数字图像处理与分析基础 第七章图像编码1

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1、数字图像处理与分析基础第七章图像编码技术黄爱民安向京骆力中国水利水电出版社新世纪电子信息与自动化系列课程改革教材ISBN7-5084-2930-3第七章图像编码ImageCoding压缩目的基本原理基本方法图像编码标准数字图像处理与分析基础7.1编码的目的减少数据量：存储量、传输时间例1:一般彩色电视信号,YIQ色空间中各分量的带宽分别为4.2MHz、1.5MHz、0.5MHz，采样原理，采样频率>=2倍原始信号频率，量化为8bit，1秒钟的数据量为(4.2+1.5+0.5)*2*8=99.2MBits，约为100Mbi

2、ts/S，1GB的CD-ROM存1分钟的原始电视节目。HDTV数据量约为1.2GBits/S，1GB存6秒钟HDTV。彩色静止图像：3*1024*1024*8=3MB，数字图像处理与分析基础图像通信的一般过程图像采集信源编码信道编码信道解码信源解码图像显示或存储图像通信数字图像处理与分析基础基本概念信源需要传输或存储的原始信息称为“信源”。包括语音、图像、视频等信息源。“信源编码”的主要任务是利用一定的编码方法降低数码率，即比特率。信道信息传输的通路；信息在传输中要增加可靠性、抗干扰能力，就要进行“信道编码”，此时要进行

3、奇偶校验等检测，需要增加比特数。抗干扰能力越强，增加的比特数就越多。数字图像处理与分析基础图像编码压缩要研究的主要内容信源压缩方法与信源模型有关语音，线性模型比特率采样速率（每秒样本数）乘以样本精度（比特/样本）逼真度准则或失真度准则平方误差准则基于主观感受的逼真度准则数字图像处理与分析基础4、编码准则输入图像f(x,y),输出g(x,y),x,y=0,1,2,…,N-1,（1）均方误差：（2）均方根信噪比：（3）压缩比=原图像编码每个象素平均所需bit数/压缩后象素平均所需bit数保真度准则：主观保真度准则、客观保真度

4、准则。客观保真度准则：图像均方误差、均方根信噪比。数字图像处理与分析基础主观保真度准则评分评价说明1优秀图像质量非常好2良好图像质量高，观看舒服，有干扰但不影响观看3可用图像质量可接受，有干扰但不太影响观看4刚可看图像质量差，干扰有些影响观看，希望改进5差图像质量很差，干扰严重妨碍观看6不能用图像质量极差，不能使用数字图像处理与分析基础7.2图像压缩的基本原理1、压缩的根据：图像数据量>>信息量I=D-du,I（信息量），D（数据量），du（冗余量）保留意义完全的信息，支持查询与检索。冗余(redundancy)信息和不

5、相干(irrelevancy)的信息。数字图像处理与分析基础压缩率用n1表示一幅图像原来的数据量，n2表示压缩后的数据量，压缩率Cr定义为：Cr=n1/n2（7-2）冗余量Rd可表示为：Rd=1-1/Cr（7-2）数字图像处理与分析基础7.2.2数据冗余的类型编码冗余像素间冗余心理视觉冗余数字图像处理与分析基础1、编码冗余（信息熵冗余）“码本”是表示一组信息或一组事件的一系列符号（如字母、数字等）。其中对每个信息或事件所赋予的符号成为“码字”，每个码字含有的基本符号的个数称为“码长”。设l(rk)为码字rk的码长，在二进

6、制表示时称为“比特数（bits）”，Pr(rk)为码字的出现概率。若编码系统共有L种不同的码字，则系统可获得的平均比特数为：数字图像处理与分析基础自然码，如表示256个不同的灰度级，就用8bits的等长的二进制数据来编码每一个灰度级，这样系统的平均码长就是8bits。定理：当l(rk)根据pr(rk)降序设计成变长编码的形式时，平均码长最小。数字图像处理与分析基础等长编码与非等长编码比较rkpr(rk)编码1L1(rk)编码2L2(rk)编码3L3(rk)r0=00.0200030021111016r1=1/70.250

7、013012002r2=2/70.06010310211104r3=3/70.1601131100411004r4=4/70.0810031101411014r5=5/70.21101311104012r6=6/70.03110311110061111006r7=10.1911131111016102平均码长33.782.8数字图像处理与分析基础2、像素间冗余（1）空间冗余：规则物体和规则背景的表面物理特性具有相关性。空间冗余时间冗余（2）时间冗余：序列图像像素的灰度级和颜色之间具有相关性，随机场模型数字图像处理与分析基

8、础（3）结构冗余：纹理结构（4）知识冗余：人脸的固定结构。空间冗余、时间冗余又称统计冗余，将图像信号作为概率信号时的统计特性。数字图像处理与分析基础3、心理视觉冗余视觉系统非线性、非均匀分辨率约26，图像量化28动态图像的视觉延迟现象数字图像处理与分析基础7.2.3编码方法的分类由压缩数据恢复的图像与原始图像的差别“