数字图像处理胡学龙等第05章图像编码与压缩

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1、知识要点●信息论中的有关概念：信息量，信息熵，冗余度●统计编码●预测编码●变换编码●混合编码5.1概述数据编码的目的各异信息保密信息的压缩存储与传输等图像数据是一种十分重要且数据量大的信息源，特别是多媒体及网络技术兴起之后，它成为多媒体信息中的重要组成部分。通过数码相机等获得大量照片、图片等静态图像信息并能够永久保存，在图像通信、多媒体网络通信中，压缩编码形成一系列的静态图像和视频图像压缩编码标准。数码相机图像编码与压缩技术成功的范例。本章主要介绍静态图像压缩编码的原理，应用5.1.1数据压缩的基本概念数据压缩以较少的数

2、据量表示信源以原始形式所代表的信息目的在于节省存储空间、传输时间、信号频带或发送能量等。数据压缩系统组成图编码对原始的信源数据进行压缩，便于传输和存储；解码是编码的反过程。信源编码主要解决压缩的有效性，信道编码主要解决编码的可靠性，压缩主要靠前者，后者是压缩过程能够可靠实现的保证。课本主要讨论是信源编码。熵（Entropy）代表信源所含的平均信息量若信源编码的熵大于信源的实际熵，则信源中的数据一定存在冗余度冗余数据的去除不会减少信息量。信息量与数据量的关系可由下式表示IDdu（5.1）在实际应用中，压缩过程赢尽量去除

3、冗余量而不会或较少减少信息量，即压缩后的数据要能够完全或在一定容差内近似恢复。压缩方法分类:无损（无失真）压缩方法：完全恢复被压缩信源信息的方法。有损（有失真）压缩方法：近似恢复被压缩信源信息的方法。采用同一压缩方法对同样的信源进行压缩，压缩成都越高，信息损失越大。只能在压缩程度和保真度之间权衡。采用数字技术之后使信号处理的性能大大提高，但是其数据量的增加也是十分惊人的。图像数据更是多媒体、网络通信等技术重点研究的压缩对象，不压缩的数据是计算机处理速度、通信信道的容量等无法承受的。5.1.2图像编码压缩的必要性图像信号的

4、数据量可表示为Vw·h·d/8（5.2）V、w、h、d分别表示图像数据量（字节，byte，B）、图像宽度（像素数，pel）、图像高度（像素数，pel）、图像深度（位，bit）。图像的尺寸为w·h。典型图像的数据量图像种类图像参数数据量二值传真图像A4（210297mm）大小、172823762色分j辨率501KB灰度图像512512，8bit灰度等级256KBVGA图像640480256色300KBCIF视频图像352288256色，亮度取样率为3MHz，亮度和两色差按4∶1∶1取样，亮色量化位数共12

5、bit，帧频29.97，按1s计算4.3MBHDTV亮度信号1280720，量化位数为8bit，帧频30Hz，按1s计算52.7MB5.1.3图像编码压缩的可能性一般图像中存在着以下数据冗余因素:编码冗余（信息熵冗余）：对像素进行编码时，要建立表达图像信息的一系列符号的码本，如果码本不能使每个像素所需的平均比特数最小，说明存在编码冗余；即人们用于表达某一信息所需要的比特数总比理论上表示该信息所需要的最少比特数要大，之间的差距就是信息熵冗余。：像素间的相关性形成的冗余：在同一扫描行的邻近像素间、在同一帧的邻近行间、在活动

6、图像中的同一位置的相邻帧像素间的灰度和色度往往相同或相近，称这相关性为像素间冗余或空间冗余。视觉特性和显示设备引起的冗余:人类视觉系统的一般分辨率估计是26灰度等级，而图像的量化采用是28的灰度等级，称为视觉冗余。5.1.4图像编码压缩的技术指标常用的图像压缩技术指标:图像熵与平均码长图像冗余度与编码效率压缩比客观评价SNR主观评价图像熵：信源的平均信息量。设数字图像像素灰度级集合为（x1,x2,…,xk，…,xM），其对应的概率分别为p1，p2，…，pk，…，pM。按信息论中信源信息熵定义，数字图像的熵H为性质：（1

7、）当M级灰度出现的概率相等时，即有最大熵值：(2)在极端情况下，当或则表明确定性信号的熵值为0（3）随机性信号的熵非负，0

8、SNR指压缩前的图像信号方差与解压缩后重建误差方差的比值。图像质量的主观评价等级评分评价说明5优秀图像质量非常好4良好图像质量高,有很小的干扰但不影响观看3中等图像质量可接受,但有一些干扰,对观看稍有妨碍2差图像质量差,对观看有妨碍1很差,劣图像质量很差,无法观看图像编码主、客观评价的内在关系图像类型高分辨率广播电视