數(shù)字圖像處理-預測編碼、霍夫曼編碼【】

1、精選課件1預測編碼、霍夫曼編碼預測編碼、霍夫曼編碼2017級研討交流精選課件2圖像壓縮圖像壓縮預測編碼預測編碼DPCMDPCM編碼編碼預測編碼的基本原理預測編碼的基本原理精選課件3 預測編碼（預測編碼（Predictive Coding)Predictive Coding)，就是根據(jù)就是根據(jù)“過去過去”的時刻的像素值，運用一種模型，預測當前的的時刻的像素值，運用一種模型，預測當前的像素值，預測編碼通常不直接對信號編碼，而是對預測像素值，預測編碼通常不直接對信號編碼，而是對預測誤差進行編碼誤差進行編碼。當預測比較準確，誤差較小時，即可達當預測比較準確，誤差較小時，即可達到編碼壓縮的目的。到編碼壓

2、縮的目的。 原理：原理：對圖象的一個像素的離散幅度的真實對圖象的一個像素的離散幅度的真實值，利用其相鄰象素的相關性，預測它的下一個象素值，利用其相鄰象素的相關性，預測它的下一個象素的可能值，再求兩者差，對這種具有預測性質(zhì)的差值，的可能值，再求兩者差，對這種具有預測性質(zhì)的差值，量化，編碼，就可以達到壓縮的目的。量化，編碼，就可以達到壓縮的目的。預測編碼的基本原理預測編碼的基本原理精選課件4預測編碼示意圖預測編碼示意圖輸入圖象預測器n量化器編碼器n解碼器傳輸n輸出圖象預測器nfnfnfnf預測編碼的基本原理預測編碼的基本原理精選課件5預測器：),(21knnnnfffFfnf是根據(jù)前面幾個像素的亮

3、度值knnnfff,21nnnff預測而得預測誤差量化器：對n進行舍入，整量化編碼器：可采用成熟的編碼技術，如Huffman編碼等解碼器：編碼器的逆1,),(121knlkkkknnnnafafffFf線性預測器：預測編碼的基本原理預測編碼的基本原理精選課件6例：例：2468842102435786324331-4-47246884210f預測器5 .0,),(1221knnkkknnnafaffFf預測編碼的基本原理預測編碼的基本原理精選課件7 收端解碼時的預測過程與發(fā)端相同，所用預測器也相同，收端輸出的信號是發(fā)端的近似值，兩者的誤差是 nnnnnnnffff注意注意：1 1）多點預測）多點

4、預測x1x2x3x)3()2() 1()(321xfaxfaxfaxf預測編碼的基本原理預測編碼的基本原理精選課件8 3）預測系數(shù)隨著不同的圖象而不同，但對每幅圖象都計算預測系數(shù)太麻煩，也不現(xiàn)實，可參考前人得到的數(shù)據(jù)選擇使用。在靜止圖象壓縮的國際標準(JPEG)中，對這種方法的前置點形式以及預測系數(shù)有一推薦值可供參考。 2) 每行的最開始的幾個像素無法預測，這些像素需要用其他方式編碼，這是采用預測編碼所需要的額外操作預測編碼的基本原理預測編碼的基本原理精選課件9預測編碼法是一種預測編碼法是一種設備簡單、質(zhì)量較佳設備簡單、質(zhì)量較佳的高效編碼法。預的高效編碼法。預測編碼方法主要有二種：測編碼方法主

5、要有二種： 增量調(diào)制編碼增量調(diào)制編碼( (Delta modulation)Delta modulation)或或 DMDM編碼法；編碼法； 差分脈沖編碼調(diào)制編碼差分脈沖編碼調(diào)制編碼(Differential Pulse Code (Differential Pulse Code Modulation)Modulation)或或 DPCMDPCM 編碼法。編碼法。預測編碼的基本方法預測編碼的基本方法精選課件10DPCM編碼編碼(Differential Pulse Code Modulation)，實，實際上是際上是M和和PCM兩種技術相結(jié)合的編碼方法。兩種技術相結(jié)合的編碼方法。DPCMDPC

6、M 有損有損預測編碼預測編碼 精選課件11 DPCM編碼的基本原理編碼的基本原理 在卡特勒的專利中提出利用積分器根據(jù)一行上前樣在卡特勒的專利中提出利用積分器根據(jù)一行上前樣本值預測現(xiàn)樣本值，并且把現(xiàn)樣本值與其估計值的差值本值預測現(xiàn)樣本值，并且把現(xiàn)樣本值與其估計值的差值進行量化和編碼。這就是進行量化和編碼。這就是DPCMDPCM的基本設計思想。的基本設計思想。 DPCMDPCM編碼器原理框圖由取樣器、比較器、量化器、編碼器原理框圖由取樣器、比較器、量化器、預測器、編碼器五個部分組成。預測器、編碼器五個部分組成。DPCMDPCM 有損有損預測編碼預測編碼 精選課件12)(tf)(te)(nS)(tf

