數(shù)字圖像處理及分析基礎(chǔ)第七章圖像編碼2

1、數(shù)字圖像處理與數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)分析基礎(chǔ)第七章第七章 圖像編碼技術(shù)圖像編碼技術(shù)數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)7.4 無(wú)誤差編碼技術(shù)無(wú)誤差編碼技術(shù)Lossless Compression Techniquesn位平面編碼位平面編碼n二值圖像編碼二值圖像編碼n行程編碼行程編碼(Run_length Coding)n輪廓編碼輪廓編碼有誤差編碼：編碼后的圖像不能經(jīng)解碼器復(fù)原到原始的圖像，不可逆。無(wú)誤差編碼：可逆。數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)7.4.1 位平面編碼位平面編碼n一種能有效減少像素間冗余的技術(shù)，對(duì)相關(guān)性強(qiáng)的圖像，它的編碼效率比霍夫曼碼更高。n基本方法：將多級(jí)圖像（灰度圖像或彩色圖像）分解成一系列的二值

2、圖像，然后對(duì)二值圖像應(yīng)用二值圖像編碼方法，以達(dá)到對(duì)多值圖像編碼的目的。n相關(guān)技術(shù)：位平面分解二值圖像編碼數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)1、位平面分解、位平面分解設(shè)灰度圖像的灰度級(jí)需要m比特表示，那么任意一個(gè)灰度級(jí)g都可以表示成一個(gè)以2為底的多項(xiàng)式： 001122112222gaaaammmm其中 ai=0/1，i=0,1,2,m-1 也就是說(shuō)，圖像的同一個(gè)比特位的系數(shù)的集合就是一個(gè)二值圖像，稱(chēng)為一個(gè)“位平面”。位平面編號(hào)從0開(kāi)始，直到m-1。將m個(gè)位平面組合，顯然又可以恢復(fù)原來(lái)的灰度圖像 127（011111112）和128（100000002） 數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)Grey碼二進(jìn)制碼，它與自然二進(jìn)

3、制碼有一一對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換關(guān)系。設(shè)它的第i位為gi，gi與ai的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：20 ,1 ,1miaamiagiiii20 ,1 ,11migggmigamiiii格雷碼的優(yōu)點(diǎn)：差值為1的兩個(gè)數(shù)值的格雷碼只有一位不同。127（01000000g）, 128（11000000g），轉(zhuǎn)換后就只在第7個(gè)位平面有一個(gè)0到1的變化 數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)7.4.2 二值圖像編碼二值圖像編碼n位平面圖像n圖形圖像或文本圖像n大量的是連續(xù)的白色背景，對(duì)這些連續(xù)的塊指定短碼字，可以達(dá)到壓縮的效果。 數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)空白編碼利用了文本類(lèi)圖像中空白較多的特點(diǎn)。將圖像的一行分成若干段，規(guī)定每段有k個(gè)象素；若k個(gè)象素全

4、是空白，則用“0”表示；否則用“1”表示，后接直接編碼。例：不同的10個(gè)像素，它們相應(yīng)的代碼如下：10個(gè)象素 相應(yīng)的代碼000000000000000000001 100000000011000000001 11000000001Lk=p1+(1-p) (k+1)/k =k+1-kp /k壓縮比=pk111p(全白)1/k，才能達(dá)到壓縮效果。當(dāng)k=10時(shí)，對(duì)大多數(shù)文本文件比較合適。數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)黑塊黑塊/白塊編碼白塊編碼擴(kuò)展到二維，是對(duì)圖像中大片的連續(xù)的1或0的區(qū)域（黑白塊）進(jìn)行識(shí)別編碼。（1）設(shè)圖像被分解為若干塊，每一塊的大小一致，為ab。（2）這些塊只有三種類(lèi)型：全白色、全黑色、混

