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、第5章图像编码与压缩知识要点●信息论中的有关概念：信息，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●静态图像压缩标准：JPEG、JBIG、JPEG2000等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、应用及有关的国际标准。5.1.1数据压缩的基本概念数据压缩以较少的数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熵（Entropy）代表信源所含的平均信息量若信源编码的熵大于

2、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）5.1.2图像编码压缩的必要性图像信号的数据量可表示为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色分辨率501KB灰度图像512512，8bit灰度等级256KBVGA图

3、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12bit，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:编码冗余像素间的相关性形成的冗余视觉特性和显示设备引起的冗余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主观评价图像质量的主观评价等

4、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普通数字广播电视数据库图像会议电视传输数码率客观评价SNR主观评价７４Mb/s≧48dB≧4.5分34Mb/s≧43dB≧4.0分识别图像≧３６dB≧３.0分６４kb/s≧３0dB≧2.5分压缩后图像5.1.5数据压缩方法的分类1.无损压缩（LosslessCompression）:Huffman编码S

5、hannon编码游程编码算术编码轮廓编码有损压缩（LossyCompression）预测编码变换编码混合编码现代压缩编码方法：分形编码模型基（Model-based）编码5.2统计编码统计编码根据信源的概率分布特性，分配具有惟一可译性的可变长码字，降低平均码字长度，以提高信息的传输速度，节省存储空间。基本原理在信号概率分布情况已知的基础上，概率大的信号对应的码字短，概率小的信号对应的码字长，这样就降低了平均码字长度。5.2.1Huffman编码1．前缀码（PrefixCode）4层树形结构的编码情况2．Huffman编码算法：①将图像的灰

6、度等级按概率大小进行升序排序。②在灰度级集合中取两个最小概率相加，合成一个概率。③新合成的概率与其他的概率成员组成新的概率集合。④在新的概率集合中，仍然按照步骤②～③的规则，直至新的概率集合中只有一个概率为1的成员。这样的归并过程可以用二叉树描述。⑤从根节点按前缀码的编码规则进行二进制编码。Huffman编码示意图左图所示为建立码的过程右图所示为从根开始，经各中间节点到叶节点的路径采用二进制编码的情况编码过程举例第1行和第2行列举了一个信源的统计特性结果如第三行所示符号集{xi}x1x2x3x4x5x6概率分布{pi}0.400.200.

7、120.110.090.08Huffman编码1010000001011001113．Huffman编码的性能优点：实现Huffman编码的基础是统计源数据集中各信号的概率分布。Huffman编码在无失真的编码方法中效率优于其他编码方法，是一种最佳变长码，其平均码长接近于熵值。缺点：当信源数据成分复杂时，庞大的信源集致使Huffman码表较大，码表生成的计算量增加，编译码速度相应变慢不等长编码致使硬件译码电路实现困难。上述原因致使Huffman编码的实际应用受到限制。4．图像的Huffman编译码系统5.2.2Shannon编码与Pano

8、编码1.Shannon提出了将信源符号依其概率降序排列，用符号序列累积概率的二进制表示作为对信源的唯一可译编码。其应用于图像编码的步骤如下：（1）将N个灰度级xi按其概率递减进行排列。（2）求