第六章圖像編碼技術(shù)

1、1Digital Image Processing 數(shù)字圖像處理數(shù)字圖像處理張張 鑫鑫2第六章第六章 圖像編碼圖像編碼技術(shù)技術(shù) n主要內(nèi)容：n數(shù)據(jù)冗余和壓縮n圖像保真度n編碼方法34n圖像編碼又稱為圖像壓縮n一幅512x512像素，8b/像素的黑白圖像256KBn一幅512x512像素，每分量8b/像素的彩色靜止圖像3x256=768KBn如果每秒24幀（1幀即1幅圖像）傳送上述彩色圖像，則一秒鐘的數(shù)據(jù)量為24X768=18.5MBn一張容量為680MB的CD-ROM存儲(chǔ)30多秒的數(shù)據(jù)5n目的：目的：節(jié)省圖像存儲(chǔ)容量；減少傳輸信道容量；縮短圖像加工處理時(shí)間。n原因：原因：n圖像像素之間、行之間

2、、幀之間有較強(qiáng)的相圖像像素之間、行之間、幀之間有較強(qiáng)的相關(guān)性。關(guān)性。n從統(tǒng)計(jì)的觀點(diǎn)，某點(diǎn)像素的灰度與其鄰域灰從統(tǒng)計(jì)的觀點(diǎn)，某點(diǎn)像素的灰度與其鄰域灰度有密切關(guān)系；度有密切關(guān)系；n從信息論關(guān)系，減少圖像信息中冗余信息。從信息論關(guān)系，減少圖像信息中冗余信息。6壓縮率壓縮率9.27壓縮率壓縮率18.48壓縮率壓縮率51.6n6.1 數(shù)據(jù)冗余和壓縮9第10頁(yè)n圖像壓縮方法的分類 ：信息保存型：在壓縮和解壓縮過(guò)程中沒(méi)有信息損失壓縮率一般在2 10之間信息損失型：常能取得較高的壓縮率（幾十幾百）壓縮后并不能經(jīng)解壓縮恢復(fù)原狀11n數(shù)據(jù)冗余的概念n數(shù)據(jù)是用來(lái)表示信息的。n如果不同的方法為表示給定量的信息使用了不

3、同的數(shù)據(jù)量，那么使用較多數(shù)據(jù)量的方法中，有些數(shù)據(jù)必然是代表了無(wú)用的信息，或者是重復(fù)地表示了其它數(shù)據(jù)已表示的信息，這就是數(shù)據(jù)冗余的概念。12n三種數(shù)據(jù)冗余：1、像素相關(guān)冗余2、編碼冗余3、心理視覺(jué)冗余13n1. 像素相關(guān)冗余（空間冗余、幾何冗余）n 由于任何給定的像素值，原理上都可以通過(guò)它的鄰域預(yù)測(cè)到，單個(gè)像素?cái)y帶的信息相對(duì)是小的。n 對(duì)于一個(gè)圖像，很多單個(gè)像素對(duì)視覺(jué)的貢獻(xiàn)是冗余的。這是建立在對(duì)鄰居值預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上。n例：原圖像數(shù)據(jù)：234 223 231 238 235n 壓縮后數(shù)據(jù)：234 -11 8 7 -3第14頁(yè)第9章 圖像編碼 直接與像素間相關(guān)性聯(lián)系00.20.40.60.810510

4、15202500.20.40.60.810510152025規(guī)則 冗余大不規(guī)則冗余小152、編碼冗余： 為表達(dá)圖像數(shù)據(jù)需要使用一系列符號(hào)，用這些符號(hào)根據(jù)一定的規(guī)則來(lái)表達(dá)圖像就是對(duì)圖像編碼。碼字：對(duì)每個(gè)信息或事件所賦的符號(hào)序列碼字的長(zhǎng)度：每個(gè)碼字里的符號(hào)個(gè)數(shù)162、編碼冗余： 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。例：如果用8位表示該圖像的像素，我們就說(shuō)該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1位即可表示。P148 例6.1.2173.心理視覺(jué)冗余：18感到他像窗簾邊或者凹格 心理學(xué)家馬赫（mach）注意到，人類感知兩個(gè)區(qū)域之間的邊緣時(shí)，