5、合區(qū)域。（3）統(tǒng)計(jì)這三類(lèi)區(qū)域的出現(xiàn)概率。（4）碼字分配：出現(xiàn)概率最大的類(lèi)型用1比特碼字“0”表示，其他的用2比特碼字“10”和“11”表示，后接對(duì)應(yīng)區(qū)域的直接編碼。平均碼長(zhǎng))1)(12(1)X(Lpabpab 若達(dá)到壓縮效果，需滿(mǎn)足 p2/(ab+1) 數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)逐層編碼進(jìn)一步提高編碼效率的方法是使用迭代的方法將二值圖像分解為越來(lái)越小的塊，逐層進(jìn)行編碼。逐層編碼算法：（1）純白色的圖像塊用1比特碼字“0”表示；（2）其他類(lèi)型圖像用1比特碼字“1”表示，并且對(duì)圖像進(jìn)行四等份分割，得到四個(gè)子塊。（3）對(duì)每一個(gè)子塊重復(fù)過(guò)程（1）、（2），一直到規(guī)定的最小子塊尺寸。（4）圖像最小子塊采用原

6、圖像信息的直接編碼。數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)7.4.3 行程編碼行程編碼(Run_length Coding) 映射器n又稱(chēng)為“游程編碼”n可用于二值圖像/灰度值/連續(xù)出現(xiàn)的長(zhǎng)度值進(jìn)行編碼。n若在圖像的一行內(nèi)采用，就是一維行程編碼，即A碼；若在圖像平面內(nèi)實(shí)施，則為二維行程編碼，它們分別是傳真機(jī)中使用的兩種二值圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)（G3和G4）中所用技術(shù)的基礎(chǔ) 數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)1、一維行程編碼、一維行程編碼（線(xiàn)性行程編碼，A碼）圖像行掃描， xi=x1, x2, xn， 行內(nèi)連續(xù)的相同的點(diǎn)的數(shù)目稱(chēng)為行程長(zhǎng)度。 縱坐標(biāo)為圖像灰度級(jí)gi, 編碼:Wi=(gi, li), li灰度級(jí)為gi的 行程長(zhǎng)度。G

7、864204 8 12 16 20 xL數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)（a)預(yù)測(cè)差值編碼（PDQ）將圖像陣列變換為整數(shù)對(duì)序列（i,i）, i 是相鄰行同區(qū)域開(kāi)始點(diǎn)列坐標(biāo)差值，I鄰行同區(qū)域行程長(zhǎng)度差值域。i+I+區(qū)域起始點(diǎn)參數(shù)+區(qū)域終點(diǎn)參數(shù)=形狀，位置2、二維行程編碼、二維行程編碼ABt1t2iii=t2-t1PDQ及DDC方法說(shuō)明數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)（b）雙重增量編碼（DDC）(i,i)，i相鄰行同區(qū)域結(jié)束點(diǎn)列坐標(biāo)差值。用法： 少數(shù)大區(qū)域，二維； 較多小區(qū)域，一維。 用B1碼對(duì)整數(shù)序列再編碼。數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)7.4.4輪廓編碼（或等值線(xiàn)編碼）輪廓編碼（或等值線(xiàn)編碼）映射器用像素的空間坐標(biāo)及其灰

8、度值來(lái)描述或壓縮圖像信息。(1) 鏈碼鏈碼(Chain Code)：二值圖像的輪廓編碼二值圖像f(x,y)，0：背景；1：物體。算法：1）確定物體邊界起始點(diǎn)IP，f(x,y)=1;2）根據(jù)LML（Look Most Left）規(guī)則跟蹤輪廓；3）給出移動(dòng)方向碼（Freeman碼，鏈碼）。 3201四方位碼45671023八方位碼數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)鏈碼搜索算法（假設(shè)圖像中只包括一個(gè)連續(xù)區(qū)域）1、從上到下，從左到右掃描圖像，第一個(gè)滿(mǎn)足f(x,y)=1的點(diǎn)（物體的邊界點(diǎn)）確定為鏈碼的起始點(diǎn)IP，并記錄起始搜索方向?yàn)閏ode0=0，起始點(diǎn)坐標(biāo)（x0,y0）; 2、根據(jù)LML（Look Most Le

9、ft）規(guī)則跟蹤輪廓：設(shè)當(dāng)前的方向碼為codei，下一次的搜索方向?yàn)閏odei+1，（1）首先向當(dāng)前鏈碼的左方位搜索， next=（codei-1）mod 8；（2）如果位于該方位的像素也是物體上的點(diǎn)，即滿(mǎn)足 f(x,y)=1，那么這就是下一個(gè)輪廓點(diǎn)，記錄鏈碼，修改方位codei+1 = next，進(jìn)入下一次搜索；（3）如果位于該next方位的像素不是物體上的點(diǎn)，即不滿(mǎn)足f(x,y)=1,那么它就不是下一個(gè)輪廓點(diǎn)，向右依次回溯，next= next +1；數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)（4）如果next = code1，且x=x0,y=y0，則已經(jīng)回到起始點(diǎn)，搜索結(jié)束；否則繼續(xù)搜索;3、搜索結(jié)束，從co

