多媒体通信技术四-修订.ppt

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1、第四章视频信息压缩与处理第四章视频信息压缩与处理本章主要内容图像信号的相关特点图像处理方法各种实用编码常见的图像压缩编码标准图像信号的相关特点通常一幅图像中的各像素之间存在一定的相关性。在活动图像中，由于两幅相邻图像之间的时间间隔很短，因此这两幅图像信息中包含大量相关信息。这些就是图像信息中的冗余。图像信号的相关特点多媒体数据压缩的目的就是要去除图像信息中的大量冗余，同时又能保证图像的质量。一般针对不同类型的冗余信息，采取不同的压缩方法。图像信息中存在的冗余分类●[1]空间冗余——规则物体的物理相关性[2]时间冗余——视频与动画画面间的相关性[3]统

2、计冗余——具有空间冗余和时间冗余[6]视觉冗余——视觉、听觉敏感度和非线性感觉[7]知识冗余——凭借经验识别[4]结构冗余——规则纹理、相互重叠的结构表面[5]信息熵冗余——编码冗余，数据与携带的信息10110001110010110001110001011010101010111100010111111010224色28色1.空间冗余空间冗余是在图像数据中经常存在的一种冗余。在任何一幅图像中：均有许多灰度或颜色都相同的邻近像素组成的局部区域，它们之间具有空间上的强相关性，在图像中就表现为空间冗余。1.空间冗余颜色相同的区域对空间冗余的压缩方法就是把

3、这种颜色都相同的邻近像素组成的局部区域当作一个整体，用极少的数据量来表示它，从而节省了存储空间。这种压缩方法叫空间压缩或帧内压缩。时间冗余：视频信号和动画是基于时间轴的一组连续画面。由于活动图像序列中的任意两幅相邻的图像之间的时间间隔很短，因此两幅图像中存在大量的相关信息时间冗余相邻帧包含相同的背景和移动物体，只不过移动物体所在的空间位置略有不同活动图像中的两幅相邻的图像有较大的相关性，这反映为时间冗余。在前一幅图像的基础上，只需改变少量的数据，便可以表示出后一幅图像，达到数据压缩的目的。这种压缩对活动图像往往能得到很高的压缩比，这也称为时间压缩或帧

4、间压缩。3.统计冗余空间冗余和时间冗余是将图像信号看作为随机信号时所反映出的统计特征，因此有时把这两种冗余称为统计冗余。4.信息熵冗余信息熵是针对数据的信息量而言的，它代表从图像信息源中发出的一个符号的平均信息量设某种编码的平均码长单位（符号）的数据量为式中，为分配给第符号的比特数，即二进制位数由于实际中很难估算各符号出现的概率，我们一般认为它们是等概率的，所以每个符号比特数相同。这种编码的符号的数据量L为最大。但实际各符号出现的概率并不相同。这样所得的L必然大于实际的信源熵H，由此带来的冗余我们称为信息熵冗余或编码冗余。总结：数据中通常包含很大的冗

5、余，数据的大小与所携带的信息量的关系由下式给出：L=H+RH：信源熵（信息量/符号，代表最小比特数）、L：数据量（平均码长单位，即符号实际的比特数）R：冗余量（即信息冗余量）R=L-H5.结构冗余有些图像从整体上看存在着非常强的纹理结构。下图为草席图像。是一种规则有序排列的图形，我们称它在结构上存在冗余。是一种结构冗余。规则有序排列的图形6.知识冗余有些图像的理解与某些知识有相当大的相关性。比如人脸的图像有固定的结构：嘴的上方有鼻子、鼻子的上方有双眼睛，鼻子位于正脸图像的中线上等等这类规律的结构可由先验知识和背景知识得到，因此这类信息对一般人来说就是

6、冗余信息。这就是知识冗余。7.视觉冗余由于人眼的视觉特性有所限制，人类的视觉系统不能对图像画面的任何变化都能感觉到。举例：人眼视觉系统的一般分辨率为64灰度等级,而一般图像的量化采用的是256的灰度等级。这种差别就是视觉冗余。视频压缩编码方法及其分类图像压缩的基本目标就是减小数据量。至于图像压缩到什么程度而又没有明显的失真,则取决于图像数据的冗余度。所有的这些冗余度都可以被除去而不会引起显著的信息损失。空间冗余和时间冗余是图像信号最常见的冗余。压缩编码分类1.按恢复的图像性质划分按恢复的图像性质,数字图像压缩方法可以分为两种：无损压缩编码有损压缩编码

7、压缩编码分类无损压缩编码：也称为熵编码、可逆编码或无失真编码。当系统采用此方法进行数据压缩时,在接收端所获得的解码与原图像完全相同。无损压缩不能提供较高的压缩比。一般在2:1～5:1。压缩编码分类有损编码：也称为不可逆编码、熵压缩编码或失真编码。由于压缩了熵，会减少信息而不能再恢复。这种压缩编码具有较高的压缩比。最大可达几百比一。压缩编码分类2.按压缩方法的原理划分按压缩原理划分,数字图像压缩方法可以分为以下几种编码:预测编码变换编码标量量化和矢量量化编码信息熵编码子带编码结构编码模型编码图像压缩编码无损压缩有损压缩霍夫曼编码行程编码算术编码L-Z编

8、码预测编码:量化编码:模型编码:混合编码:变换编码:DPCM；运动补偿DCT；子带编码分形编码；知识基编码J