数字图像处理第5章

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1、第5章图像编码与压缩5.1引言（图像压缩的基本概念）5.2图像保真度准则（图像评价）5.3无损压缩技术5.4无损预测编码5.5有损预测编码5.6图像变换编码基本原理5.7视频图像编码简介2021/8/305.1引言（图像压缩的基本概念）数字图像数据量很大，因此为了快速传输，总是希望进行合理的图像压缩。压缩的理论基础是信息论，是一种通过删除冗余的或者不需要的信息来达到压缩数据量目的的技术。虽然表示图像需要大量数据，但是图像数据是高度相关的，或者说存在冗余信息，去掉这些冗余信息后可以有效压缩图像，同时又不会损害图像的有效信息。数字图像的冗余主要表现为以下几种形式：空间冗余、时间冗

2、余、视觉冗余、信息熵冗余、结构冗余和知识冗余。2021/8/301.空间冗余图像内部相邻像素之间存在较强的相关性所造成的冗余。也称为像素相关冗余。场景中总有一些物体，图像中就有一些目标，同一目标的像素之间一般具有相关性。根据相关性，由某一个像素的性质可以获得其邻域像素的性质，各像素的值可以由其邻近像素的值预测出来，每个独立的像素所携带的信息相对较少。图像中存在与像素间相关性直接联系的数据冗余，即为像素相关冗余，也称为空间冗余或几何冗余。例如:原始图像数据234235236237238237225压缩后图像数据23411111-22021/8/305.1引言（图像压缩的基本概念

3、）2.时间冗余视频图像序列中的不同帧之间的相关性所造成的冗余。3.视觉冗余是指人眼不能感知或不敏感的那部分图像信息。人的眼睛对图像细节和颜色的辨认受到人的视觉特性的限制，人类最多能分辨种颜色，而彩色图像用24表示，即种颜色，这种数据冗余称为视觉冗余。2021/8/305.1引言（图像压缩的基本概念）视觉冗余22422522622422322222422322422422322422422522622422322222422322422422322422422522622422322222422322422422322422422422422422422422422422422

4、42242242242242242242242242242242242242242242242242242242242242242242242242242244.信息熵冗余也称编码冗余，如果图像中平均每个像素使用的比特数大于该图像的信息熵，则图像中存在冗余，称为信息熵冗余。如:一幅图像,用香农公式计算出来的信息熵是1000.35bit,在消除空间冗余,视觉冗余后还有2500bit,那么,该图像还存在信息熵冗余.2021/8/305.1引言（图像压缩的基本概念）5.结构冗余是指图像中存在很强的纹理结构或自相似性。6.知识冗余是指在有些图像中还包含与某些先验知识有关的信息。数字压

5、缩技术利用了数据固有的冗余性和不相干性，将一个大的图像数据文件转换成较小的文件。经过压缩的文件可以在以后需要的时候以某种方式将原文件恢复出来。两个文件的大小之比即为压缩比。压缩比反映了图像文件的压缩程度。N原图像bit数，n压缩后图像bit数，N/n为压缩比。2021/8/305.1引言（图像压缩的基本概念）图像压缩的分类：无损压缩：删除的仅仅是冗余的信息，因此可以在解压缩时精确地恢复图像。有损压缩：删除了不影响视觉的信息，因此只能对原有的图像进行近似地重构，而不能精确的复原。有损压缩的算法可以达到较高的压缩比。对于多数图像来说，为了得到更高的压缩比，保真度的轻微损失是可以接

6、受的。2021/8/305.1引言（图像压缩的基本概念）主观的保真度准则客观的保真度准则2021/8/305.2图像的保真度准则5.2图像保真度准则1.客观保真度准则1)均方根误差常用的准则是输入图像和输出图像的均方根误差。令f(x,y)表示输入图像，表示对输入图像压缩编码和解码后的近似图像，则原图像和解码后的图像之间的误差可以表示为2021/8/305.2图像保真度准则设图像的大小为，则和之间的均方根误差为2021/8/305.2图像保真度准则2.主观保真度准则2021/8/30等级评价1优秀图像清晰质量好2良好图像较清晰，有轻微的马赛克但不影响观看3可用图像有干扰但不影响

7、观看4差大面积马赛克几乎无法观看5很差图像不能使用图像压缩模型图像压缩系统的一般构成信源编码信道编码信道信道解码信源解码信源编码：消除数据冗余，完成原始数据的编码与压缩。信道编码：加入容错、校验位等冗余信息，防止信道传输中的干扰。信道：传送数据的手段。如：Internet、广播、可移动介质等.图像压缩模型信源编码模型信源解码模型映射器量化器符号编码器反向映射器符号解码器图像压缩模型映射器:减少像素冗余.如:使用字典编码,图像变换.量化器:减少视觉心理冗余.仅适用于有损压缩.符号编码器:减少编码冗余.如: