第八章图象压缩

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1、第八章图象数据压缩8.1概述1、图象数据压缩是为了检索、存储、传输的需要图象经常用到搜索（查找分区、判别边界都要搜索）如何搜索算法。为了提高搜索速度涉及两个问题：存贮分式及存贮结构（图象的数据结构）。存贮方式有两大类：一类为文件管理系统下数据结构，即作为标准的数据文件；另一类为在系统的外部卷，即作为系统驱动程序下直接读写，其卷结构由设计者自己规定，这种结构的优点：1、空间节省（可更充分利用存贮介质）；2、读写速度快。2．图象一大特点是数据量大，给存贮、传输带来困难，需压缩例：电话线传输速率一般为56Kbits/s（波特率）一幅彩色图像512×512×24bit=6Mbits大小。传一幅图

2、象需2分钟左右。实时传送更难：512×512×24bits×25帧/秒=150Mbits/S如压缩20倍，传一幅图6秒左右，可以接受，实用。实时，要专用信道（卫星、微波网、专线网等技术）；另外，大量资料需存贮遥感、故宫、医学CT、MR，需要压缩。图像数据可压缩性分析：从统计观点出发，简单直观地讲，就是某一象素的灰度值，总是和周围其他象素灰度值有某种关系，应用某种编码方法提取并减少这些相关特性，便可实现图象信息的数据压缩。图象数据压缩的目的可以是节省图象存贮器容量，也可以是减少传输信道容量，还可以是为了缩短图象加工处理的时间。编码例子：8个灰级，总计64*64=4096像素的图像DAnkP

3、r(rk)编码1长度编码2长度07900.1900031121/710230.2500130122/78500.2101031023/76560.16011300134/73290.081003000145/72450.0610130000156/71220.03110300000167/7810.0211130000006编码1平均码长：3bits;编码2平均码长：2.7bits（1）压缩方法：按时间分：静图：静止图象（要求质量高）动图：活动的序列图象（相对质量要求低，压缩倍数要高）压缩比＝未压缩的图象的存贮字节数／压缩后图象存贮字节数按失真与否分：无失真压缩：经压缩后再恢复图象与原图

4、象无任何区别，一般压缩倍数<2有限失真压缩：单帧（静）4～20倍。图象序列（x、y、t）50～200倍（2）压缩失真度衡量标准：a．客观：输出与输入之差：e(x,y)=g(x,y)－f(x,y)整图差：均方差：量纲：灰度级。也可将输出与输入之差看作噪声，此时：输出图象均方信噪比定义为：g2(x,y)/e2(x,y)常用：峰值信噪比一般σ<2，或PSNR≥40dB人眼看不出来<30dB的图象不能用～35dB可接受[到目前为上，很难找出一个通用的评价图象压缩的客观标准，仍然是很好的研究课题]b．主观（人判别）－－专家投票的方法，实用。人的视觉的主观亮度是光强的对数函数。人眼对黑暗区误差比

5、明亮区更敏感。人眼对灰度突变边缘比较敏感。（3）图象压缩的技术指标：a．保真度－－与用途有关，例如侦察与体育比赛关心内容不同b．压缩比：原图象数据量／压缩后数据量或0.3bit/pixelc．误码扩散程度d．实时性－－与压缩算法、系统速度有关e．保密性－－传输中防止被盗，SPOT是数据需解码（高明压缩方法，压缩后仍是一幅图）数字水印技术（信息安全）－－watermarking8.2四叉树（金字塔pyramid或Quadtree）适用于N=2n图象四叉树：0层1层2层……n层象素数：4041424n四叉树全部保留，总数据量为：全分辨率图：4n点数，数据量增加1/3，对搜索有好处，找到有关

6、兴趣区域后再提取感应趣的下一层图象。8.3信息有关的基本概念1．信息的度量：7月份天气报：“明天下雨”，信息量小10月份天气报：“明天下雪”－－小概率事件发生，信息量大即：概率低－－信息量大概率高－－信息量小怎么定量？戈壁滩一年下雨概率1/128，睛概率127/128。对天气预报的信息量多少？引入-log2p代表信息量如：-log21/128=7有雨-log2127/128≈0晴信息具有可加性：一个9×9方阵，一个士兵在某一位置的概率1/81，信息=-log21/81=6.34在特定行上的概率1/9：信息=-log21/9=3.17在特定列上的概率1/9：信息=-log21/9=3.17

7、行、列信息量和：3.17+3.17=6.34引入一个信息度量I(P)特点：0p<1信息量I(P)连续变化P=0，I(P)=P=1，I(P)=0P1>P2，I(P2)>I(P1)I(p•q)=I(p)+I(q)I(P)=-logbp—一般b=22．信息熵（Entropy）预期能得到的平均信息量，I(Pi)的数学期望值。对于M个灰阶：Pii=1,2,….,M例1，当Pi=1/4,i=1,2,3,4H=2当P1=1/2,P2