第08讲-图像压缩编码.doc

第八讲图像压缩编码

目录

TOC\o1-3\h\z\u§8.1图像压缩编码2

、图像编码概述2

1、自然编码法2

2、冗余与相关2

3、编码的应用2

4、编码的分类2

、信息熵2

1、消息与信息2

2、信息量与熵2

3、香农不等式2

、熵编码3

1、图像统计编码3

2、编码效率3

3、两个定理3

4、编码的可译性3

§8.2JPEG图像标准4

、预测编码4

1、压缩4

2、解压5

3、DPCM编码5

、JPEG图像概述6

、JPEG压缩过程6

1、颜色空间转换和采样7

2、DCT变换8

3、量化8

4、DC编码9

5、AC编码9

§8.1图像压缩编码

§8.、图像编码概述

1、自然编码法

PCM编码，等长编码法。

2、冗余与相关

允许适当降低分辨率提高压缩比。

3、编码的应用

图像数据压缩、图像传输、特征抽取。

4、编码的分类

信息保持编码、保真度编码、特征抽取编码

§8.、信息熵

1、消息与信息

信源发出的信号和用户接收的内容称为消息。

消除不肯定性的多少描述消息中的信息量。

2、信息量与熵

解释为不肯定性的度量，信息的度量。

3、香农不等式

推论：

§8.、熵编码

1、图像统计编码

2、编码效率

设图像的灰度集合为：

每个灰度对应的概率分布为：

图像熵：〔比特〕

设图像编码的集合为：

码长集合为：

平均码长：〔比特〕

编码效率：

冗余度：

3、两个定理

在变长编码中，对出现概率大的信息符号赋予短码字，而对于出现概率小的信息符号赋予长码字。如果码长严格按照所对应符号出现概率大小逆序排列，那么编码结果平均码长一定小于任何其它排列方式。

变长编码的最正确编码必有：

4、编码的可译性

续长代码和非续长代码：假设代码中任何一个码字都不是另一个码字的续长，也就是不能在某一个码字后面添加一些码元而构成另一个码字，称为非续长代码，反之为续长代码。

单义代码：任意有限长的码字序列，只能被唯一地分割成一个码元，这样的码字序列称为单义代码。充要条件是：

非续长代码一定是单义代码，单义代码不一定是非续长代码。

【例】

§8.2JPEG图像标准

§8.、预测编码

预测编码的根本思想是利用相邻象素间的相关性，进行灰度预测的编码方法，从而消除空间的冗余。

1、压缩

∑

∑

预测器

符号编码器

输入图像

压缩图像

+

-

如图，当输入图像逐个进入预测器时，预测器根据假设干个已输入象素的灰度值产生当前输入图像的预测值。与之间的差值为：

然后将应用哈夫曼等编码算法进行编码产生输出的压缩图像数据。其中一般作如下线性预测：

式中，表示已输入象素的个数，表示每一个已输入象素的预测系数。满足式子：

取最小值。并且一般要求

特别地，当，时，即表示差分运算，是最简单的预测算法。

由于预测系数计算比拟麻烦，通常参照一些常用的系数值。

2、解压

∑

∑

预测器

符号解码器

解压图像

+

+

压缩图像

如图，首先应用符号解码器得到，然后执行加法运算：

即可得到复原图像。

3、DPCM编码

DPCM称为差分脉冲编码调制，JPEG图像选择基于DPCM这种简单的线性预测编码方法。这种编码的优点是简单，图像质量影响小，但压缩比小〔2:1〕。

如下列图：

C

B

A

X

当前灰度值X的预测方法有8种：

选择方法

预测值

选择方法

预测值

0

非预测

4

A+B-C

1

A

5

A+(B-C)/2

2

B

6

B+(A-C)/2

3

C

7

(A+B)/2

然后用哈夫曼编码方法实现图像的压缩。JPEG无损图像压缩采用此算法。

§8.、JPEG图像概述

JPEG是联合图像专家组〔JointPhotographicExpertsGroup〕的简称。是由国际标准组织ISO〔InternationalStandardizationOrganization〕和国际电报咨询委员会CCITT〔ConsultationCommitteeoftheInternationalTelephotoandTelegraph〕于1991年为静态图像所建立的第一个国际数字图像压缩标准。该标准于1992年通过。

JPEG图像压缩标准特点如下：

1、JPEG根本上是一种有损压缩技术，但可以做到有限度的失真而使眼睛识别不出来，且能到达极大的压缩量；

2、JPEG所处理的图像内容没有限制，如照片、卡通图案、文字扫描图像都能处理。但对于较自然的图像内容，会有最好的效果。能处理灰度图像和全彩色图像；

3、使用者可以在图像的品质与压缩比间选择一折衷点。显然压缩比越大，图像品质越差；

4、JPEG提供四种压缩方式：

●第一种是根本顺序模式，图像从左到右，由上到下顺序处理，是最常用的模式

●第二种是级