5、就好像把邊緣拉出來(lái)夸大亮度的差異，如圖所示。馬赫帶效應(yīng)能改變連接面的感知形狀 193.心理視覺(jué)冗余：第20頁(yè)n圖像編解碼系統(tǒng)模型 兩個(gè)通過(guò)信道級(jí)連的結(jié)構(gòu)模塊 輸出圖是輸入圖的精確復(fù)制？ 信息保持型：是，無(wú)失真 信息損失型：不是，有一定的失真信源 編碼器信道 編碼器信道信源 解碼器信道 解碼器編碼器解碼器輸入圖輸出圖第21頁(yè)n信源編碼器和信源解碼器 無(wú)失真信源編碼器不需要量化器n映射器：通過(guò)將輸入數(shù)據(jù)變換以減少像素相關(guān)冗余；n量化器：通過(guò)減少映射器輸出的精度來(lái)減少心里視覺(jué)冗余；n符號(hào)編碼器：通過(guò)將最短的碼賦給最頻繁出現(xiàn)的量化器輸出值以減少編碼冗余。n6.2 圖像保真度2324客觀保真度準(zhǔn)則客觀保

6、真度準(zhǔn)則所損失的信息量可用編碼輸入圖與解碼輸出圖的某個(gè)確定函數(shù)表示均方根（rms）誤差： 6.2 圖像保真度圖像保真度客觀保真度準(zhǔn)則客觀保真度準(zhǔn)則壓縮解壓縮圖的均方信噪比（signal-to-noise ratio，SNR） ： 6.2 圖像保真度圖像保真度n實(shí)際使用時(shí)，常將實(shí)際使用時(shí)，常將SNR歸一化并用分貝（歸一化并用分貝（DB）表示）表示n峰值信噪比PSNRn令fmax=maxf(x,y),x=0,1,M-1,y=0,1,N-1,圖像中的灰度最大值。27),(),(1lg10101022maxMxNyyxfyxfMNfSNR主觀保真度準(zhǔn)則主觀保真度準(zhǔn)則6.2 圖像保真度圖像保真度29ki

7、ikiiinCnMOS1130圖像的編碼質(zhì)量評(píng)價(jià)圖像的編碼質(zhì)量評(píng)價(jià) 則壓縮則壓縮比比p147p147： 21nnCR設(shè)設(shè)n1為原始圖像每個(gè)像素的平均比特?cái)?shù)為原始圖像每個(gè)像素的平均比特?cái)?shù) n2為編碼后每個(gè)像素的平均比特?cái)?shù)為編碼后每個(gè)像素的平均比特?cái)?shù) 31相對(duì)數(shù)據(jù)冗余：RD = 1 1/CR3233什么是圖像壓縮的最終極限（熵）什么是圖像壓縮的最終極限（熵）34n信息理論是圖像編碼的主要理論依據(jù)之一，它給出無(wú)失真編碼所需比特?cái)?shù)的下限，為了逼近這個(gè)下限而提出了一系列熵編碼算法。35離散信源的熵表示離散信源的熵表示 ),(21Nxxx,21NpppNiip11信源的當(dāng)前輸出與以前的輸出是無(wú)關(guān)的36離散

8、信源的熵表示離散信源的熵表示 )(log)(1log)(EpEpEI如果P(E)=1,那么I(E)=0一般底數(shù)是2，這樣得到的信息單位就是bit（比特）37離散信源的熵表示離散信源的熵表示 )(log)(jjbpbIJjjjbpbpuH1)(log)()(一幅圖像可以看做一個(gè)具有隨機(jī)離散輸出的信源，這個(gè)信源可以由信源符號(hào)集合組成，信源集合中的符號(hào)稱為信源符號(hào)。信源符號(hào)集合B=b1,b2,bJJjjbp11)(單個(gè)符號(hào)bj的自信息量概率矢量u = P(b1) P(b2) P(bJ )T 第38頁(yè)根據(jù)信息論信源編碼理論，可以證明：（1） ，總可以設(shè)計(jì)出某種無(wú)失真編碼方法；（2） ，表明這種方法效率

