圖像壓縮(my)青島大學(xué)

1、圖像壓縮編碼圖像壓縮編碼圖像壓縮編碼圖像壓縮編碼 數(shù)據(jù)壓縮與信息論基礎(chǔ)數(shù)據(jù)壓縮與信息論基礎(chǔ) 圖像壓縮與編碼基本概念圖像壓縮與編碼基本概念 信息論基礎(chǔ)信息論基礎(chǔ) 圖像壓縮編碼圖像壓縮編碼 無損壓縮無損壓縮 有損壓縮有損壓縮 圖像壓縮編碼主要國際標(biāo)準(zhǔn)圖像壓縮編碼主要國際標(biāo)準(zhǔn)靜止圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)靜止圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)-JPEG運(yùn)動(dòng)圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)-MPEG 第一節(jié)圖像壓縮與編碼基本概念第一節(jié)圖像壓縮與編碼基本概念 為什么要進(jìn)行圖像壓縮為什么要進(jìn)行圖像壓縮 圖像數(shù)據(jù)壓縮的可能性圖像數(shù)據(jù)壓縮的可能性 數(shù)據(jù)冗余數(shù)據(jù)冗余 圖像壓縮的目的圖像壓縮的目的 圖像數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)的重要指標(biāo)圖像數(shù)據(jù)壓縮

2、技術(shù)的重要指標(biāo) 圖像數(shù)據(jù)壓縮的應(yīng)用領(lǐng)域圖像數(shù)據(jù)壓縮的應(yīng)用領(lǐng)域 圖像編碼中的保真度準(zhǔn)則圖像編碼中的保真度準(zhǔn)則 信息論基礎(chǔ)信息論基礎(chǔ) 圖像壓縮模型圖像壓縮模型一一. .為什么要進(jìn)行圖像壓縮？為什么要進(jìn)行圖像壓縮？ 數(shù)字圖像通常要求很大的比特?cái)?shù)，這給圖像的數(shù)字圖像通常要求很大的比特?cái)?shù)，這給圖像的傳輸和存儲(chǔ)帶來相當(dāng)大的困難。要占用很多的資源，傳輸和存儲(chǔ)帶來相當(dāng)大的困難。要占用很多的資源，花很高的費(fèi)用?；ê芨叩馁M(fèi)用。 如一幅如一幅512*512的灰度圖象的比特?cái)?shù)為的灰度圖象的比特?cái)?shù)為 512*512*8= 再如一部再如一部9090分鐘的彩色電影，每秒放映分鐘的彩色電影，每秒放映2424幀。幀。把它數(shù)字化

3、，每幀把它數(shù)字化，每幀512*512象素，每象素的象素，每象素的 、 、三分量分別占三分量分別占8 bit8 bit，總比特?cái)?shù)為，總比特?cái)?shù)為 90*60*24*3*512*512*8bit=。 如一張如一張CDCD光盤可存光盤可存600600兆字節(jié)數(shù)據(jù)，這部電兆字節(jié)數(shù)據(jù)，這部電影光圖像（還有聲音）就需要影光圖像（還有聲音）就需要張張CDCD光盤用來光盤用來存儲(chǔ)。存儲(chǔ)。 對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮顯得非常必要。對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮顯得非常必要。 二二. .圖像數(shù)據(jù)壓縮的可能性圖像數(shù)據(jù)壓縮的可能性 一般原始圖像中存在很大的冗余度。一般原始圖像中存在很大的冗余度。 用戶通常允許圖像失真。用戶通常允許圖像失真。

4、 當(dāng)信道的分辨率不及原始圖像的分辨率時(shí)，降當(dāng)信道的分辨率不及原始圖像的分辨率時(shí)，降低輸入的原始圖像的分辨率對輸出圖像分辨率影低輸入的原始圖像的分辨率對輸出圖像分辨率影響不大。響不大。 用戶對原始圖像的信號(hào)不全都感興趣，可用特用戶對原始圖像的信號(hào)不全都感興趣，可用特征提取和圖像識(shí)別的方法，丟掉大量無用的信息征提取和圖像識(shí)別的方法，丟掉大量無用的信息。提取有用的信息，使必須傳輸和存儲(chǔ)的圖像數(shù)。提取有用的信息，使必須傳輸和存儲(chǔ)的圖像數(shù)據(jù)大大減少。據(jù)大大減少。 設(shè)：設(shè)：n1和和n2是在兩個(gè)表達(dá)相同信息的數(shù)據(jù)集中，所攜是在兩個(gè)表達(dá)相同信息的數(shù)據(jù)集中，所攜帶的單位信息量。帶的單位信息量。 壓縮率壓縮率：描

5、述壓縮算法性能描述壓縮算法性能CR = n1 / n2其中，其中，n1是壓縮前的數(shù)據(jù)量，是壓縮前的數(shù)據(jù)量，n2是壓縮后的數(shù)據(jù)量是壓縮后的數(shù)據(jù)量 相對數(shù)據(jù)冗余相對數(shù)據(jù)冗余：RD = 1 1/CR例：例：CR=20; RD = 19/20描述信源的數(shù)據(jù)是信息量（信源熵）和信息冗余量之和。描述信源的數(shù)據(jù)是信息量（信源熵）和信息冗余量之和。三三. . 數(shù)據(jù)冗余數(shù)據(jù)冗余1 1）數(shù)據(jù)冗余的基本概念）數(shù)據(jù)冗余的基本概念 A. A. 編碼冗余：編碼冗余： 2 2）常見的數(shù)據(jù)冗余）常見的數(shù)據(jù)冗余在數(shù)字圖像壓縮中，常有在數(shù)字圖像壓縮中，常有3種基本的數(shù)據(jù)冗余：編碼冗種基本的數(shù)據(jù)冗余：編碼冗余、像素間的冗余以及心理

6、視覺冗余余、像素間的冗余以及心理視覺冗余為表達(dá)圖像數(shù)據(jù)需要用一系列符號(hào)，用這些符號(hào)根據(jù)為表達(dá)圖像數(shù)據(jù)需要用一系列符號(hào)，用這些符號(hào)根據(jù)一定的規(guī)則來表達(dá)圖像就是對一定的規(guī)則來表達(dá)圖像就是對圖像編碼圖像編碼。對每個(gè)信息或事件所賦的符號(hào)序列稱為對每個(gè)信息或事件所賦的符號(hào)序列稱為碼字碼字，而每個(gè)，而每個(gè)碼字里的符號(hào)個(gè)數(shù)稱為碼字里的符號(hào)個(gè)數(shù)稱為碼字的長度碼字的長度。設(shè)定義在設(shè)定義在0,1區(qū)間的離散隨機(jī)變量區(qū)間的離散隨機(jī)變量sk代表圖像的灰度代表圖像的灰度值，每個(gè)值，每個(gè)sk以概率以概率ps(sk)出現(xiàn)出現(xiàn)Ps(sk)=nk/n k=0,1,2,L-1其中其中L為灰度級(jí)數(shù)，為灰度級(jí)數(shù)，nk是第是第k個(gè)灰度級(jí)