7、)(nS)(te)(tf)(tfDPCM編、譯碼原理框圖量化器量化器編碼器編碼器預測器預測器解碼器解碼器預測器預測器DPCMDPCM 有損有損預測編碼預測編碼 精選課件13輸入信號輸入信號f(t)經(jīng)采樣后將樣值送入經(jīng)采樣后將樣值送入 比較器，使得比較器，使得f(t)與預測值相減得出誤差信號，即與預測值相減得出誤差信號，即 。然后，將然后，將e(t)送入量化器量化。送入量化器量化。量化后的樣值再送入量化后的樣值再送入PCM編碼器中編碼，以便傳輸。編碼器中編碼，以便傳輸。另外一路是將另外一路是將e(t)送入相加器，在這里送入相加器，在這里e(t)與與 相加后再送入預測器，相加后再送入預測器，以便預

8、測下一個樣值。以便預測下一個樣值。e tf tf t( )( )( )( )f t編碼過程：DPCMDPCM 有損有損預測編碼預測編碼 )(tf)(te)(nS)(tf量化器量化器編碼器編碼器預測器預測器精選課件14 譯碼器的原理框圖如圖譯碼器的原理框圖如圖(b)所示。所示。譯碼器譯碼器收到碼字后首先經(jīng)收到碼字后首先經(jīng)PCM譯碼譯碼，得到得到 e(t) 后再送入相加器與預測值后再送入相加器與預測值 相加得到相加得到 f(t)。另外另外，f(t)又送到預測器以便預測下一個樣值。又送到預測器以便預測下一個樣值。( )f t譯碼過程：DPCMDPCM 有損有損預測編碼預測編碼 )(nS)(tf)(t

9、f解碼器解碼器預測器預測器)(te精選課件15 DPCM編碼的量化信噪比編碼的量化信噪比 在在DPCM中，由于系統(tǒng)的量化誤差不再在中，由于系統(tǒng)的量化誤差不再在范圍內(nèi)，而是在范圍內(nèi)，而是在（ ）范圍內(nèi)，其中）范圍內(nèi)，其中 。22, 21M mcsqfffMNNS23228) 1(3而而DPCM的量化信噪比為的量化信噪比為DPCMDPCM 有損有損預測編碼預測編碼 精選課件16 在所有有損預測壓縮中都會出現(xiàn)誤差。誤差的嚴重程度取決于使用的量化方法和預測方法之間的相互作用 盡管存在這種相互作用定義預測函數(shù)時仍然假定沒有量化誤差定義量化函數(shù)時僅是盡可能地降低它自身的誤差即量化函數(shù)和預測函數(shù)是分別定義的

10、DPCMDPCM 有損有損預測編碼預測編碼 精選課件17例：例：DPCM編碼中不同預測器效果比較DPCMDPCM 有損有損預測編碼預測編碼 精選課件18例：例：DPCM編碼中不同量化器效果比較DPCMDPCM 有損有損預測編碼預測編碼 精選課件19圖像壓縮圖像壓縮霍夫曼編碼霍夫曼編碼 1952年，年，David A. Huffman在麻省理工攻讀博士時發(fā)表在麻省理工攻讀博士時發(fā)表了了一種構(gòu)建極小多余編碼的方法一種構(gòu)建極小多余編碼的方法（A Method for the Construction of Minimum-Redundancy Codes）一文，）一文，提出提出Huffman編碼算法

11、。編碼算法。是可變長編碼是可變長編碼(VLC)的一種。的一種。 霍夫曼編碼霍夫曼編碼(Huffman Coding)精選課件20圖像壓縮圖像壓縮霍夫曼編碼霍夫曼編碼基本思想：基本思想： 完全依據(jù)字符出現(xiàn)概率完全依據(jù)字符出現(xiàn)概率進行編碼進行編碼 出現(xiàn)概率出現(xiàn)概率高高的字符使用較的字符使用較短短的編碼的編碼 出現(xiàn)概率出現(xiàn)概率低低的字符使用較的字符使用較長長的編碼的編碼 編碼后平均碼字長最短編碼后平均碼字長最短精選課件21圖像壓縮圖像壓縮霍夫曼編碼霍夫曼編碼哈夫曼編碼算法：哈夫曼編碼算法：(1) 信源符號按概率分布大小，以遞減次序排列；信源符號按概率分布大小，以遞減次序排列； (2) 取兩個取兩個最

12、小的概率最小的概率，分別賦以，分別賦以“0”,“1”;然后把這兩個概率值然后把這兩個概率值相加相加，作為新概率值與其他概率，作為新概率值與其他概率重新排序重新排序(3) 按重排概率值，按重排概率值，重復重復(2)，直到概率和達到，直到概率和達到1為止；為止；(4) 由后向前由后向前排列碼序，即得霍夫曼編碼。排列碼序，即得霍夫曼編碼。精選課件22圖像壓縮圖像壓縮霍夫曼編碼霍夫曼編碼哈夫曼編碼具體步驟：哈夫曼編碼具體步驟：(1) 統(tǒng)計像素出現(xiàn)的概率統(tǒng)計像素出現(xiàn)的概率得到由大到小排列的像素概率表；得到由大到小排列的像素概率表；(2) 構(gòu)建霍夫曼樹構(gòu)建霍夫曼樹a.從從2個概率最小的開始做父節(jié)點，個概率最小的開始做父節(jié)點， b.循環(huán)操作循環(huán)操作a,最終做到根節(jié)點最終做到根節(jié)點1的位置結(jié)束；的位置結(jié)束；(3) 對圖像進行編碼對圖像