9、很低，占用比特?cái)?shù)太多；（3） ，稱為最佳編碼；（4） ，丟失信息，圖像失真。編碼效率：)(avguHL%100)(n avgLH u)(avguHL)(avguHL)(avguHL39離散信源的熵表示離散信源的熵表示 ,dcbaX 4/1)()()()(dpcpbpap24log)()()()(2dIcIbIaI22*4/12*4/12*4/12*4/1)(XH40離散信源的熵表示離散信源的熵表示 ,dcbaX , 8/1)(, 4/1)(, 2/1)(cpbpap8/1)(dp38log)()(, 24log)(, 12log)(222dIcIbIaI75. 13*8/13*8/12*4/1

10、1*2/1)(XH41離散信源的熵表示離散信源的熵表示 75. 13*8/13*8/12*4/11*2/1avgl22*8/12*8/12*4/12*2/1avgl42離散信源的熵表示離散信源的熵表示 ,dcbaX ,25. 0)(,45. 0)(bpap12. 0)(,18. 0)(dpcp1.152,)(aI, 2)(bI,4739. 2)(cI0589. 3)(dI8308. 10589. 3*12. 04739. 2*18. 02*25. 0152. 1*45. 0)(XH85. 13*12. 03*18. 02*25. 01*45. 0avgl43離散信源的熵表示離散信源的熵表示 n

11、P152，二元信源的熵44無(wú)失真編碼定理無(wú)失真編碼定理(香農(nóng)第一定理香農(nóng)第一定理) 確定了對(duì)零記憶信源的每個(gè)信源符號(hào)編碼可達(dá)到的最小平均碼字長(zhǎng)度6.3 無(wú)失真編碼定理無(wú)失真編碼定理46n把信息論中熵值的概念應(yīng)用到圖像信息源。以灰度級(jí)為【1，L】的圖像為例，可以通過(guò)直方圖得到各灰度級(jí)概率ps(sk),k=1,2,L,這時(shí)圖像的熵為：LiisisspspH12)(log)(47n信息無(wú)損熵編碼方法哈夫曼編碼（赫夫曼編碼）香農(nóng)-范諾編碼算術(shù)編碼行程編碼位平面編碼哈夫曼編碼哈夫曼編碼哈夫曼編碼過(guò)程可分為2個(gè)步驟，第1步是消減信源符號(hào)數(shù)量，第2步是對(duì)每個(gè)信源符號(hào)賦值先將信源符號(hào)按它們的概率從大到小排列，

12、然后將概率最小的2個(gè)符號(hào)結(jié)合得到1個(gè)組合符號(hào)，將這個(gè)組合符號(hào)與其他尚沒(méi)有組合的符號(hào)一起仍按概率從大到小排列 0.380.300.100.220.380.320.300.620.3812b32b4b1b初始信源信源的消減步驟符號(hào)概率哈夫曼編碼哈夫曼編碼先從上述消減到最小的信源開(kāi)始，逐步賦值回到初始信源這里賦0或1可以隨意，不影響編碼效率這組碼字的平均長(zhǎng)度為L(zhǎng)avg = 0.38 + 0.3 2 + 0.22 3 + 0.1 3 = 1.94比特/符號(hào) 0.380.300.100.220.380.320.300.620.3812b32b4b1b初始信源對(duì)消減信源的賦值符號(hào)概率10001011010