10、de1開(kāi)始給出區(qū)域的起始位置坐標(biāo)以及移動(dòng)方向碼（Freeman碼，鏈碼），它們就包括了一個(gè)區(qū)域的完整的輪廓信息 八方位碼時(shí)，方位編碼只需要3bits。各方位碼的行程可用霍夫曼碼等進(jìn)一步編碼 。數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)減少搜索的技巧SDEDIP例：左圖為圖像f(x,y)中的目標(biāo)區(qū)域，采用八方位碼，則區(qū)域鏈碼 0422426142617161note: 八方位碼只需搜索5個(gè)方向。數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)area area0y(-1)7 (y+y+1)/2(-1)4y(+1) 5 (y+y+1)/2(+1)603 (y-1+y)/2(+1)201 (y+y-1)/2(-1)oeNNP2Y+1yy-113

11、572640unitx其中Ne是邊界鏈碼中偶數(shù)的數(shù)目，No是奇數(shù)的數(shù)目。（2）面積（1）周長(zhǎng)由鏈碼計(jì)算圖形的幾何特征數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)(3)Xmax,Xmin,Ymax,Ymin,重心，矩編碼構(gòu)成： 編號(hào)+IP坐標(biāo)(x,y)+鏈碼特點(diǎn)：圖像細(xì)節(jié)少數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)圖像多等灰度級(jí)區(qū)域，邊界是等值線(xiàn)，用鏈碼表示。區(qū)域內(nèi)部不存儲(chǔ)或傳輸。等值線(xiàn)編碼壓縮。編碼內(nèi)容：等值線(xiàn)號(hào)、灰度級(jí)、IP行號(hào)、IP列號(hào)、鏈碼（自然碼）（差分碼）（自然碼/行程編碼/Huffman編碼）全體象素位置標(biāo)記為I，（1）T算法（等值線(xiàn)）：鏈碼，并對(duì)跟蹤過(guò)的點(diǎn)標(biāo)記A、D、R、I。若二次通過(guò)看分配表。（2）IP算法（起始點(diǎn)）：

12、圖像左上角，左右，掃描圖像，檢查標(biāo)志符。算法：比較點(diǎn)表。等值線(xiàn)編碼等值線(xiàn)編碼映射器數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)7.5 有誤差編碼技術(shù)映射器n圖像像素之間的相關(guān)性很高，可以將圖像映射到另一個(gè)表示域，減少數(shù)據(jù)的變換范圍。n在編碼時(shí)通常還對(duì)造成較小誤差的數(shù)據(jù)忽略，以獲得更高的編碼率，因此屬于“有誤差編碼技術(shù)”。 n1、預(yù)測(cè)編碼n2、變換編碼數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)7.5.1預(yù)測(cè)編碼（DPCM） (微分/差分脈沖調(diào)制)-+XNeNXNeNeN輸出XN輸出XN量化器編碼器預(yù)測(cè)器解碼器預(yù)測(cè)器數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)預(yù)測(cè)編碼原理n根據(jù)信號(hào)規(guī)律，設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)公式，對(duì)預(yù)測(cè)的誤差進(jìn)行編碼。n線(xiàn)性預(yù)測(cè)編碼（差分脈沖調(diào)制）、非線(xiàn)性

13、預(yù)測(cè)編碼。當(dāng)前xn，之前的信號(hào)xn-1 , xn-2 , xn-m，則預(yù)測(cè)值為預(yù)測(cè)誤差en是用于傳輸?shù)牧浚h(yuǎn)小于原值。令：E（ en 2）0，則可獲得最佳估值 ),.,(1mnnnxxfxnnnxxe數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)預(yù)測(cè)誤差)()/()()()()(112112)/()(12令 與誤差en最小值條件一致。 數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)令：)/()()/(1得到：)/)/(11 , )p(xx/xp(xnmnnn1)()()/(1也就是說(shuō)，xn的最佳估值是已知條件xn-1 ,xn-2 , xn-m下xn的數(shù)學(xué)期望。設(shè)與序列的前值無(wú)關(guān)，那么：數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)預(yù)測(cè)編碼n利用預(yù)測(cè)誤差傳送信號(hào)，差

