数字图像处理第6章

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1、◆6.1概述◆6.2图像编码的基本理论◆6.3无损压缩编码◆6.4限失真编码◆6.5二值图像编码◆6.6小波变换及在图像压缩编码中的应用◆6.7图像压缩国际标准简介第6章图像压缩编码◘图像压缩的必要性图像作为信息的重要表现形式，其具有数据量大、带宽宽等特点。一方面：需要增加信道，但这很有限，因为信道的增加永远赶不上信息的爆炸式增长，况且还要受到环境的限制。另一方面：必须减少表示图像的数据量，以达到压缩图像数据的目的。6.1概述◘图像压缩的可能性▓空间上的冗余：相邻像素或者序列相邻帧间有较大的相关性；▓人的视觉特性：人眼的分辨率非常有限；▓去

2、除数字图像中的冗余，来减少数据量。◘图像压缩编码的概念▓图像数据的压缩和编码表示。▓图像压缩编码系统：(1)图像编码:对图像信息进行压缩和编码，在存储、处理和传输前进行，也称图像压缩；(2)图像解码：对压缩图像进行解压以重建原图像或其近似图像。6.1概述◘图像压缩方法分类▓按压缩前及解压后的信息保持程度和方法的原理来分类：1．按照压缩前及解压后的信息保持程度分成三类：（1）信息保持（存）型压缩、解压中无信息损失，主要用于图像存档，其特点是信息无失真，但压缩比有限，也称无失真/无损/可逆型编码。（2）信息损失型牺牲部分信息，来获取高压缩比，数

3、字电视、图像传输和多媒体等应用场合常用这类压缩，其特点是通过忽略人的视觉不敏感的次要信息来提高压缩比，也称有损压缩。（3）特征抽取型仅对于实际需要的（提取）特征信息进行编码，而丢掉其它非特征信息，属于信息损失型。这里的第三类是针对特殊的应用场合，因此，一般就将图像压缩编码分成无损和有损两大类。6.1概述6.1概述2．按照图像压缩的方法原理可分成四类：（1）像素编码编码时只对每个像素单独处理。如脉冲编码调制、熵编码、行程编码等。（2）预测编码通过去除相邻像素之间的相关性和冗余性，只对新的信息进行编码。常用的有差分脉冲编码调制。（3）变换编码对

4、给定图像采用某种变换，使得大量的信息能用较少的数据来表示。通常采用的变换包括：离散傅立叶变换(DFT），离散余弦变换(DCT)和离散小波变换(DWT)。（4）其它方法早期的编码，如混合编码、矢量量化、LZW算法。近些年来也出现了很多新的压缩编码方法，如使用人工神经元网络的压缩编码算法、分形、小波、基于对象的压缩编码算法、基于模型的压缩编码算法等。◘数据冗余▓概念代表无用信息或重复表示了其它数据已经表示过的信息的数据称为数据冗余。常用压缩比和冗余度表示。设和代表用来表示相同信息的两个数据的容量,那么压缩比可以定义为是压缩前的数据量，是压缩后的

5、数据量。用表示的相对冗余度（即相对于）可以定义为：6.2图像编码的基本理论其中，的取值范围为(0,∞)，的取值范围为(-∞,1)。当时,,,相对于不包含冗余。②当时,表示几乎100％的压缩和几乎全部的冗余。③当时，表示没有压缩，反而是几乎100％的放大。数据冗余主要有三种：编码冗余、像素间冗余和心理视觉冗余，减少或消除了其中的一种或多种时，就实现了图像的压缩。6.2图像编码的基本理论6.2图像编码的基本理论◘编码冗余对于给定图像其数据量就已确定，即完全确定。因此，图像压缩后的数据量就决定了压缩比。其中表示图像像素个数，是平均码字长。由此引入

6、如下几个概念：(1)码字：信息编码中每个符号的二进制编码值。(2)码字长：码字的长度，即其二进制编码值的位数，也就是比特数。(3)平均码字长:每个像素所需的平均比特数。若设图像的灰度级为k，则k出现的概率为:这里L是灰度级数，是第k个灰度级在图像中出现的次数，n是图像的总像素个数。▓若每个灰度级k的编码长度为l(k)，则平均码字长为：（4）自然编码：每个灰度级（或每个像素）均用m位的二进制码表示，也称等长编码，此时（5）变长（不等长）编码：对于图像中的不同灰度级采用不同长度的码字表示。此时（6）编码冗余：不同的编码方法可能会有不同的，由此引

7、出两种编码冗余。①相对编码冗余：大的编码相对于小的编码就存在相对编码冗余。②绝对编码冗余：使的编码就存在绝对编码冗余。6.2图像编码的基本理论◘像素间的冗余由于像素间存在相关性，那么对于任一给定的像素值，原理上都可以通过它的相邻像素值预测得到。这就带来了像素间的冗余。◘心理视觉冗余人观察图像是基于目标物特征而不是像素，这就使得某些信息显得不重要，可以忽略，则表示这些可忽略信息的数据就称为心理视觉冗余。电视广播中的隔行扫描就是常见的例子。6.2图像编码的基本理论[例6.1]变长编码与自然编码的对比。6.2图像编码的基本理论灰度级k直方图P(k

8、)码字码字长自然编码变长编码自然编码变长编码00.19000003210.25001013220.21010103230.160111103340.0810011103450.0