管理学]数字图像处理技术与应用第5章

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1、第5章图像编码与压缩5.1引言5.2图像保真度准则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视频图像编码简介第5章图像编码与压缩5.1引言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的数据，但是图像数据是高度相关的，或者说存在冗余（Redundancy）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、时间冗余、视觉冗余、信息熵冗余、

2、结构冗余和知识冗余。1.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。第5章图像编码与压缩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

3、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。第5章图像编码与压缩4.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。为表达图像数据需要使用一系列符号，如字母、数字等，用这些符号根据一定的规则来表达图像就是对图像进行编码。在这里对每个信息或事件所附的符号序列称为码字，而每个码字里的符号个数称为码字的长度。当使用不同的编码方法时，得到的码字及其长度都会不同。第5章图像编码与压缩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

4、有关的信息。数字压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。第5章图像编码与压缩有些图像文件数据无损压缩的算法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。有损压缩算法删除了不相干的信息，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受的。但是，有些图像是不允许进行有损压缩的。第5章图像编码与压缩

5、对图像文件进行压缩和解压缩都是需要时间的。图像文件在系统与系统之间或用户与用户之间进行交换时，这个时间是不容忽略的。所以要根据具体情况选择进行有损压缩和无损压缩，以及在速度和压缩比之间、保真度之间进行折衷。第5章图像编码与压缩5.2图像保真度准则图像编码结果减少了数据量，提高了存储和传输的速度。实际应用时需要将编码结果解码，恢复成图像的形式才能使用。根据解码图像对原始图像的保真程度，图像压缩的方法可以分为两大类：信息保存型和信息损失型。信息保存型在图像的压缩和解压缩的过程中没有信息损失，得到的解码图像与原始图像完全相同。信息损失型可以取得很高的压缩比。但是不能通过解码恢复原

6、图像。需要一种测度描述解码图像对于原始图像的偏离程度，这些测度一般称为保真度准则。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，则和之间的误差可以表示为5.2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5.2图像保真度准则2.主观保真度准则5.3无损压缩技术无损压缩算法可以分为两大类：基于字典的技术和基于统计的方法。基于字典的技术生成的文件包含的是定长码，每个码字代表原文件中数据的一个特定的序列。基于统计的方法通过用较短代码代表频繁出现的字符，用较

7、长的代码代表不常出现的字符，从而实现图像数据文件的压缩。5.3.1基于字典的技术1.行程编码最简单的基于字典的压缩技术是行程编码（RunLengthEncoding，RLE），是一种熵编码。对于某些图像的一些区域，它们是由相同的灰度或颜色的相邻像素组成的。在一个逐行存储的图像中，具有相同灰度值的一些像素组成序列，称为一个行程。可以只存一个代表那个灰度值的码，后面是行程的长度，而不需要将同样的灰度值存储很多次，这就是行程编码。它对有单一颜色背景下物体的图像可以达到很高的压缩比，但对其它类型的图像压缩比就很低。行程编码