薦值可供參考。2)每行的最開始的幾個(gè)像素?zé)o法預(yù)測(cè)，這些像素需要用其他方式編碼，這是采用預(yù)測(cè)編碼所需要的額外操作預(yù)測(cè)編碼的根本原理8精選課件預(yù)測(cè)編碼法是一種設(shè)備簡(jiǎn)單、質(zhì)量較佳的高效編碼法。預(yù)測(cè)編碼方法主要有二種：增量調(diào)制編碼(Deltamodulation)或DM編碼法；差分脈沖編碼調(diào)制編碼(DifferentialPulseCodeModulation)或DPCM編碼法。預(yù)測(cè)編碼的根本方法9精選課件DPCM編碼(DifferentialPulseCodeModulation)，實(shí)際上是△M和PCM兩種技術(shù)相結(jié)合的編碼方法。DPCM

有損預(yù)測(cè)編碼

10精選課件DPCM編碼的根本原理在卡特勒的專利中提出利用積分器根據(jù)一行上前樣本值預(yù)測(cè)現(xiàn)樣本值，并且把現(xiàn)樣本值與其估計(jì)值的差值進(jìn)行量化和編碼。這就是DPCM的根本設(shè)計(jì)思想。DPCM編碼器原理框圖由取樣器、比較器、量化器、預(yù)測(cè)器、編碼器五個(gè)局部組成。DPCM

有損預(yù)測(cè)編碼

11精選課件DPCM編、譯碼原理框圖量化器編碼器預(yù)測(cè)器解碼器預(yù)測(cè)器DPCM

有損預(yù)測(cè)編碼

12精選課件輸入信號(hào)f(t)經(jīng)采樣后將樣值送入比較器，使得f(t)與預(yù)測(cè)值相減得出誤差信號(hào)，即。然后，將e(t)送入量化器量化。量化后的樣值再送入PCM編碼器中編碼，以便傳輸。另外一路是將e(t)送入相加器，在這里e(t)與相加后再送入預(yù)測(cè)器，以便預(yù)測(cè)下一個(gè)樣值。編碼過程：DPCM

有損預(yù)測(cè)編碼

量化器編碼器預(yù)測(cè)器13精選課件譯碼器的原理框圖如圖(b)所示。譯碼器收到碼字后首先經(jīng)PCM譯碼，得到e(t)后再送入相加器與預(yù)測(cè)值相加得到f(t)。另外，f(t)又送到預(yù)測(cè)器以便預(yù)測(cè)下一個(gè)樣值。譯碼過程：DPCM

有損預(yù)測(cè)編碼

解碼器預(yù)測(cè)器14精選課件

DPCM編碼的量化信噪比在DPCM中，由于系統(tǒng)的量化誤差不再在±△范圍內(nèi)，而是在〔〕范圍內(nèi)，其中。

而DPCM的量化信噪比為DPCM

有損預(yù)測(cè)編碼

15精選課件在所有有損預(yù)測(cè)壓縮中都會(huì)出現(xiàn)誤差。誤差的嚴(yán)重程度取決于使用的量化方法和預(yù)測(cè)方法之間的相互作用盡管存在這種相互作用定義預(yù)測(cè)函數(shù)時(shí)仍然假定沒有量化誤差定義量化函數(shù)時(shí)僅是盡可能地降低它自身的誤差即量化函數(shù)和預(yù)測(cè)函數(shù)是分別定義的DPCM

有損預(yù)測(cè)編碼

16精選課件例：DPCM編碼中不同預(yù)測(cè)器效果比較DPCM

有損預(yù)測(cè)編碼

17精選課件例：DPCM編碼中不同量化器效果比較DPCM

有損預(yù)測(cè)編碼

18精選課件圖像壓縮——霍夫曼編碼1952年，DavidA.Huffman在麻省理工攻讀博士時(shí)發(fā)表了?一種構(gòu)建極小多余編碼的方法?〔AMethodfortheConstructionofMinimum-RedundancyCodes〕一文，提出Huffman編碼算法。是可變長編碼(VLC)的一種?；舴蚵幋a(HuffmanCoding)19精選課件圖像壓縮——霍夫曼編碼根本思想：完全依據(jù)字符出現(xiàn)概率進(jìn)行編碼出現(xiàn)概率高的字符使用較短的編碼出現(xiàn)概率低的字符使用較長的編碼編碼后平均碼字長最短20精選課件圖像壓縮——霍夫曼編碼哈夫曼編碼算法：(1)信源符號(hào)按概率分布大小，以遞減次序排列；(2)取兩個(gè)最小的概率，分別賦以“0〞,“1〞;然后把這兩個(gè)概率值相加，作為新概率值與其他概率重新排序(3)按重排概率值，重復(fù)(2)…，直到概率和到達(dá)1為止；(4)由后向前排列碼序，即得霍夫曼編碼。21精選課件圖像壓縮——霍夫曼編碼哈夫曼編碼具體步驟：(1)統(tǒng)計(jì)像素出現(xiàn)的概率——得到由大到小排列的像素概率表；(2)構(gòu)建霍夫曼樹——a.從2個(gè)概率最小的開始做父節(jié)點(diǎn)，b.循環(huán)操作a,最終做到根節(jié)點(diǎn)1的位置結(jié)束；(3)對(duì)圖像進(jìn)行編碼——從父節(jié)點(diǎn)開始到根節(jié)點(diǎn)結(jié)束，排序后進(jìn)行逆序，