14、分脈沖編碼調(diào)制（DPCM）xn表示時(shí)刻n的輸入信號(hào)， 表示預(yù)測(cè)信號(hào)，它是由xn之前的m個(gè)信號(hào)估計(jì)的，en為預(yù)測(cè)誤差信號(hào)。因此，在實(shí)際系統(tǒng)中，信號(hào)前m個(gè)值是不能預(yù)測(cè)的，輸入的是實(shí)際信號(hào)的幅度，它們要用單獨(dú)的方式編碼。若框圖中缺少“量化器”，則傳送的信號(hào)無(wú)損失，整個(gè)系統(tǒng)無(wú)誤差，為“無(wú)損預(yù)測(cè)編碼”。在有“量化器”時(shí)，誤差被重整為很少的數(shù)目en，為“有損預(yù)測(cè)編碼”，但編碼比特?cái)?shù)減少，可以獲得更大的壓縮比。nx 數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)1、線(xiàn)性預(yù)測(cè)假設(shè)二維靜止圖像信號(hào)是一個(gè)均值為0，方差為2的平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程，x1 , x2 , xn-1為在時(shí)刻t1 , t2 , tn-1的采樣值，那么時(shí)刻tn的采樣值可以由

15、它之前的n-1已知的采樣值估計(jì)， 11niiintat111niia數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)Prisch研究并修正了這個(gè)結(jié)論為了防止DPCM系統(tǒng)中出現(xiàn)“極限環(huán)”（Limit Circle）振蕩和減少傳輸誤碼的擴(kuò)散效應(yīng)，應(yīng)滿(mǎn)足下列兩個(gè)條件：（1）預(yù)測(cè)誤差e=0應(yīng)該是一個(gè)量化輸出電平，也就是說(shuō)量化分層的總數(shù)K應(yīng)該是奇數(shù)；（2）所有預(yù)測(cè)系數(shù)應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足 111niia和111niia 數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)DPCM中利用已知信息的方法掃描方向前一行X6X3X2X4X7當(dāng)前行X5X1XP3當(dāng)前象素圖7-13 預(yù)測(cè)當(dāng)前象素時(shí)采用的以前像素的位置，數(shù)字表示優(yōu)先關(guān)系掃描方向數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)（1）前值預(yù)測(cè)：對(duì)

16、XN的估計(jì)只取前一個(gè)值X N-1；（2）一維預(yù)測(cè)（行內(nèi)預(yù)測(cè)）:取同行中前面若干個(gè)；（3）二維預(yù)測(cè)：本行前幾個(gè)與上行相鄰幾個(gè)。（4）三維預(yù)測(cè)：相鄰兩幀圖像的相關(guān)性，動(dòng)態(tài)圖像（視頻）。數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)隔行掃描的電視圖像，經(jīng)驗(yàn)公式：) 1, 1(81) 1, 1(81), 1(41) 1,(21),(nmfnmfnmfnmfnmf人頭像的典型預(yù)測(cè)公式為：) 1, 1(0.061) 1, 1(0.200 ), 1(0.437) 1,(0.702),(nmfnmfnmfnmfnmf數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)2、非線(xiàn)性預(yù)測(cè)編碼ai變化，與圖像的局部特性相匹配，典型方案：按象素差值大小進(jìn)行預(yù)測(cè)其它如果 )

17、, 1(97. 0) 1, 1() 1,() 1, 1(), 1() 1,(97. 0),(nmfnmfnmfnmfnmfnmfnmf數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)注：Si不是時(shí)間序列，而是由S0與Si之間距離來(lái)決定的序列，距離越近，Si越小。令: d1=s0-s1, d11=a(s3-s2); d2=s0-s2, d22=a(s1-s7); d3=s0-s3, d33=a(s1-s2); a=0.5由于Si狀態(tài)不一樣，非線(xiàn)性預(yù)測(cè)進(jìn)一步修改為：S11S9S7S8S10S12S2S6S3S4S5S0S1ddmiiiimiiidWddsWs111 ,1)21(1數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)無(wú)損預(yù)測(cè)系統(tǒng)壓縮圖像預(yù)