7、出現(xiàn)的次數(shù)，個(gè)灰度級(jí)出現(xiàn)的次數(shù)，n是是圖像中像素總個(gè)數(shù)。設(shè)用來表示圖像中像素總個(gè)數(shù)。設(shè)用來表示sk的每個(gè)數(shù)值的比特的每個(gè)數(shù)值的比特?cái)?shù)是數(shù)是 ，那么為表示每個(gè)像素所需的平均比特?cái)?shù)就，那么為表示每個(gè)像素所需的平均比特?cái)?shù)就是是avg10( )( )kskLkLl s p s( )kl s編碼所用的符號(hào)構(gòu)成的集合稱為編碼所用的符號(hào)構(gòu)成的集合稱為碼本碼本。等長碼：對于一個(gè)消息集合中的不同消息，用相同長等長碼：對于一個(gè)消息集合中的不同消息，用相同長度的不同碼字表示，度的不同碼字表示，編解碼簡單，編碼效率不高編解碼簡單，編碼效率不高。變長碼：與等長碼相對應(yīng)，對于一個(gè)消息集合中的變長碼：與等長碼相對應(yīng)，對于一

8、個(gè)消息集合中的不同消息，也可以用不同長度的碼字表示，不同消息，也可以用不同長度的碼字表示，編碼效編碼效率高，編碼解碼復(fù)雜。率高，編碼解碼復(fù)雜。例：如果用例：如果用8 8位表示該圖像的像素，我們就說該位表示該圖像的像素，我們就說該圖像存在著編碼冗余，因?yàn)樵搱D像的像素只有兩圖像存在著編碼冗余，因?yàn)樵搱D像的像素只有兩個(gè)灰度，用一位即可表示。個(gè)灰度，用一位即可表示。如果一個(gè)圖像的灰度級(jí)編碼，使用了多于實(shí)際如果一個(gè)圖像的灰度級(jí)編碼，使用了多于實(shí)際需要的編碼符號(hào)，就稱該圖像包含了編碼冗余。需要的編碼符號(hào)，就稱該圖像包含了編碼冗余。 B.B.像素冗余：像素冗余： 由于任何給定的像素值，原理上都可以通過它的由

9、于任何給定的像素值，原理上都可以通過它的鄰居預(yù)測到，單個(gè)像素?cái)y帶的信息相對是小的。鄰居預(yù)測到，單個(gè)像素?cái)y帶的信息相對是小的。 對于一個(gè)圖像，很多單個(gè)像素對視覺的貢獻(xiàn)是冗對于一個(gè)圖像，很多單個(gè)像素對視覺的貢獻(xiàn)是冗余的。這是建立在對鄰居值預(yù)測的基礎(chǔ)上。余的。這是建立在對鄰居值預(yù)測的基礎(chǔ)上。 原始圖像越有規(guī)則，各像素之間的相關(guān)性越強(qiáng)，原始圖像越有規(guī)則，各像素之間的相關(guān)性越強(qiáng)，它可能壓縮的數(shù)據(jù)就越多。它可能壓縮的數(shù)據(jù)就越多。例：原圖像數(shù)據(jù)：例：原圖像數(shù)據(jù)：234 223 231 238 235 壓縮后數(shù)據(jù)：壓縮后數(shù)據(jù)：234 11 -8 -7 3相同的目標(biāo)相同的目標(biāo)相同的直方圖相同的直方圖象素間的相象

10、素間的相關(guān)性不同關(guān)性不同類似還有：類似還有：圖像彩色光譜空間的冗余；圖像彩色光譜空間的冗余；視頻圖像信號(hào)在時(shí)間上的冗余；視頻圖像信號(hào)在時(shí)間上的冗余； 一些信息在一般視覺處理中比其它信息的相對重要一些信息在一般視覺處理中比其它信息的相對重要程度要小，這種信息就被稱為視覺心理冗余。程度要小，這種信息就被稱為視覺心理冗余。 (3)(3)視覺心理冗余：視覺心理冗余：33K15K四四. .圖像壓縮的目的圖像壓縮的目的 圖像數(shù)據(jù)壓縮的目的是在滿足一定圖像質(zhì)量圖像數(shù)據(jù)壓縮的目的是在滿足一定圖像質(zhì)量條件下，用盡可能少的比特?cái)?shù)來表示原始圖像，條件下，用盡可能少的比特?cái)?shù)來表示原始圖像，以提高圖像傳輸?shù)男屎蜏p少圖

11、像存儲(chǔ)的容量。以提高圖像傳輸?shù)男屎蜏p少圖像存儲(chǔ)的容量。在信息論中稱為信源編碼。在信息論中稱為信源編碼。 圖像從結(jié)構(gòu)上大體上可分為兩大類，一類是具圖像從結(jié)構(gòu)上大體上可分為兩大類，一類是具有一定圖形特征的結(jié)構(gòu)，另一類是具有一定概率有一定圖形特征的結(jié)構(gòu)，另一類是具有一定概率統(tǒng)計(jì)特性的結(jié)構(gòu)。統(tǒng)計(jì)特性的結(jié)構(gòu)。 基于不同的圖像結(jié)構(gòu)特性，應(yīng)采用不同的壓縮基于不同的圖像結(jié)構(gòu)特性，應(yīng)采用不同的壓縮編碼方法。編碼方法。五五. .圖像數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)的重要指標(biāo)圖像數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)的重要指標(biāo)（1 1）壓縮比壓縮比：圖像壓縮前后所需的信息存儲(chǔ)量之比，：圖像壓縮前后所需的信息存儲(chǔ)量之比，壓縮比越大越好。壓縮比越大越好。（2 2

12、）壓縮算法壓縮算法：利用不同的編碼方式，實(shí)現(xiàn)對圖：利用不同的編碼方式，實(shí)現(xiàn)對圖像的數(shù)據(jù)壓縮。像的數(shù)據(jù)壓縮。（3 3）失真性失真性：壓縮前后圖像存在的誤差大小。：壓縮前后圖像存在的誤差大小。 全面評價(jià)一種編碼方法的優(yōu)劣，除了看它全面評價(jià)一種編碼方法的優(yōu)劣，除了看它的的編碼效率編碼效率、實(shí)時(shí)性實(shí)時(shí)性和和失真度失真度以外，還要看它以外，還要看它的的設(shè)備復(fù)雜程度設(shè)備復(fù)雜程度，是否，是否經(jīng)濟(jì)與實(shí)用經(jīng)濟(jì)與實(shí)用。 常采用混合編碼的方案，以求在性能和經(jīng)常采用混合編碼的方案，以求在性能和經(jīng)濟(jì)上取得折衷。濟(jì)上取得折衷。 隨著計(jì)算方法的發(fā)展，使許多高效而又比隨著計(jì)算方法的發(fā)展，使許多高效而又比較復(fù)雜的編碼方法在工程

