第4章 图像编码与压缩

《第4章 图像编码与压缩》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、本章重点：图像编码与压缩的基本概念、理论及其编码分类。常用的无损压缩方法。常用的有损压缩方法。第4章图像编码与压缩4.1图像编码的必要性与可能性4.2图像编码分类4.3图像编码评价准则4.4图像编码模型4.5无损压缩4.6有损压缩4.7JPEG图像编码压缩标准4.8MPEG视频编码压缩标准4.9小结第4章图像编码与压缩4.1图像编码的必要性与可能性4.1.1图像编码的必要性数字图像的庞大数据对计算机的处理速度、存储容量都提出过高的要求。因此必须把数据量压缩。各种媒体信息(特别是动态视频)数据量非常之大。以一幅1

2、024×1024分辨率的24位真彩色图像为例，数据量为：1024×1024×8×3/8=3MB；若以30帧/秒播放，每秒数据量为：3×30=90MB陆地卫星LandSat-3分辨率为2340×3240，四波段，采样精度7位，则一幅图像的数据量为：2340×3240×7×4=212Mb按每天传输30幅计,每天数据量为:212×30=6.36Gb=795MB…………可见，没有图像编码与压缩技术的发展，大容量图像信息的存储与传输是难以实现的。从传送图像的角度来看，则更要求数据量压缩。在信道带宽、通信链路容量一定的前提

3、下，采用编码压缩技术，减少传输数据量，是提高通信速度的重要手段。4.1.2图像编码的可能性图像、声音这些媒体确实又具有很大的压缩潜力。以目前常用的位图格式的图像存储方式为例，像素与像素之间无论是在行方向还是在列方向都具有很大的相关性，因而整体上数据的冗余度很大，在允许一定限度失真的前提下，能够对图像数据进行很大程度的压缩。这里所说的失真一般都是在人眼允许的误差范围之内，压缩前后的图像如果不做非常细致的对比是很难觉察出两者的差别的。因此，数据压缩技术是多媒体系统中一项十分关键的技术。数据之所以能够压缩是基于原始信

4、源的数据存在着很大的冗余度。图像数据冗余空间冗余时间冗余结构冗余知识冗余视觉冗余图像区域的相同性冗余纹理的统计冗余空间冗余同一景物表面上各采样点之间的颜色（亮度）之间往往存在着空间相关性。基于离散象素的表示方式通常没有利用景物表面颜色（亮度）的这种空间相关性，从而产生了空间冗余。大部分区域所有像素值相同。时间冗余主要指视频相邻帧之间的冗余。结构冗余有些图像的纹理区，图象像素值之间存在着明显的分布模式，称之为结构冗余。知识冗余某些图像的理解与某些知识有相当大的相关性。如人脸有固定的结构。视觉冗余人的视觉系统对图像

5、场的敏感性是非均匀和非线性的，然而，在记录原始图像数据时，通常假定视觉系统是线性的和均匀的，对视觉敏感和不敏感部分同等对待，从而产生视觉冗余。如对亮度和色彩的敏感度不同。图像区域的相同性冗余指在图像中的两个或对应的所有像素相同或相近，从而产生的数据重复性存储，即图像区域的相似性冗余。纹理的统计冗余图像纹理在统计意义上服从某一分布规律。利用这种性质可以减少表示图像的数据量。4.2图像编码分类根据解压重建后的图像和原始图像之间是否具有误差，可以将图像编码与压缩方法分为无误差(亦称无失真、无损、信息保持)编码和有误差

6、(有失真或有损)编码两大类。根据编码作用域划分，图像编码分为空间域编码和变换域编码两大类。若从具体编码技术来考虑，又可分为预测编码、变换编码、统计编码、轮廓编码、模型编码等。多媒体数据编码脉冲编码调制(PCM)预测编码变换编码统计编码（熵编码）混合编码静态图像编码动态图像编码其他编码4.3图像编码评价准则在图像压缩编码中，解码图像与原始图像可能会有差异，因此，需要评价压缩后图像的质量。描述解码图像相对原始图像偏离程度的测度一般称为保真度(逼真度)准则。常用的准则可分为两大类：客观保真度准则和主观保真度准则。4.

7、3.1客观保真度准则最常用的客观保真度准则是原图像和解码图像之间的均方根误差和均方根信噪比两种。均方根误差:均方信噪比:对上式求平方根，就得到均方根信噪比。（4-2）（4-3）4.3.2主观保真度准则具有相同客观保真度的不同图像，人的视觉可能产生不同的视觉效果。这是因为客观保真度是一种统计平均意义下的度量准则，对于图像中的细节无法反映出来。一种常用的方法是对一组(不少于20人)观察者显示图像，并将他们对该图像的评分取平均，用来评价一幅图像的主观质量。例如可用{-3，-2，-1，0，1，2，3}来代表主观评价{很

8、差，较差，稍差，相同，稍好，较好，很好}。评分评价说明1优秀图像质量非常好，如同人能想象出的最好质量2良好图像质量高，观看舒服，有干扰但不影响观看3可用图像质量可以接受，有干扰但不太影响观看4刚可看图像质量差，干扰有些妨碍观看，观察者希望改进5差图像质量很差，几乎无法观看6不能用图像质量极差，不能使用表4.1电视图像质量评价尺度4.4图像编码模型一个图像压缩系统包括两个不同的结构块：编