18、測(cè)器整數(shù)舍入+輸入圖像fn符號(hào)編碼器+-en預(yù)測(cè)器+解壓圖像符號(hào)解碼器+en壓縮圖像圖6.5.1 無(wú)損預(yù)測(cè)編碼系統(tǒng)數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)有損預(yù)測(cè)系統(tǒng)預(yù)測(cè)器+解壓圖像符號(hào)解碼器+En壓縮圖像圖 無(wú)損預(yù)測(cè)編碼系統(tǒng)壓縮圖像預(yù)測(cè)器+輸入圖像fn符號(hào)編碼器+en+量化器+-+En數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)3、預(yù)測(cè)誤差的量化nnene2ene21)e (p拉普拉斯分布 均勻量化，只要量化級(jí)數(shù)少于8bits就可望達(dá)到壓縮的效果。也可以根據(jù)最佳量化器的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)最佳的非線(xiàn)性量化器，當(dāng)每像素平均2bits時(shí)就可以得到較好的圖像質(zhì)量。若采用自適應(yīng)量化或矢量量化，圖像質(zhì)量可進(jìn)一步提高。 數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)7.5

19、.2 變換編碼變換編碼映射器映射器實(shí)際圖像的空間域信息正交變換頻率/列率編碼特點(diǎn)：1）正交變換，相關(guān)性下降；2）頻譜信息來(lái)自整個(gè)圖像，頻譜能量集中低頻；3）受噪聲干擾?。?4）變換系數(shù)存在量化過(guò)程，不可逆編碼。輸入圖像構(gòu)造子圖像正變換量化符號(hào)編碼壓縮數(shù)據(jù)壓縮數(shù)據(jù)符號(hào)解碼反變換合并子圖像解壓圖像圖 典型的變換編碼系統(tǒng)框圖數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)編碼中需考慮的重要因素1、變換方法的選擇信息集中能力強(qiáng)弱：KLT，DCT，DFT，WHT計(jì)算量大?。篕LT，DCT，DFT，WHT2、子圖像尺寸的選擇2的冪次，圖像的相關(guān)性與圖像尺寸有關(guān)，8*8，16*163、比特的分配對(duì)變換子圖像的系數(shù)截留、量化和編碼的全

20、過(guò)程。數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)系數(shù)截留方式： 區(qū)域編碼區(qū)域編碼和域值編碼域值編碼1）區(qū)域編碼：對(duì)能量集中區(qū)域進(jìn)行抽樣，并對(duì)區(qū)域內(nèi)變換系數(shù)編碼。壓縮率高2）域值編碼：對(duì)變換系數(shù)的幅度進(jìn)行編碼。效果好7654328165432170543210604321005032100040210000301000002000000010區(qū)域比特分配圖數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)壓縮步驟n1、確定矩陣階數(shù)；n2. 分別按圖像矩陣的行或列，求得圖像數(shù)據(jù)的協(xié)方差矩陣；n3. 確定變換矩陣；n4. 計(jì)算變換域的協(xié)方差矩陣；n5. 保留較大的系數(shù)，把小于等于域值的系數(shù)以0代替；n6. 按新矩陣傳輸非零系數(shù)，并在接收端用反變換

21、核求原始圖像的值數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)特點(diǎn)：（1）變換系數(shù)的相關(guān)性遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于圖象象素間的相關(guān)性；（2）變換矩陣固定，DFT, DCT, Walsh_Hadamard, Slant, Haar；（3）快速算法。數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)2、 混合編碼混合編碼 :較好的復(fù)原圖像 f(x,y)1D行變換核行間預(yù)測(cè)編碼數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)1、以上的編碼方法均以信號(hào)和信息理論為指導(dǎo)，屬波形編碼。2、圖像壓縮降低了數(shù)字圖像的存儲(chǔ)量，縮短了圖像傳送所需求的時(shí)間，但是這是以壓縮和解壓縮的時(shí)間為代價(jià)的。3、有損壓縮比無(wú)損壓縮可以達(dá)到更高的壓縮比，但是后者保持了數(shù)據(jù)的完整性。4、K-L變換對(duì)于靜態(tài)圖像的編碼是最佳的方