13、上有實(shí)現(xiàn)的可能。較復(fù)雜的編碼方法在工程上有實(shí)現(xiàn)的可能。1）辦公自動(dòng)化；）辦公自動(dòng)化；2）醫(yī)學(xué)圖像處理；）醫(yī)學(xué)圖像處理；3）衛(wèi)星遙感遙測系統(tǒng)；）衛(wèi)星遙感遙測系統(tǒng)；4）高清晰度電視）高清晰度電視HDTV；5）可視電話、會(huì)議電視；）可視電話、會(huì)議電視；6）移動(dòng)多媒體圖像及視頻傳輸：）移動(dòng)多媒體圖像及視頻傳輸： 彩信業(yè)務(wù)，手機(jī)視頻；彩信業(yè)務(wù)，手機(jī)視頻；凡是涉及到圖像數(shù)據(jù)的傳輸、交換與存儲(chǔ)的領(lǐng)域均凡是涉及到圖像數(shù)據(jù)的傳輸、交換與存儲(chǔ)的領(lǐng)域均要求進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)的壓縮。要求進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)的壓縮。六六 圖像數(shù)據(jù)壓縮的應(yīng)用領(lǐng)域圖像數(shù)據(jù)壓縮的應(yīng)用領(lǐng)域七七. .圖像編碼中的保真度準(zhǔn)則圖像編碼中的保真度準(zhǔn)則 圖像信號(hào)在編

14、碼和傳輸過程中會(huì)產(chǎn)生誤差，圖像信號(hào)在編碼和傳輸過程中會(huì)產(chǎn)生誤差，尤其是在有損壓縮編碼中，產(chǎn)生的誤差應(yīng)在尤其是在有損壓縮編碼中，產(chǎn)生的誤差應(yīng)在允許的范圍之內(nèi)。在這種情況下，保真度準(zhǔn)允許的范圍之內(nèi)。在這種情況下，保真度準(zhǔn)則可以用來衡量編碼方法或系統(tǒng)質(zhì)量的優(yōu)劣。則可以用來衡量編碼方法或系統(tǒng)質(zhì)量的優(yōu)劣。通常，這種衡量的尺度可分為通常，這種衡量的尺度可分為客觀保真度準(zhǔn)客觀保真度準(zhǔn)則則和和主觀保真度準(zhǔn)則主觀保真度準(zhǔn)則。 通常使用的客觀保真度準(zhǔn)則有輸入圖像和輸出通常使用的客觀保真度準(zhǔn)則有輸入圖像和輸出圖像的圖像的均方根誤差均方根誤差；輸入圖像和輸出圖像的；輸入圖像和輸出圖像的均方根均方根信噪比信噪比兩種。兩

15、種。 均方根誤差均方根誤差: : 設(shè)輸入圖像是由設(shè)輸入圖像是由N NN N個(gè)像素組成，個(gè)像素組成，令其為令其為f (x ,y)f (x ,y)，其中，其中x ,y=0,1,2,N-1x ,y=0,1,2,N-1。這樣。這樣一幅圖像經(jīng)過壓縮編碼處理后，送至受信端，再經(jīng)一幅圖像經(jīng)過壓縮編碼處理后，送至受信端，再經(jīng)譯碼處理，重建原來圖像，這里令重建圖像為譯碼處理，重建原來圖像，這里令重建圖像為g g (x ,y)(x ,y)。它同樣包含。它同樣包含N NN N個(gè)像素，并且個(gè)像素，并且x ,y=0,1,2,N-1x ,y=0,1,2,N-1。(1) (1) 客觀保真度準(zhǔn)則客觀保真度準(zhǔn)則在在0,1,2,

16、N-10,1,2,N-1范圍內(nèi)范圍內(nèi)x,yx,y的任意值，輸入像素和對應(yīng)的輸?shù)娜我庵?，輸入像素和對?yīng)的輸出圖像之間的誤差可用下式表示：出圖像之間的誤差可用下式表示：而包含而包含N NN N像素的圖像之像素的圖像之均方誤差均方誤差為為: :1010222),(1NxNyyxeNe101022),(),(1NNNNyxfyxgN由式可得到由式可得到均方根誤差均方根誤差為為2/12eerms( , )( , )( , )e x yg x yf x y 如果把輸入、輸出圖像間的誤差看作是噪聲，那么，如果把輸入、輸出圖像間的誤差看作是噪聲，那么，重建圖像重建圖像g(x,y)g(x,y)可由下式表示：可由

17、下式表示：),(),(),(yxeyxfyxg 在這種情況下，另一個(gè)客觀保真度準(zhǔn)則在這種情況下，另一個(gè)客觀保真度準(zhǔn)則重建圖重建圖像的均方信噪比如下式表示：像的均方信噪比如下式表示：10102101021010210102),(),(),( ),(),()(NxNyNxNyNxNyNxNymsyxfyxgyxgyxeyxgNS 圖像處理的結(jié)果圖像處理的結(jié)果, ,大多是給人觀看，由研究人員大多是給人觀看，由研究人員來解釋的，因此，圖像質(zhì)量的好壞，既與圖像本身來解釋的，因此，圖像質(zhì)量的好壞，既與圖像本身的客觀質(zhì)量有關(guān)，也與視覺系統(tǒng)的特性有關(guān)。的客觀質(zhì)量有關(guān)，也與視覺系統(tǒng)的特性有關(guān)。 有時(shí)候，客觀保真

18、度完全一樣的兩幅圖像可能有時(shí)候，客觀保真度完全一樣的兩幅圖像可能會(huì)有完全不相同的視覺質(zhì)量，所以又規(guī)定了主觀保會(huì)有完全不相同的視覺質(zhì)量，所以又規(guī)定了主觀保真度準(zhǔn)則，這種方法是把圖像顯示給觀察者，然后真度準(zhǔn)則，這種方法是把圖像顯示給觀察者，然后把評價(jià)結(jié)果加以平均，以此來評價(jià)一幅圖像的主觀把評價(jià)結(jié)果加以平均，以此來評價(jià)一幅圖像的主觀質(zhì)量。質(zhì)量。 (2) (2) 主觀保真度準(zhǔn)則主觀保真度準(zhǔn)則評分評分評價(jià)評價(jià)說明說明1優(yōu)秀的優(yōu)秀的優(yōu)秀的具有極高質(zhì)量的圖像優(yōu)秀的具有極高質(zhì)量的圖像2好的好的 是可供觀賞的高質(zhì)量的圖像，干擾并不令人討厭是可供觀賞的高質(zhì)量的圖像，干擾并不令人討厭 3可通過的可通過的 圖像質(zhì)量可

19、以接受，干擾不討厭圖像質(zhì)量可以接受，干擾不討厭4邊緣的邊緣的圖像質(zhì)量較低，希望能加以改善，干擾有些討厭圖像質(zhì)量較低，希望能加以改善，干擾有些討厭5劣等的圖像質(zhì)量很差，尚能觀看，干擾顯著地令人討厭6不能用不能用圖像質(zhì)量非常之差，無法觀看圖像質(zhì)量非常之差，無法觀看另外一種方法是規(guī)定一種絕對尺度，如：另外一種方法是規(guī)定一種絕對尺度，如：表表6.1 6.1 電視圖像質(zhì)量評價(jià)尺度電視圖像質(zhì)量評價(jià)尺度八八. .信息理論信息理論（一）、信源空間概述（一）、信源空間概述1 1、信息：事物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或存在方式的不確定性的描述；、信息：事物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或存在方式的不確定性的描述；2 2、信源：、信源：信源是產(chǎn)生各類信息

20、的實(shí)體。信源給出的符號(hào)信源是產(chǎn)生各類信息的實(shí)體。信源給出的符號(hào)是不確定的，可用隨機(jī)變量及其統(tǒng)計(jì)特性描述。是不確定的，可用隨機(jī)變量及其統(tǒng)計(jì)特性描述。 信源空間：隨機(jī)符號(hào)及其出現(xiàn)概率的空間；信源空間：隨機(jī)符號(hào)及其出現(xiàn)概率的空間；3 3、信源的分類：、信源的分類：（1 1）連續(xù)信源）連續(xù)信源離散信源；離散信源；（2 2）無記憶信源）無記憶信源有記憶信源（相關(guān)信源）有記憶信源（相關(guān)信源）有限長度有限長度記憶信源（記憶信源（MarkovMarkov信源）信源）（二）、信息的度量（二）、信息的度量1、信息公理、信息公理（1）信息由）信息由不確定性程度不確定性程度進(jìn)行度量；進(jìn)行度量； 確定事件的信息量為零。

21、確定事件的信息量為零。（2）不確定性程度）不確定性程度越高越高信息量信息量越大越大；（3）相互獨(dú)立性與信息量可加性；）相互獨(dú)立性與信息量可加性； 獨(dú)立事件的聯(lián)合信息等于兩個(gè)獨(dú)立事件的信息總和。獨(dú)立事件的聯(lián)合信息等于兩個(gè)獨(dú)立事件的信息總和。 滿足上述公理的函數(shù)為：滿足上述公理的函數(shù)為：)(log)(aPaI2、離散無記憶信源（、離散無記憶信源（DNMS）的信息量度量：）的信息量度量：（1）信源符號(hào)）信源符號(hào) 的自信息量定義為：的自信息量定義為：)(log)(iiaPaI(a)非負(fù)性；非負(fù)性；(b)信息量的單位：信息量的單位：底為底為2時(shí)時(shí)單位為：比特（單位為：比特（bit）底為底為e時(shí)時(shí)單位為：

22、奈特（單位為：奈特（Nat）底為底為10時(shí)時(shí)單位為：哈特單位為：哈特ia（2）、信源平均自信息量（信息熵）、信源平均自信息量（信息熵）離散無記憶信源離散無記憶信源A的平均自信息量（信息熵）定義為：的平均自信息量（信息熵）定義為：miiimiiiaPaPaIaPAH11)(log)()()()(熵是編碼所需比特?cái)?shù)的下限，即編碼所需要最少的比特熵是編碼所需比特?cái)?shù)的下限，即編碼所需要最少的比特例例 :設(shè)設(shè)8個(gè)隨機(jī)變量具有同等概率為個(gè)隨機(jī)變量具有同等概率為18，計(jì)算信息，計(jì)算信息熵熵H。 解解 :根據(jù)公式根據(jù)公式4-10可得：可得：H=8*-1/8*(log2(1/8)=8*-1/8*(-3)=3 圖

23、像熵圖像熵指該圖像的平均信息量，即表示圖像指該圖像的平均信息量，即表示圖像中各個(gè)灰度級(jí)比特?cái)?shù)的統(tǒng)計(jì)平均值，等概率事件中各個(gè)灰度級(jí)比特?cái)?shù)的統(tǒng)計(jì)平均值，等概率事件的熵最大。的熵最大。3、平均碼字長、平均碼字長借助熵的概念可以定義量度任何特定碼的性能的準(zhǔn)借助熵的概念可以定義量度任何特定碼的性能的準(zhǔn)則，即平均碼字長度。則，即平均碼字長度。其中其中i為灰度級(jí)為灰度級(jí)di所對應(yīng)的碼字長度。所對應(yīng)的碼字長度。 的單位也的單位也是比特是比特/字符。字符。 miiidpN1)(N4、編碼效率、編碼效率編碼符號(hào)是在字母集合編碼符號(hào)是在字母集合A=a1,a2,a3,am中選取的中選取的。如果編碼后形成一個(gè)新的等概率

24、的無記憶信源，字母。如果編碼后形成一個(gè)新的等概率的無記憶信源，字母數(shù)為數(shù)為n，則它的最大熵應(yīng)為，則它的最大熵應(yīng)為logn比特比特/符號(hào)。因此這是一符號(hào)。因此這是一個(gè)極限值。如果個(gè)極限值。如果H(d)/ =logn，則可以認(rèn)為編碼效率，則可以認(rèn)為編碼效率已經(jīng)達(dá)到已經(jīng)達(dá)到100%，如果，如果H(d)/ logn，則可認(rèn)為編，則可認(rèn)為編碼效率較低。碼效率較低。NnNdHlog)(nNdHnNRdlog)(log1N編碼效率編碼效率冗余度冗余度 根據(jù)信息熵編碼理論，可以證明在根據(jù)信息熵編碼理論，可以證明在 H條件下，總可條件下，總可以設(shè)計(jì)出某種無失真編碼方法。以設(shè)計(jì)出某種無失真編碼方法。 若編碼結(jié)果使

25、若編碼結(jié)果使 遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)大于H，表明這種編碼效率很低，占，表明這種編碼效率很低，占用的比特?cái)?shù)太多。用的比特?cái)?shù)太多。 若編碼結(jié)果使若編碼結(jié)果使 等于或接近于等于或接近于H，這種狀態(tài)的編碼方法，這種狀態(tài)的編碼方法稱為最佳編碼。稱為最佳編碼。 若要求編碼結(jié)果使若要求編碼結(jié)果使 1)NvyNuxyxfvucvuFNxNy2) 12(cos2) 12(cos),(),(),(101001, 1 , 0,NvuNvyNuxvuFvucyxfNuNv2) 12(cos2) 12(cos),(),(),(101011, 1 , 0,Nyx2104N0102/102/1),(uvvuuvvuvuc且二維離散余弦變

26、換：)()(1010) 1( )(1)(ubxbNxiNiixfNuB1, 1 , 0Nu)()(1010) 1( )()(ubxbNuiNiiuBxf1, 1 , 0Nx離散哈達(dá)瑪變換)()()()(1010210) 1( ),(1),(vbybubxbNxNyiNiiiiyxfNvuB1, 1 , 0,Nvu)()()()(101010) 1( ),(),(vbybubxbNuNviNiiiivuByxf1, 1 , 0,Nyx 基于FFT變換的圖像壓縮技術(shù) 基于DCT變換的圖像壓縮技術(shù) 基于變換的圖像壓縮技術(shù) 例erms 均方根誤差從erms值比較可知,DCT比FFT和HT有更強(qiáng)的信息集

27、中能力.例如，在JPEG圖像壓縮算法中，首先將輸入圖像劃分為88的方塊，然后對每一個(gè)方塊執(zhí)行二維離散余弦變換，最后將變換得到的量化的DCT系數(shù)進(jìn)行編碼和傳送，形成壓縮后的圖像格式。在接受端，將量化的DCT系數(shù)進(jìn)行解碼，并對每個(gè)88方塊進(jìn)行二維IDCT，最后將操作完成后的塊組合成一幅完整的圖像。 在變換編碼中，首先要將圖像數(shù)據(jù)分割成子圖像，然后對子圖像數(shù)據(jù)塊實(shí)施某種變換，如DCT變換，那么子圖像尺寸取多少好呢？根據(jù)實(shí)踐證明子圖像尺寸取44、88、1616適合作圖像的壓縮，這是因?yàn)椋?如果子圖像尺寸取得太小，雖然計(jì)算速度快，實(shí)現(xiàn)簡單，但壓縮能力有一定的限制。 如果子圖像尺寸取得太大，雖然去相關(guān)效果

28、變好，因?yàn)橄驞FT、DCT等正弦型變換均具有漸近最佳性，但也漸趨飽和。若尺寸太大，由于圖像本身的相關(guān)性很小，反而使其壓縮效果不顯示，而且增加了計(jì)算的復(fù)雜性。 (2) 子圖像尺寸選擇變換編碼的步驟 這里考慮對子圖像經(jīng)過變換后，要截取的變換系數(shù)的數(shù)量和保留系數(shù)的精度。在大多數(shù)變換編碼中，選擇保留的系數(shù)辦法有以下二種： 根據(jù)最大方差進(jìn)行選擇的，稱為區(qū)域編碼。 根據(jù)最大值的量級(jí)選擇，稱為閾值編碼。 而整個(gè)對變換后的子圖像的截取、量化和編碼過程稱為比特分配 (3) 比特分配變換編碼的步驟區(qū)域編碼具有最大方差的變換系數(shù)攜帶著圖像大部分信息并在編碼處理的過程中應(yīng)該保留下來。uvnunvvumvuTHF),(

29、),(1010最大方差的系數(shù)通常被定位在圖像變換的原點(diǎn)周圍。區(qū)域取樣處理可看成每個(gè)T(u,v)與相應(yīng)的區(qū)域模板中的元素相乘。對區(qū)域取樣過程中保留的系數(shù)必須進(jìn)行量化和編碼。因此，區(qū)域模板有時(shí)表示成對每個(gè)系數(shù)編碼的比特?cái)?shù)。兩種分配方案：(1)給系數(shù)分配相同的比特?cái)?shù)(2)給系數(shù)不均勻地分配幾個(gè)固定數(shù)目的比特?cái)?shù)(a)(b)區(qū)域編碼的幾點(diǎn)說明：因?yàn)槿搜蹖α炼刃盘?hào)比對色差信號(hào)更敏感，因此使用了兩種因?yàn)槿搜蹖α炼刃盘?hào)比對色差信號(hào)更敏感，因此使用了兩種量化表：亮度量化值和色差量化值。此外，由于人眼對低頻分量量化表：亮度量化值和色差量化值。此外，由于人眼對低頻分量的圖像比對高頻分量的圖像更敏感，因此圖中的左上角

30、的量化步的圖像比對高頻分量的圖像更敏感，因此圖中的左上角的量化步距要比右下角的量化步距小。距要比右下角的量化步距小。例：閾值編碼(門限編碼)對任何子圖像,最大量級(jí)的變換系數(shù)對重構(gòu)子圖像的品質(zhì)具有最大的影響.因?yàn)椴煌訄D像的最大系數(shù)的位置是變化的,所以通常將 m(u,v)T(u,v) 的元素重新排列成一個(gè)一維行程編碼.有3種基本途徑對一幅變換后的子圖像進(jìn)行門限處理(即生成子圖像門限模板函數(shù)) 對所有的子圖像使用單一的全局門限; 對不同圖像的壓縮等級(jí)不同. 對每幅圖像使用不同的門限; 對每幅子圖像丟棄相同數(shù)目的系數(shù),編碼率恒定. 門限隨子圖像中每個(gè)系數(shù)的位置函數(shù)的變化而變化. 編碼率變化,但是可以

31、將門限處理和量化過程結(jié)合起來.),(),(),(vuZvuTroundvuT),(vuT),(vuT) 1, 1() 1 , 1()0 , 1() 1, 1 () 1 , 1 ()0 , 1 () 1, 0() 1 , 0()0 , 0(nnZnZnZnZZZnZZZZ對Z(u,v)賦予某個(gè)常數(shù)c 使用88 DCT系數(shù)的12.5%門限編碼區(qū)域編碼利用DCT標(biāo)準(zhǔn)化陣列的壓縮34:167:18:1誤差預(yù)測編碼的基本概念預(yù)測編碼的基本概念 預(yù)測編碼（預(yù)測編碼（PredictionCodingPredictionCoding）是根據(jù)某一種模型，利用以前的是根據(jù)某一種模型，利用以前的（已收到）一個(gè)或幾個(gè)

32、樣值，對當(dāng)前的（正在接收的）樣本值（已收到）一個(gè)或幾個(gè)樣值，對當(dāng)前的（正在接收的）樣本值進(jìn)行預(yù)測，將樣本實(shí)際值和預(yù)測值之差進(jìn)行編碼。進(jìn)行預(yù)測，將樣本實(shí)際值和預(yù)測值之差進(jìn)行編碼。如果模型足如果模型足夠好，圖像樣本時(shí)間上相關(guān)性很強(qiáng)，一定可以獲得較高的壓縮夠好，圖像樣本時(shí)間上相關(guān)性很強(qiáng)，一定可以獲得較高的壓縮比。具體來說，從相鄰像素之間有很強(qiáng)的相關(guān)性特點(diǎn)考慮，比比。具體來說，從相鄰像素之間有很強(qiáng)的相關(guān)性特點(diǎn)考慮，比如當(dāng)前像素的灰度或顏色信號(hào)，數(shù)值上與其相鄰像素總是比較如當(dāng)前像素的灰度或顏色信號(hào)，數(shù)值上與其相鄰像素總是比較接近，除非處于邊界狀態(tài)。那么，當(dāng)前像素的灰度或顏色信號(hào)接近，除非處于邊界狀態(tài)。那

33、么，當(dāng)前像素的灰度或顏色信號(hào)的數(shù)值，可用前面已出現(xiàn)的像素的值，進(jìn)行預(yù)測（估計(jì)），得的數(shù)值，可用前面已出現(xiàn)的像素的值，進(jìn)行預(yù)測（估計(jì)），得到一個(gè)預(yù)測值（估計(jì)值），將實(shí)際值與預(yù)測值求差，對這個(gè)差到一個(gè)預(yù)測值（估計(jì)值），將實(shí)際值與預(yù)測值求差，對這個(gè)差值信號(hào)進(jìn)行編碼、傳送，這種編碼方法稱為預(yù)測編碼方法。值信號(hào)進(jìn)行編碼、傳送，這種編碼方法稱為預(yù)測編碼方法。預(yù)測編碼預(yù)測編碼2022-7-4統(tǒng)計(jì)編碼126v就是根據(jù)過去的信號(hào)樣值預(yù)測下一個(gè)樣值，并僅把預(yù)就是根據(jù)過去的信號(hào)樣值預(yù)測下一個(gè)樣值，并僅把預(yù)測值與現(xiàn)實(shí)的樣值之差（預(yù)測誤差）加以量化、編碼以測值與現(xiàn)實(shí)的樣值之差（預(yù)測誤差）加以量化、編碼以后進(jìn)行傳輸?shù)姆绞?/p>

