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1、图像压缩与编码基本概念哈夫曼编码香农-范诺编码行程编码算术编码变换编码静止图像压缩编码标准-JPEG运动图像压缩编码标准-MPEG第八章图像编码一.图像压缩与编码基本概念为什么要进行图像压缩图像数据压缩的可能性常见的数据冗余图像压缩的目的图像数据压缩技术的重要指标图像编码中的保真度准则常用的压缩编码方法图像压缩模型返回1.为什么要进行图像压缩？数字图像通常要求很大的比特数，这给图像的传输和存储带来相当大的困难。要占用很多的资源，花很高的费用。如一幅512x512的灰度图象的比特数为512x512x8=256k再如一部90分钟的
2、彩色电影，每秒放映24帧。把它数字化，每帧512x512象素，每象素的R、G、B三分量分别占8bit，总比特数为90x60x24x3x512x512x8bit=97,200M。如一张CD光盘可存600兆字节数据，这部电影光图像（还有声音）就需要160张CD光盘用来存储。对图像数据进行压缩显得非常必要。返回2.图像数据压缩的可能性一般原始图像中存在很大的冗余度。用户通常允许图像失真。当信道的分辨率不及原始图像的分辨率时，降低输入的原始图像的分辨率对输出图像分辨率影响不大。用户对原始图像的信号不全都感兴趣，可用特征提取和图像识别的
3、方法，丢掉大量无用的信息。提取有用的信息，使必须传输和存储的图像数据大大减少。返回3.常见的数据冗余(1)编码冗余：如果一个图像的灰度级编码，使用了多于实际需要的编码符号，就称该图像包含了编码冗余。例：如果用8位表示该图像的像素，我们就说该图像存在着编码冗余，因为该图像的像素只有两个灰度，用一位即可表示。(2)像素冗余：由于任何给定的像素值，原理上都可以通过它的邻居预测到，单个像素携带的信息相对是小的。对于一个图像，很多单个像素对视觉的贡献是冗余的。这是建立在对邻居值预测的基础上。原始图像越有规则，各像素之间的相关性越强，它可
4、能压缩的数据就越多。(3)视觉心理冗余：一些信息在一般视觉处理中比其它信息的相对重要程度要小，这种信息就被称为视觉心理冗余。返回4.图像压缩的目的图像数据压缩的目的是在满足一定图像质量条件下，用尽可能少的比特数来表示原始图像，以提高图像传输的效率和减少图像存储的容量。在信息论中称为信源编码。图像从结构上大体上可分为两大类，一类是具有一定图形特征的结构，另一类是具有一定概率统计特性的结构。基于不同的图像结构特性，应采用不同的压缩编码方法。返回5.图像数据压缩技术的重要指标（1）压缩比：图像压缩前后所需的信息存储量之比，压缩比越大
5、越好。（2）压缩算法：利用不同的编码方式，实现对图像的数据压缩。（3）失真性：压缩前后图像存在的误差大小。全面评价一种编码方法的优劣，除了看它的编码效率、实时性和失真度以外，还要看它的设备复杂程度，是否经济与实用。常采用混合编码的方案，以求在性能和经济上取得折衷。随着计算方法的发展，使许多高效而又比较复杂的编码方法在工程上有实现的可能。返回6.图像编码中的保真度准则图像信号在编码和传输过程中会产生误差，尤其是在有损压缩编码中，产生的误差应在允许的范围之内。在这种情况下，保真度准则可以用来衡量编码方法或系统质量的优劣。通常，这种
6、衡量的尺度可分为客观保真度准则和主观保真度准则。(1)客观保真度准则通常使用的客观保真度准则有输入图像和输出图像的均方根误差；输入图像和输出图像的均方根信噪比两种。均方根误差:设输入图像是由N×N个像素组成，令其为f(x,y)，其中x,y=0,1,2,…,N-1。这样一幅图像经过压缩编码处理后，送至受信端，再经译码处理，重建原来图像，这里令重建图像为g(x,y)。它同样包含N×N个像素，并且x,y=0,1,2,…,N-1。在0,1,2,…,N-1范围内x,y的任意值，输入像素和对应的输出图像之间的误差可用下式表示：而包含N×N
7、像素的图像之均方误差为:由式可得到均方根误差为如果把输入、输出图像间的误差看作是噪声，那么，重建图像g(x,y)可由下式表示：在这种情况下，另一个客观保真度准则——重建图像的均方信噪比如下式表示：设一幅灰度级为K的图像，图像中第k级灰度出现的概率为pk，图像大小为M×N，每个像素用d比特表示，每两帧图像间隔△t数字图像的熵H图像的平均码字长度R为：编码效率η定义为：信息冗余度为：每秒钟所需的传输比特数bps为：压缩比r为：均方根信噪比为:(2)主观保真度准则图像处理的结果,大多是给人观看，由研究人员来解释的，因此，图像质量的好
8、坏，既与图像本身的客观质量有关，也与视觉系统的特性有关。有时候，客观保真度完全一样的两幅图像可能会有完全不相同的视觉质量，所以又规定了主观保真度准则，这种方法是把图像显示给观察者，然后把评价结果加以平均，以此来评价一幅图像的主观质量。另外一种方法是规定一种绝对尺度，如：1)优