22、法，但是它需要對(duì)特征矩陣作繁重的計(jì)算。5、對(duì)于那些可以用一階馬爾科夫（ Markov）過(guò)程來(lái)模擬的圖像來(lái)說(shuō)，DCT是K-L變換很好的近似，尤其是當(dāng)P接近1時(shí)。波形編碼圖像壓縮要點(diǎn)波形編碼圖像壓縮要點(diǎn)數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)6、基于方波變換的圖像壓縮方法在計(jì)算量上效率比較高，但是一般來(lái)說(shuō)，比起 DCT編碼的效率要低。7、最佳編碼方法生成的誤差圖像只包含高斯白噪聲。8、現(xiàn)代圖像和視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)綜合各種數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，以達(dá)到更高的效率和更好的結(jié)果。9、由于有損壓縮方法得到的圖像的質(zhì)量，依賴(lài)于壓縮率和圖像的內(nèi)容。評(píng)價(jià)是，應(yīng)該在高質(zhì)量的現(xiàn)實(shí)設(shè)備上，用具有代表性的待壓縮圖像進(jìn)行對(duì)照性的比較。數(shù)字圖像處理與分析基

23、礎(chǔ)7.7 圖像編碼標(biāo)準(zhǔn)圖像編碼標(biāo)準(zhǔn)n1、二值圖像壓縮編碼、二值圖像壓縮編碼n2、靜態(tài)圖像壓縮編碼、靜態(tài)圖像壓縮編碼n3、動(dòng)態(tài)圖像壓縮編碼、動(dòng)態(tài)圖像壓縮編碼國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(international standardization organization，ISO) 國(guó)際電信聯(lián)盟(international telecommunication union , ITU) 國(guó)際電話(huà)電報(bào)咨詢(xún)委員會(huì)(consultative committee of the international telephone and telegraph，CCITT)。 數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)表7-8 主要的數(shù)據(jù)壓縮標(biāo)準(zhǔn)及其

24、典型應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)號(hào)俗稱(chēng)適用信源典型應(yīng)用ITU-T T.82 | ISO/IEC 11544JBIG-1二值圖像、圖形G4傳真機(jī)、計(jì)算機(jī)圖形ISO/IEC 14492JBIG-2二值圖像、圖形傳真機(jī)、WWW圖形庫(kù)、PDA等ITU-T T.81 | ISO/IEC 10918JPEG連續(xù)色調(diào)靜止圖像圖像庫(kù)、傳真、彩色印刷、數(shù)碼相機(jī)等ITU-T T.87 | ISO/IEC 14495JPEG-LS連續(xù)色調(diào)靜止圖像醫(yī)學(xué)、遙感圖像資料的無(wú)損/近似無(wú)壓縮ISO/IEC 11544JPEG2000連續(xù)色調(diào)靜止圖像各種圖形、圖像（含計(jì)算機(jī)生成的）ITU-T G.723 、G.728和G.729語(yǔ)音數(shù)字通信和電話(huà)

25、錄音ITU-T-T H.261P64活動(dòng)圖像ISDN上的會(huì)議電視/可視電話(huà)ITU-T-T H.263活動(dòng)圖像PSTN上的會(huì)議電視/可視電話(huà)ISO/IEC 11172MPEG-1活動(dòng)圖像及伴音VCD、DBA、多媒體、VOD等ITU-T-T H.262 | ISO/IEC 13818-2MPEG-2視頻高質(zhì)量活動(dòng)圖像SVCD/DVD、VOD/MOD、多媒體視頻游戲、DVB DTV/HDTV等ISO/IEC 14496MPEG-4多媒體音像數(shù)據(jù)WWW 上的視頻、音頻擴(kuò)展數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)7.7.1 二值圖像壓縮編碼1、G3和G4CCITT的T.0建議書(shū)“公共電話(huà)網(wǎng)文件傳輸傳真設(shè)備分類(lèi)”中定義了G