34、，如下圖所示，在接收端，經(jīng)過和發(fā)后進(jìn)行傳輸?shù)姆绞?，如下圖所示，在接收端，經(jīng)過和發(fā)信端的預(yù)測完全相同的操作，可以得到量化的原信號(hào)，信端的預(yù)測完全相同的操作，可以得到量化的原信號(hào)，然后再通過低通濾波便可恢復(fù)與原信號(hào)近似的波形。然后再通過低通濾波便可恢復(fù)與原信號(hào)近似的波形。預(yù)測編碼的原理預(yù)測編碼的原理預(yù)測編碼的基本思想預(yù)測編碼的基本思想 建立一個(gè)數(shù)學(xué)模型 利用以往的樣本數(shù)據(jù) 對新樣本值進(jìn)行預(yù)測 將預(yù)測值與實(shí)際值相減 對其差值進(jìn)行編碼，這時(shí)差值很少，可以減少編碼碼位預(yù)測編碼的分類預(yù)測編碼的分類 預(yù)測編碼：預(yù)測編碼：在均方誤差最小的準(zhǔn)則下，使其誤差最小的方法。 線性預(yù)測：線性預(yù)測：利用線性方程計(jì)算預(yù)測值

35、的編碼方法。線性預(yù)測編碼方法，也稱差值脈沖編碼調(diào)制（DifferentionPulseCodeModulation，DPCM） 非線性預(yù)測：非線性預(yù)測：利用非線性方程計(jì)算預(yù)測值的編碼方法。 幀內(nèi)預(yù)測編碼：幀內(nèi)預(yù)測編碼：根據(jù)同一幀樣本進(jìn)行預(yù)測的編碼方法。 幀間預(yù)測編碼：幀間預(yù)測編碼：根據(jù)不同幀樣本進(jìn)行預(yù)測的編碼方法。 自適應(yīng)預(yù)測編碼（自適應(yīng)預(yù)測編碼（ADPCMADPCM）：）：預(yù)測器和量化器參數(shù)按圖像局部特性進(jìn)行調(diào)整的編碼方法。 條件補(bǔ)充幀間預(yù)測編碼：條件補(bǔ)充幀間預(yù)測編碼：在幀間預(yù)測編碼中，若幀間對應(yīng)像素樣本值超過某一閾值就保留，否則不傳或不存，恢復(fù)時(shí)就用上一幀對應(yīng)像素樣本值來代替，稱為條件補(bǔ)充

36、幀間預(yù)測編碼。 運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測編碼：運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測編碼：在活動(dòng)圖像預(yù)測編碼中，根據(jù)畫面運(yùn)動(dòng)情況，對圖像加以補(bǔ)償再進(jìn)行幀間預(yù)測的方法稱為運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測編碼方法。DPCMDPCM的基本原理的基本原理對于具有對于具有M M 種取值的符號(hào)序列種取值的符號(hào)序列 x xk k,其第其第L L個(gè)符號(hào)的熵滿足個(gè)符號(hào)的熵滿足: :知道了前面的符號(hào)知道了前面的符號(hào) x xk k( (k k L L),),再猜后續(xù)再猜后續(xù)符號(hào)符號(hào)x xL L, ,則知道得越多則知道得越多, ,熵越小。熵越小。意味著該信源的不確定度減小意味著該信源的不確定度減小, ,數(shù)碼率自然降低。數(shù)碼率自然降低。基礎(chǔ)理論：基礎(chǔ)理論：HxxxxHxxxH

37、xxHxHMLLLLLLLLL),|(),|()|()(log1212112發(fā)展歷史發(fā)展歷史19521952年，年，BellBell實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)室的B.M.OliverB.M.Oliver 等人開始線性預(yù)測等人開始線性預(yù)測編碼理論研究。同年，該實(shí)驗(yàn)室的編碼理論研究。同年，該實(shí)驗(yàn)室的C.C.CulterC.C.Culter取得了取得了DPCM (Differential Pulse Code Modulation, DPCM (Differential Pulse Code Modulation, 差分脈差分脈沖編碼調(diào)制沖編碼調(diào)制) )系統(tǒng)的專利，奠定了真正實(shí)用的預(yù)測編碼系統(tǒng)的專利，奠定了真正實(shí)

38、用的預(yù)測編碼系統(tǒng)的基礎(chǔ)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。預(yù)測編碼技術(shù)：預(yù)測編碼技術(shù)： 從過去的符號(hào)樣本來從過去的符號(hào)樣本來預(yù)測預(yù)測下一個(gè)符號(hào)樣本的值。下一個(gè)符號(hào)樣本的值。直觀理解：直觀理解：根據(jù)：根據(jù)：認(rèn)為在信源符號(hào)之間存在認(rèn)為在信源符號(hào)之間存在相關(guān)性相關(guān)性。如果符號(hào)的預(yù)測值與符號(hào)。如果符號(hào)的預(yù)測值與符號(hào)的實(shí)際值比較接近，它們之間的差值幅度的變化就比原始信的實(shí)際值比較接近，它們之間的差值幅度的變化就比原始信源符號(hào)幅度值的變化小，因此量化這種差值信號(hào)時(shí)就可以用源符號(hào)幅度值的變化小，因此量化這種差值信號(hào)時(shí)就可以用比較少的位數(shù)來表示差值。比較少的位數(shù)來表示差值。DPCMDPCM的基礎(chǔ)的基礎(chǔ) 對預(yù)測的樣本值與原始的樣本值之

39、差進(jìn)行編碼。對預(yù)測的樣本值與原始的樣本值之差進(jìn)行編碼。DPCM系統(tǒng)系統(tǒng)DPCMDPCM系統(tǒng)原理框圖系統(tǒng)原理框圖量化器量化器預(yù)測器預(yù)測器編碼器編碼器xk-ekkxkekxSk信信 道道解碼器解碼器預(yù)測器預(yù)測器kekx接收端接收端發(fā)送端發(fā)送端kx發(fā)送端發(fā)送端 先發(fā)送一個(gè)起始值先發(fā)送一個(gè)起始值 x0 ; 接著就只發(fā)送預(yù)測誤差值接著就只發(fā)送預(yù)測誤差值 kkkxxe接收端接收端 接收到量化后的誤差接收到量化后的誤差 與本地算出的預(yù)測值與本地算出的預(yù)測值 相加相加, ,得到恢復(fù)信號(hào)得到恢復(fù)信號(hào) ;ke kx kxNkkxxxfxNk ),(21式中式中線性預(yù)測：線性預(yù)測：1( ) , Nkiiixa k

