《图像信息处理技术》PPT课件

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1、第4章图像信息处理技术4.1图像信号概述4.2图像信号数字化4.3数字图像压缩方法的分类4.4静态图像压缩编码标准4.5动态图像压缩编码标准图像信号按其内容变化与时间的关系来分，主要包括静态图像和动态图像两种。如按其亮度等级的不同可分为二值图像和灰度图像；按其色调的不同可分为黑白图像和彩色图像；按其所占空间的维数不同可分为平面的二维图像和立体的三维图像等等。4.1图像信号概述1.彩色图像信号的分量表示(1)YUV彩色空间在PAL彩色电视制式中使用的YUV彩色空间，其中Y表示亮度信号，U、V表示色差信号。YUV与RGB彩色空间变换的对应关系如下式所示。YUV图4.1-1YUV

2、模型表示的彩色图像(2)YIQ彩色空间。在NTSC彩色电视制式中选用YIQ彩色空间，其中Y表示亮度，I、Q是两个彩色分量。YIQ与RGB彩色空间变换的对应关系如下式所示。(3)YCbCr彩色空间。YCbCr与RGB彩色空间变换的对应关系如下式所示图4.1-2彩色图像信号分量编码系统的基本框图2.彩色图像信号的分量编码4.2图像信号数字化4.2.1取样点数和量化级数的选取假定一幅图像取M×N个样点，对样点值进行Q级分档取整。首先，M、N、Q一般总是取2的整数次幂。Q=2b，b为正整数，通常称为对图像进行b比特量化。其次，b取值越大，重建图像失真越小。再次，在实际应用中，如果表示

3、图像的总比特数M×N×Q给定，对M×N和b的分配往往是根据图像的内容和应用要求及系统本身的技术指标来选定的。4.2.2图像信号量化经过取样的图像只是在空间上被离散为像素（样本）的阵列，而每一个样本灰度值还是一个有无穷多个取值的连续变化量，必须将其转化为有限个离散值，赋予不同码字才能真正成为数字图像，再由计算机或其他数字设备进行处理运算，这样的转化过程称为量化。将样本连续灰度等间隔分层量化方式称为均匀量化，不等间隔分层量化方式称为非均匀量化。4.3数字图像压缩方法的分类图4.3-1图像压缩算法的总体框图无失真压缩（熵编码）有失真压缩哈夫曼编码、香农编码、LZW编码、游程编码、算

4、术编码预测编码：点线性预测、帧内预测、帧间预测变换编码：KL、DFT、DCT、DST、HASAMARD、小波量化编码：标量量化、矢量量化子带编码：子带编码、块切割法模型编码：结构模型、知识基模型混合编码：H.261、JPEG、MPEG、H.263图像压缩算法4.4静止图像压缩编码标准4.4.1二值图像压缩标准二值图像是指只有黑、白两个亮度值的图像，ITU-T先后制定了G3和G4标准，而G4是G3的改进型。目前，这两种二值图像压缩标准广泛地应用于传真通信和文档存储领域。另一个二值图像压缩标准是JBIG，JBIG(JointBi-levelImageCodingExpertsGr

5、oup)是联合二值图像专家组的缩写。是新一代二值图像和低像素精度图像的无失真压缩编码标准。4.4.2静止图像压缩标准JPEGJPEG(JointPhotographicExpertsGroup)的正式名称为“信息技术连续色调静止图像的数字压缩编码”。JPEG标准描述了关于连续色调（即灰度级或彩色）静态图像的一系列压缩技术。1.无损压缩编码图4.4-1JPEG无损编码器框图图4.4-2预测值区域2.基于DCT的顺序编码模式图4.4-3基于DCT的顺序编码过程图4.4-4基于DCT的顺序解码过程表4.4-1JPEG推荐的亮度和色度量化步长表图4.4-5AC系数进行游程长度编码的“

6、Z”形扫描顺序示例：设原始图像的一个亮度8×8块如下f(x,y)所示从每个元素减去128后作DCT变换，得到DCT系数为实际操作中，阈值和量化操作可以通过量化矩阵合在一起：其中,是F(u,v)的一个阈值量化近似值，T(u,v)是推荐的对亮度分量的量化矩阵。本例用前面JPEG推荐的量化矩阵可以得到：对这些系数进行一次“Z”字形扫描，一维系数序列可以表示为15，0，-2，-1，-1，-1，0，0，-1，EOB其中，EOB表示块结束（表示下面所有系数都是0）。对DC系数使用DPCM进行编码。AC系数被映射到下列的游程级对中：（1，-2）（0，-1）（0，-1）（0，-1）（2，-1

7、）根据JPEG系数编码类别表、JPEG缺省DC（亮度/色度）编码表以及JPEG缺省AC（亮度/色度）编码表，可以找出这些系数形成的符号所对应的码字。解码器执行逆操作。也就是，首先用接收的系数乘以相同的量化矩阵，可以得到然后执行一个逆DCT过程，并对每一元素加上128，得到重构块为与前述的原始块相比较可得到重构误差矩阵e(x,y)，可以看出，重构误差在±5灰度级范围内变化。3.基于DCT的累进编码模式为实现累进编码的操作模式，必须在图4.4-3中量化器的输出与熵编码的输入之间增添缓冲存储器，用来存放一幅图