最新数字图像处理和分析研究基础PPT课件.ppt

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1、数字图像处理和分析研究基础第七章图像编码ImageCoding压缩目的基本原理基本方法图像编码标准数字图像处理与分析基础7.1编码的目的减少数据量：存储量、传输时间例1:一般彩色电视信号,YIQ色空间中各分量的带宽分别为4.2MHz、1.5MHz、0.5MHz，采样原理，采样频率>=2倍原始信号频率，量化为8bit，1秒钟的数据量为(4.2+1.5+0.5)*2*8=99.2MBits，约为100Mbits/S，1GB的CD-ROM存1分钟的原始电视节目。HDTV数据量约为1.2GBits/S，1GB存6秒钟HDTV。彩色静止图

2、像：3*1024*1024*8=3MB，数字图像处理与分析基础4、编码准则输入图像f(x,y),输出g(x,y),x,y=0,1,2,…,N-1,（1）均方误差：（2）均方根信噪比：（3）压缩比=原图像编码每个象素平均所需bit数/压缩后象素平均所需bit数保真度准则：主观保真度准则、客观保真度准则。客观保真度准则：图像均方误差、均方根信噪比。数字图像处理与分析基础主观保真度准则数字图像处理与分析基础7.2图像压缩的基本原理1、压缩的根据：图像数据量>>信息量I=D-du,I（信息量），D（数据量），du（冗余量）保留意义完全的

3、信息，支持查询与检索。冗余(redundancy)信息和不相干(irrelevancy)的信息。数字图像处理与分析基础压缩率用n1表示一幅图像原来的数据量，n2表示压缩后的数据量，压缩率Cr定义为：Cr=n1/n2（7-2）冗余量Rd可表示为：Rd=1-1/Cr（7-2）数字图像处理与分析基础7.2.2数据冗余的类型编码冗余像素间冗余心理视觉冗余数字图像处理与分析基础1、编码冗余（信息熵冗余）“码本”是表示一组信息或一组事件的一系列符号（如字母、数字等）。其中对每个信息或事件所赋予的符号成为“码字”，每个码字含有的基本符号的个数

4、称为“码长”。设l(rk)为码字rk的码长，在二进制表示时称为“比特数（bits）”，Pr(rk)为码字的出现概率。若编码系统共有L种不同的码字，则系统可获得的平均比特数为：数字图像处理与分析基础自然码，如表示256个不同的灰度级，就用8bits的等长的二进制数据来编码每一个灰度级，这样系统的平均码长就是8bits。定理：当l(rk)根据pr(rk)降序设计成变长编码的形式时，平均码长最小。数字图像处理与分析基础等长编码与非等长编码比较数字图像处理与分析基础2、像素间冗余（1）空间冗余：规则物体和规则背景的表面物理特性具有相关性

5、。空间冗余时间冗余（2）时间冗余：序列图像像素的灰度级和颜色之间具有相关性，随机场模型数字图像处理与分析基础（3）结构冗余：纹理结构（4）知识冗余：人脸的固定结构。空间冗余、时间冗余又称统计冗余，将图像信号作为概率信号时的统计特性。数字图像处理与分析基础3、心理视觉冗余视觉系统非线性、非均匀分辨率约26，图像量化28动态图像的视觉延迟现象数字图像处理与分析基础7.2.3编码方法的分类由压缩数据恢复的图像与原始图像的差别“可逆压缩”：编码的数据可完恢复出原始图像“熵编码”（EntropyCoding），“无失真编码”、“无误差编码

6、”（ErrorFreeCoding）、无噪声编码”(Noiseless)、“冗余度压缩”（RedundancyReduction）、“数据紧缩”（DATACompactionLosslessBit-Preserving）。“不可逆压缩”：“有失真编码”（lossyCoding），采用这类编码方法，由编码数据恢复的图像与原始图像有区别，图像编码产生的误差与编码的方法以及压缩比等因素有关。数字图像处理与分析基础1、“第一代”编码技术三大经典编码方法“熵值编码”“预测编码”“变换编码”。数字图像处理与分析基础“熵值编码”（概率匹配编码

7、）主要针对无记忆信源，根据信息码字出现概率的分布特征，寻找概率与码字长度间的最优匹配，从而进行压缩编码，又称为统计编码。游程编码、Huffman编码和算术编码等多种。熵值编码是信息编码的基础，也是各种实用算法的一个基本组成部分。数字图像处理与分析基础“预测编码”根据数据的统计特性得到预测值，然后传输图像像素与其预测值的差值信号，使传输的码率降低，达到压缩的目的。预测编码方法简单经济，编码效率较高，是语音的基本编码方法。预测编码分为线性预测编码、非线性预测编码。根据处理的信息维数不同，又可分为行内编码（一维）、帧内编码（二维）以及

8、帧间编码（三维）。预测编码是视频图像压缩的基础。数字图像处理与分析基础“变换编码”进行某种正交变换来消除像素间的相关性。可分为最佳变换编码，如K-L变换，以及次优变换编码，如离散余弦变换（DCT）等。在实施时，辅助以区域变换编码、门限变换编码。基于离散余弦变换的