40、xkN式中式中 表示表示 的時(shí)序在的時(shí)序在 之之前，為因果性預(yù)測，否則為非因果性預(yù)測。前，為因果性預(yù)測，否則為非因果性預(yù)測。Nk 21,Nxxxkx如果沒有傳輸誤碼，預(yù)測編碼系統(tǒng)的誤差為：如果沒有傳輸誤碼，預(yù)測編碼系統(tǒng)的誤差為：這正是發(fā)送端量化器造成的量化誤差。即整個(gè)預(yù)這正是發(fā)送端量化器造成的量化誤差。即整個(gè)預(yù)測編碼系統(tǒng)的失真完全來自量化器。測編碼系統(tǒng)的失真完全來自量化器。對于對于xk 已經(jīng)是數(shù)字信號(hào)，去掉量化器，已經(jīng)是數(shù)字信號(hào)，去掉量化器， qk = 0 ：可用可用于于“信息保持型信息保持型”(Lossless)編碼；編碼；如果如果qk 0:可用于可用于“非信息保持型非信息保持型”(Loss

41、y)編碼。編碼。kkkkkqeexx算法簡單、速度快、易于硬件實(shí)現(xiàn)。編碼壓縮比不太高,DPCM一般壓縮到24bit/s。誤碼易于擴(kuò)散，抗干擾能力差。預(yù)測編碼方法的特點(diǎn)預(yù)測編碼方法的特點(diǎn)分形編碼 分形編碼分形編碼 分形是分形是20世紀(jì)世紀(jì)70年代出現(xiàn)的一門非線性學(xué)科。分形一年代出現(xiàn)的一門非線性學(xué)科。分形一詞最早由數(shù)學(xué)家詞最早由數(shù)學(xué)家Mandelbrot提出，用以描述這樣的幾何提出，用以描述這樣的幾何外形，它與歐幾里德外形相反，處處無規(guī)則可言，但在外形，它與歐幾里德外形相反，處處無規(guī)則可言，但在各種尺度上都有同樣程度的不規(guī)則性。各種尺度上都有同樣程度的不規(guī)則性。 20世紀(jì)世紀(jì)80年代中期，年代中期

42、，Barnsley提出了迭代函數(shù)系統(tǒng)提出了迭代函數(shù)系統(tǒng)(IFS)的分形圖像壓縮編碼方法，為圖像編碼提供了一的分形圖像壓縮編碼方法，為圖像編碼提供了一個(gè)全新的思路。在此之后，他的學(xué)生個(gè)全新的思路。在此之后，他的學(xué)生Jacquin又提出分又提出分塊的迭代變換算法理論，為利用計(jì)算機(jī)自動(dòng)進(jìn)行分形塊的迭代變換算法理論，為利用計(jì)算機(jī)自動(dòng)進(jìn)行分形壓縮奠定了基礎(chǔ)。壓縮奠定了基礎(chǔ)。 從分形的角度，許多視覺上感覺非常復(fù)雜的圖形其從分形的角度，許多視覺上感覺非常復(fù)雜的圖形其信息量并不大，可以用算法和程序集來表示，在借助信息量并不大，可以用算法和程序集來表示，在借助計(jì)算機(jī)可以顯示其結(jié)合形態(tài)，這就是可以用分形的方計(jì)算機(jī)

43、可以顯示其結(jié)合形態(tài)，這就是可以用分形的方法進(jìn)行圖像壓縮的原因。法進(jìn)行圖像壓縮的原因。 對于分形圖像壓縮，它是一個(gè)逆問題，即把欲編對于分形圖像壓縮，它是一個(gè)逆問題，即把欲編碼的圖像當(dāng)作一組壓縮仿射變換的迭代極限，假如碼的圖像當(dāng)作一組壓縮仿射變換的迭代極限，假如能夠找到這些壓縮仿射變換的參數(shù)，就可以重建原能夠找到這些壓縮仿射變換的參數(shù)，就可以重建原始圖像。為此尋找一個(gè)壓縮仿射變換，使它對原圖始圖像。為此尋找一個(gè)壓縮仿射變換，使它對原圖像進(jìn)行壓縮仿射變換后的結(jié)果能與原圖像的一部分像進(jìn)行壓縮仿射變換后的結(jié)果能與原圖像的一部分吻合。如果原圖像各個(gè)部分均可被對原圖的不同壓吻合。如果原圖像各個(gè)部分均可被對原

44、圖的不同壓縮仿射變換的結(jié)果所覆蓋，則就找到了一個(gè)將圖像縮仿射變換的結(jié)果所覆蓋，則就找到了一個(gè)將圖像映射成自身的變換。映射成自身的變換。 分形編碼由于其計(jì)算量的繁復(fù)、龐大，在實(shí)際應(yīng)分形編碼由于其計(jì)算量的繁復(fù)、龐大，在實(shí)際應(yīng)用中受到了限制。用中受到了限制。 圖像標(biāo)準(zhǔn)的制定：圖像標(biāo)準(zhǔn)的制定： ISOISO和和CCITTCCITT（國際電報(bào)電話咨詢委員會(huì)）聯(lián)合制定（國際電報(bào)電話咨詢委員會(huì)）聯(lián)合制定 標(biāo)準(zhǔn)的類型：標(biāo)準(zhǔn)的類型： 連續(xù)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)：連續(xù)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)：靜止幀黑白、彩色壓縮：靜止幀黑白、彩色壓縮：(1)(1)面向靜止的單幅圖像面向靜止的單幅圖像JPEGJPEG連續(xù)幀黑白、彩色壓縮：連續(xù)幀黑白、彩

45、色壓縮：(2)(2)面向連續(xù)的視頻影像面向連續(xù)的視頻影像MPEGMPEG 第四節(jié)圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)第四節(jié)圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn) JPEG標(biāo)準(zhǔn)簡述標(biāo)準(zhǔn)簡述 JPEG壓縮流程壓縮流程 JPEG壓縮算法的實(shí)現(xiàn)壓縮算法的實(shí)現(xiàn) JPEG壓縮舉例壓縮舉例 靜止圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)靜止圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)JPEG JPEG JPEG標(biāo)準(zhǔn)簡述標(biāo)準(zhǔn)簡述 由由ISO/IECISO/IEC與與CCITTCCITT聯(lián)合發(fā)起的聯(lián)合圖像專家聯(lián)合發(fā)起的聯(lián)合圖像專家組，在過去十幾年圖像編碼研究成果的基礎(chǔ)上于組，在過去十幾年圖像編碼研究成果的基礎(chǔ)上于2020世紀(jì)世紀(jì)9090年代初制定了靜止圖像年代初制定了靜止圖像( (包括包括8bit/8bi

46、t/像素像素的灰度圖像與的灰度圖像與24bit/24bit/像素的彩色圖像像素的彩色圖像) )的編碼標(biāo)準(zhǔn)。的編碼標(biāo)準(zhǔn)。 JPEGJPEG標(biāo)準(zhǔn)在較低的計(jì)算復(fù)雜度下，能提供較標(biāo)準(zhǔn)在較低的計(jì)算復(fù)雜度下，能提供較高的壓縮比與保真度。在視覺效果不受到嚴(yán)重?fù)p高的壓縮比與保真度。在視覺效果不受到嚴(yán)重?fù)p失的前提下，算法可以達(dá)到失的前提下，算法可以達(dá)到1515到到2020的壓縮比。如的壓縮比。如果在圖像質(zhì)量上稍微犧牲一點(diǎn)的話，可以達(dá)到果在圖像質(zhì)量上稍微犧牲一點(diǎn)的話，可以達(dá)到40:140:1或更高的壓縮比。或更高的壓縮比。 JPEG JPEG定義了一個(gè)基本系統(tǒng)，一個(gè)符合定義了一個(gè)基本系統(tǒng)，一個(gè)符合JPEGJPEG

