圖像編碼基本方法

1、一、霍夫曼編碼(Huffman Codes)最佳編碼定理：在變長編碼中，對于出現(xiàn)概率大的信息符號編以短字長的碼，對于出現(xiàn)概率小的信息符號編以長字長的碼，如果碼字長度嚴格按照符號出現(xiàn)概率大小的相反的順序排列，則平均碼字長度一定小于按任何其他符號順序排列方式的平均碼字長度?；舴蚵幋a已被證明具有最優(yōu)變長碼性質，平均碼長最短，接近熵值?；舴蚵幋a步驟：設信源有個符號(消息)，1. 1.  把信源中的消息按概率從大到小順序排列，2. 2.  把最后兩個出現(xiàn)概率最小的消息合并成一個消息,從而使信源的消息數(shù)減少，并同時再按信源符號（消息）出現(xiàn)的概率從大到小排列；3. 3. 

2、重復上述2步驟,直到信源最后為為止；4. 4.  將被合并的消息分別賦予1和0，并對最后的兩個消息也相應的賦予1和0；通過上述步驟就可構成最優(yōu)變長碼(Huffman Codes)。例：則平均碼長、平均信息量、編碼效率、冗余度為分別為：二 預測編碼（Predictive encoding）在各類編碼方法中，預測編碼是比較易于實現(xiàn)的，如微分（差分）脈沖編碼調制（DPCM）方法。在這種方法中，每一個象素灰度值，用先前掃描過的象素灰度值去減，求出他們的差值，此差值稱為預測誤差，預測誤差被量化和編碼與傳送。接收端再將此差值與預測值相加，重建原始圖像象素信號。由于量化和傳送的僅是誤差信號，根據(jù)一

3、般掃描圖像信號在空間及時間鄰域內個象素的相關性，預測誤差分布更加集中，即熵值比原來圖象小，可用較少的單位象素比特率進行編碼，使得圖象數(shù)據(jù)得以壓縮。當輸入圖象信號是模擬信號時，“量化”過程中的信息損失不可避免的。預測器預測值 其中 應適當選擇使預測誤差最小，即使 最小。然后，非均勻量化此預測誤差 ，就能產生最小均方誤差的最佳 ，經(jīng)編碼后發(fā)送。接收端解碼得到的 加上預測值就能再現(xiàn) ，它與原始圖象的存在誤差為 。這里關鍵的問題是選擇適當?shù)?，使預測效果最好，即預測差值的方差最小。對于隔行掃描的電視圖象通常有其它預測方法有：1. 1.  前值預測，用同一行中臨近前面一象素預測，即2. 2.&

4、#160; 一維預測，用同一行中前面若干象素預測；3. 3.  二維預測，用幾行內象素預測；4. 4.  三維預測，利用相鄰兩幀圖像信號的相關性預測。 三 變換編碼（Transform encoding）前面圖象變換章節(jié)已經(jīng)說明圖象變換會使圖象信號能量在空間重新分布，其中低頻成分占據(jù)能量的絕大部分，而高頻成分所占比重很小，根據(jù)統(tǒng)計編碼的原理，能量分布集中，熵值最小，可實現(xiàn)平均碼長最短。變換編碼的基本原理是將原來在空域描述的圖象信號，變換到另外一些正交空間中去，用變換系數(shù)來表示原始圖象，并對變換系數(shù)進行編碼。一般來說在變換域里描述要比在空域簡單，因為圖象的相關性明顯下降。盡管

5、變換本身并不帶來數(shù)據(jù)壓縮，但由于變換圖象的能量大部分只集中于少數(shù)幾個變換系數(shù)上，采用量化和熵編碼則可以有效地壓縮圖象的編碼比特率。根據(jù)上面的原理變換編碼的一般過程如下:輸入圖象 變換 量化 編碼器 - - 譯碼器 逆變換 輸出常用的變換編碼所使用的變換有離散余弦變換（DCT）和沃爾什-哈達瑪變換（WHT）。變換后圖象能量更加集中，在量化和編碼時，結合人類視覺心理因素等，采用“區(qū)域取樣”或“閾值取樣”等方法，保留變換系數(shù)中幅值較大的元素，進行量化編碼，而大多數(shù)幅值小或某些特定區(qū)域的變換系數(shù)將全部當作零處理。四 方塊編碼(Block encoding)方塊編碼是靜態(tài)圖像編碼的一種方法，它可將某一幀

6、圖象得以壓縮而不致使圖象質量有明顯的下降。它是將圖象劃分成大小互不重疊的子塊，由于子塊內各臨近象素間具有灰度相關性，可選用兩個適當?shù)幕叶燃墎斫拼碜訅K內各象素原來的灰度。通常可以利用均方誤差最小的方法來逐個求出各子塊的這兩個代表灰度級，然后指明子塊內各個象素分別屬于哪個代表性灰級。這兩個代表性灰級稱為灰度分量，而指明某象素屬哪個代表性灰級的信息稱為分辨率分量。設子塊內共有 個象素，其中第 個象素 的灰值為 ，編碼后子塊有兩個代表性灰度分量 ，用 表示象素 的分辨率分量， 為方塊內閾值，則編碼后 象素的灰度級為 ，子塊內象素編碼后為 可以由 和 的組合來表示。這種編碼方法每個象素所用比特數(shù)，比各象素獨立編碼所用比特數(shù)有大幅度降低。設 各用 比特， 用1比特，則每個象素的比特數(shù) 為: 。當 取值 越大， 越小，壓縮比越大，但圖像質量也會相應下降，因為方塊越大，該方塊內個象素間的相關性也就越小，只用兩個灰度級當然逼真度越差。通常方塊尺寸選為 較好。當 時， 比特，則方塊編碼的每個象素的比特數(shù) ，壓縮比為 。適當選擇和，使編碼后方塊灰度值和方差