26、1、G2、G3和G4四種傳真機(jī)。規(guī)定G3傳真機(jī)可采用MH（Modified Huffman）和MR（Modified READ）編碼方式，G4傳真機(jī)采用MMR（Modified Modified READ）編碼方式。數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)G3和G4G3：非自適應(yīng)編碼，1-D游程編碼技術(shù)、位平面分解、常數(shù)塊編碼。對(duì)每組N行(N2或N=4)掃描線(xiàn)中的后N-1行也可以用2-D方式編碼。1組共8幅 “試驗(yàn)”圖用來(lái)評(píng)判各種壓縮方法，包括打印的文字、用幾種語(yǔ)言手寫(xiě)的文字、少量的線(xiàn)繪圖G3對(duì)它們的壓縮率約為15：1。G4：G3的1種簡(jiǎn)化版本，其中只使用2-D編碼。G4的壓縮率一般比G3高1倍。 數(shù)字圖像處理

27、與分析基礎(chǔ)2、 JBIT（ Joint Bi-level Image Coding Experts group)n一種高清晰度的二值圖像編碼標(biāo)準(zhǔn)，1991年制定 。n自適應(yīng)技術(shù)，對(duì)半調(diào)灰度(halftone)圖有改進(jìn)n“軟拷貝通信”用于傳真機(jī)：圖像按位平面進(jìn)行分解，分層傳送。用于圖像檢索：漸進(jìn)(累進(jìn))的傳輸與重建策略。原圖像縮小，水平/垂直各1/2求概略圖，最低分辨率，依次傳送，滿(mǎn)意可中止。數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)JBIG標(biāo)準(zhǔn)圖像縮小DP模板模型熵編碼抖動(dòng)或非抖動(dòng)圖像圖7-15 JBIG標(biāo)準(zhǔn)的方框圖n 圖像縮?。╮eduction method， 分辨率變換）采用PRES形式（progressi

28、ve reduction scheme，累進(jìn)壓縮方案），使圖像和圖形部分保持良好的縮小特性。n DP（deterministic prediction，唯一性預(yù)測(cè)），根據(jù)圖像縮小的方式，從已編過(guò)碼的像素唯一地確定所要編碼的像素值。n 模板模型（template model）是編碼時(shí)所用的參考像素的模型，在分辨率最低圖像中采用的是高階馬爾科夫模型。n 熵編碼（entropy coder）中采用的是QM碼，屬于自適應(yīng)算術(shù)編碼方式。數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)6.9.2 靜止彩色圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)靜止彩色圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)n1、JPEG n2、JPEG 2000數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)1、 JPEG（Joint Pic

29、ture Experts Group)n聯(lián)合圖像專(zhuān)家小組n“聯(lián)合” 是指，國(guó)際電報(bào)電話(huà)咨詢(xún)委員會(huì)（CCIT）和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（ISO）聯(lián)合組成的一個(gè)圖像專(zhuān)家小組。聯(lián)合圖像專(zhuān)家小組1986年成立，任務(wù)是開(kāi)發(fā)研制出連續(xù)色調(diào)、多級(jí)灰度、靜止圖像的數(shù)字圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)，使之滿(mǎn)足以下的要求：n（1）達(dá)到或接近當(dāng)前壓縮比與圖像保真度技術(shù)水平，能覆蓋一個(gè)較寬的圖像質(zhì)量等級(jí)，能達(dá)到“很好”到“極好”的評(píng)估，即編碼圖像與原始圖像相比較，人的視覺(jué)難以區(qū)分差別。n（2）能適用于任何種類(lèi)的連續(xù)色調(diào)的圖像，且長(zhǎng)寬比都不受限制，同時(shí)也不受限于景物內(nèi)容、圖像的復(fù)雜度和統(tǒng)計(jì)特性等。n（3）計(jì)算的復(fù)雜性是可控制的，其軟件可在各

30、種CPU上完成，算法也可用硬件實(shí)現(xiàn)數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)（4）JPEG算法具有下面四種操作方式：順序編碼。每個(gè)圖像按從左到右、從上到下掃描，一次掃描完成編碼。累進(jìn)編碼。圖像編碼在多次掃描中完成。累進(jìn)編碼傳輸時(shí)間長(zhǎng)，接受端收到的圖像是多次掃描由粗糙到清晰的累進(jìn)過(guò)程。無(wú)失真編碼?？杀ＷC解碼后完全精確地恢復(fù)源圖像，其壓縮比低于有失真編碼。分層編碼。圖像在多個(gè)空間分辨率進(jìn)行編碼。當(dāng)信道傳輸速率慢，接收端顯示器分辯率也不高的情況下，只需做低分辨率解碼，不必進(jìn)行高分辨率解碼。數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)Fig7-16 JPEG BASELINE 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖DCT88量化器輸入圖像量化表DC系數(shù)AC系數(shù)塊間DPC