47、標(biāo)準(zhǔn)的編標(biāo)準(zhǔn)的編解碼器至少要滿足基本系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)。解碼器至少要滿足基本系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)。JPEGJPEG基本系統(tǒng)基本系統(tǒng)其核心屬于其核心屬于變換編碼變換編碼。JPFGJPFG編碼時(shí)，對原始圖像的每一編碼時(shí)，對原始圖像的每一個(gè)分量首先分割成互不重疊的個(gè)分量首先分割成互不重疊的8 88 8像素塊，然后對每個(gè)像素塊，然后對每個(gè)像素塊的編碼過程可分為二維像素塊的編碼過程可分為二維DCTDCT變換。變換。 根據(jù)圖像信號(hào)的特點(diǎn)，對圖像塊進(jìn)行二維根據(jù)圖像信號(hào)的特點(diǎn)，對圖像塊進(jìn)行二維DCTDCT變換可變換可以消除像素間的相關(guān)性。自然圖像的像素塊經(jīng)以消除像素間的相關(guān)性。自然圖像的像素塊經(jīng)DCTDCT變換變換后，

48、圖像信號(hào)的能量主要集中到塊的左上角，即圖像的后，圖像信號(hào)的能量主要集中到塊的左上角，即圖像的低頻成分中。低頻成分中。 DCTDCT變換后得到的系數(shù)矩陣中包括左上角變換后得到的系數(shù)矩陣中包括左上角的一個(gè)直流的一個(gè)直流(DC)(DC)系數(shù)與系數(shù)與6363個(gè)交流個(gè)交流(AC)(AC)系數(shù)，從左到系數(shù)，從左到右水平頻率增高，從上到下堅(jiān)直頻率增高。右水平頻率增高，從上到下堅(jiān)直頻率增高。JPEGJPEG編碼的總體框架編碼的總體框架輸入圖像圖像被分割成8*8小方塊DCT變換標(biāo)量量化和DC系數(shù)預(yù)測熵編碼基于塊編碼碼流之字形掃描，游程編碼JPEGJPEG圖像壓縮算法圖像壓縮算法q JPEG JPEG 是有損壓縮

49、算法是有損壓縮算法q JPEG JPEG 核心是離散余弦變換核心是離散余弦變換(DCT)(DCT) 連續(xù)幀圖像的定義連續(xù)幀圖像的定義 連續(xù)幀圖像壓縮的基本思想連續(xù)幀圖像壓縮的基本思想 幀間運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測編碼技術(shù)幀間運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測編碼技術(shù) MPEG1/2/4MPEG1/2/4標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)MPEG 連續(xù)幀圖像的定義連續(xù)幀圖像的定義由多幅尺寸相同的靜止圖像組成的圖像序列，由多幅尺寸相同的靜止圖像組成的圖像序列，被稱為被稱為連續(xù)幀圖像連續(xù)幀圖像。與靜止幀圖像相比，與靜止幀圖像相比，連續(xù)幀圖像連續(xù)幀圖像多了一個(gè)時(shí)多了一個(gè)時(shí)間軸，成為三維信號(hào)，因此間軸，成為三維信號(hào)，因此連

50、續(xù)幀圖像連續(xù)幀圖像也被也被稱為稱為三維圖像三維圖像。 基于如下基本假設(shè)：基于如下基本假設(shè)： 在各連續(xù)幀之間存在簡單的相關(guān)性平移運(yùn)動(dòng)。在各連續(xù)幀之間存在簡單的相關(guān)性平移運(yùn)動(dòng)。 一個(gè)特定畫面上的像素量值：一個(gè)特定畫面上的像素量值：1 1）可以根據(jù)）可以根據(jù)同幀同幀附近像素來加以預(yù)測，被稱為：附近像素來加以預(yù)測，被稱為：幀幀內(nèi)內(nèi)編碼技術(shù)編碼技術(shù)2 2）可以根據(jù)）可以根據(jù)附近幀附近幀中的像素來加以預(yù)測，被稱為：中的像素來加以預(yù)測，被稱為：幀間幀間編碼技術(shù)編碼技術(shù) 連續(xù)幀圖像壓縮的基本思想連續(xù)幀圖像壓縮的基本思想 通過減少通過減少幀間圖像數(shù)據(jù)冗余幀間圖像數(shù)據(jù)冗余，來達(dá)到減少數(shù)據(jù)，來達(dá)到減少數(shù)據(jù)量、壓縮連

51、續(xù)幀圖像體積的目的。量、壓縮連續(xù)幀圖像體積的目的。 將連續(xù)幀圖像序列，分為將連續(xù)幀圖像序列，分為參考幀參考幀和和預(yù)測幀預(yù)測幀，參，參考幀用靜止圖像壓縮方法進(jìn)行壓縮，預(yù)測幀對考幀用靜止圖像壓縮方法進(jìn)行壓縮，預(yù)測幀對幀差圖像幀差圖像進(jìn)行壓縮。由于進(jìn)行壓縮。由于幀差圖像幀差圖像的數(shù)據(jù)量大的數(shù)據(jù)量大大小于大小于參考幀參考幀的數(shù)據(jù)量，從而可以達(dá)到很高的的數(shù)據(jù)量，從而可以達(dá)到很高的壓縮比。壓縮比。 MPEG-1 MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)是由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織標(biāo)準(zhǔn)是由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISOISO與國際電工與國際電工委員會(huì)委員會(huì)IECIEC共同制定的，標(biāo)準(zhǔn)的編號(hào)是共同制定的，標(biāo)準(zhǔn)的編號(hào)是ISO/IEC/11172ISO/I

52、EC/11172，標(biāo)準(zhǔn)的題目是，標(biāo)準(zhǔn)的題目是“碼流速率約為碼流速率約為l.5Mb/sl.5Mb/s時(shí)，用于數(shù)字存儲(chǔ)媒體的活動(dòng)圖像及其伴時(shí)，用于數(shù)字存儲(chǔ)媒體的活動(dòng)圖像及其伴音的編碼音的編碼”。 MPEG1標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)MPEG2標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) 為了在高速網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境下（如為了在高速網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境下（如ATMATM）提供高比特率、）提供高比特率、高質(zhì)量的視頻應(yīng)用高質(zhì)量的視頻應(yīng)用,ISO,ISO下屬的下屬的MPEGMPEG委員會(huì)在委員會(huì)在19941994年又發(fā)年又發(fā)布了布了MPEG2.MPEG2MPEG2.MPEG2是一種高質(zhì)量視頻的編碼標(biāo)準(zhǔn)是一種高質(zhì)量視頻的編碼標(biāo)準(zhǔn), ,也稱為也稱為廣播電視的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)廣播電視的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn).ISO.