31、MZ字型掃描DC霍夫曼表霍夫曼編碼霍夫曼編碼AC霍夫曼表字節(jié)填充復(fù)用輸出數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)碼控制信號(hào)數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)離散余弦變化后得到64個(gè)變換系數(shù)，對(duì)應(yīng)于頻率為0的系數(shù)稱(chēng)為“直流分量”（DC系數(shù)）,其它63個(gè)系數(shù)稱(chēng)為“交流分量”（AC系數(shù)）。這兩種系數(shù)量化和編碼的方式都不同。數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)量化器由包含64個(gè)分量的量化表組成，量化表的內(nèi)容由用戶(hù)指定，每一個(gè)分量是從1到255的任意整數(shù)。因此量化就是每一個(gè)DCT系數(shù)被與它相對(duì)應(yīng)的量化器的步長(zhǎng)（quantizer step size）除，再取整：C(u,v)圖像DCT之后的系數(shù)，Q(u,v)量化參數(shù)， CQ(u,v)量化后的DCT系數(shù)。由于存在

32、取整，量化過(guò)程不可逆，造成信息的丟失，因此會(huì)使圖像失真。如果這種失真足夠小，不影響視覺(jué)感受，就是可以接受的。 u,v)(C(u,v)/Q(u,v)CQ取整1、量化數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)表7-9 亮度量化表1611101624405161121214192658605514131624405769561417222951878062182237566810910377243555648110411392496478871031211201017292959811210010399數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)表7-10 色度量化表1718244799999999182126669999999924266

33、699999999994766999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)2、編碼1、直流系數(shù)采用差值編碼。2、交流系數(shù)，需要先將交流系數(shù)從AC01開(kāi)始，按照“Z”字形路線(xiàn)掃描，至AC63，這樣可以將低頻系數(shù)置于高頻系數(shù)之前，獲得大量連續(xù)的“0”。非零的系數(shù)采用霍夫曼碼編碼，而“0”采用行程編碼，多種技術(shù)綜合使用可以得到很高的壓縮比， 7654328165432170543210604321005032100040210000301000002000000010數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)表7-11 中

34、等復(fù)雜程度的彩色圖像的壓縮結(jié)果及圖像品質(zhì)統(tǒng)計(jì)壓縮結(jié)果（bits/pixel）圖像品質(zhì)評(píng)價(jià)0.250.5中好，滿(mǎn)足某些應(yīng)用0.50.75好很好，滿(mǎn)足多數(shù)應(yīng)用0.751.5極好，滿(mǎn)足大多數(shù)應(yīng)用1.52.0幾乎與原圖像無(wú)差別數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)6.9.2 靜止彩色圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)靜止彩色圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)n2、JPEG20001997年開(kāi)始征集提案（call for proposal） 目標(biāo)：提高圖像的壓縮質(zhì)量，尤其是低碼率的增加新功能：根據(jù)圖像質(zhì)量、視覺(jué)感受和分辨率進(jìn)行漸進(jìn)傳輸，對(duì)碼流的隨機(jī)存取和處理，開(kāi)放結(jié)構(gòu)、向下兼容等。1999年形成工作草案，2000年問(wèn)世。 數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)7.7.3 7.7

35、.3 視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)n1、H.261；n2、MPEG-I;n3、MPEG-II n4、MPEG-IV n5、MPEG-VII 各種電視通訊領(lǐng)域：電視會(huì)議、數(shù)字廣播、可視電話(huà)、網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)1 1、電視會(huì)議標(biāo)準(zhǔn)、電視會(huì)議標(biāo)準(zhǔn)H.261H.261CCITT1990年制定的序列灰度圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)，會(huì)議電視也稱(chēng)為P*64標(biāo)準(zhǔn)（P=1,2,30），其碼流可為：64，128，1920kbit/s。可以允許通過(guò)T1線(xiàn)路（帶寬為1.544Mbit/s）以小于150ms的延遲傳輸運(yùn)動(dòng)視頻。DCT的方法進(jìn)行了擴(kuò)展，減少幀間冗余（1） 對(duì)序列中的第1幀（或某參考幀）圖用類(lèi)似于JPEG中的DCT壓縮，以