13、00001碼字第50頁(yè)哈夫曼編碼哈夫曼編碼步驟(1) 縮減信源符號(hào)數(shù)量將信源符號(hào)按出現(xiàn)概率從大到小排列，然后選2個(gè)最小的結(jié)合0.40.30.10.10.060.040.40.30.10.10.10.40.30.10.20.40.30.30.40.61234a12a5a3a6a4a初始信源信源的消減步驟符號(hào)概率第51頁(yè)第9章 圖像編碼哈夫曼編碼哈夫曼編碼步驟 (2) 對(duì)每個(gè)信源符號(hào)賦值從（消減到）最小的信源開(kāi)始，逐步回到初始信源0.40.30.10.10.060.040.40.30.10.10.10.40.30.10.20.40.30.30.40.61234a12a5a3a6a4a初始信源對(duì)消減

14、信源的賦值符號(hào)概率10001101000101100010011100010110001101000101001011碼字第52頁(yè)哈夫曼編碼哈夫曼編碼結(jié)果平均長(zhǎng)度信源熵 編碼效率2 . 2)543(1 . 023 . 014 . 0)()(10LkkskavgspslL142)()log()(1.uJjjjaPaPH973. 02 . 214. 21)( avgLHnu53HuffmanHuffman編碼編碼 n根據(jù)根據(jù)變長(zhǎng)最佳編碼定理變長(zhǎng)最佳編碼定理，HuffmanHuffman編碼編碼步驟如下：步驟如下：n（1 1）對(duì)出現(xiàn)概率大的信息符號(hào)賦予短碼字，對(duì)于出現(xiàn)概率小的信息符號(hào)賦予長(zhǎng)碼字。哈夫

15、曼碼特點(diǎn)哈夫曼碼特點(diǎn)它是1種塊（組）碼，因?yàn)楦鱾€(gè)信源符號(hào)都被 映射成1組固定次序的碼符號(hào)它是1種即時(shí)碼。解碼即時(shí)性解碼即時(shí)性是指對(duì)任意一個(gè)有限長(zhǎng)的碼符號(hào)串，可以對(duì)每個(gè)碼字分別解碼，即讀完一個(gè)碼字就將其對(duì)應(yīng)的信源符號(hào)確定下來(lái)，不需要考慮其后的碼字它是1種可唯一解開(kāi)的碼，或者說(shuō)具有解碼唯一性55HuffmanHuffman編碼編碼 56HuffmanHuffman編碼編碼 57HuffmanHuffman編碼編碼 哈夫曼碼的改型哈夫曼碼的改型59n香農(nóng)-范諾編碼是另一種基于統(tǒng)計(jì)的變長(zhǎng)編碼算法，與Huffman編碼沒(méi)有本質(zhì)上的差別，采用從上到下的方法。60Shannon-Shannon-FanoFa

16、no編碼編碼 變長(zhǎng)編碼技術(shù)，其碼字中的0和1是獨(dú)立的，并且基本上等概率出現(xiàn).主要步驟為：(1) 將信源符號(hào)依其概率從大到小排列(2) 將信源符號(hào)分成概率和接近的兩部分(3) 分別給兩部分的信源符號(hào)組合賦值(4) 如果兩部分均只有一個(gè)信源符號(hào)，編碼結(jié)束，否則返回(2)繼續(xù)進(jìn)行香農(nóng)-法諾編碼0101010105.010.015.020.025.025.0543210uuuuuuX10%98)()(45. 2)(42. 2)(dRdHdRdH灰度概率u00.25u10.25u20.2u30.15u40.1u50.0562Shannon-Shannon-FanoFano編碼編碼 S=s1,s2,s3,

17、s4,s5S=0.4,0.175,0.15,0.15,0.12563Shannon-Shannon-FanoFano編碼編碼 s10.4002S20.175012S30,15102S40.151103S50.1251113275. 2)(51ilisipL64知識(shí)回顧圖像編碼的目的數(shù)據(jù)冗余n1、編碼冗余n2、像素間冗余n3、心理視覺(jué)冗余65kkkppxIlog1log)(NiiippXH12log)(知識(shí)回顧66知識(shí)回顧n信息無(wú)損熵編碼方法哈夫曼編碼（赫夫曼編碼）香農(nóng)-范諾編碼n像素灰度值 =7 編碼:10001000000100n像素灰度值 =8 編碼:0101100n像素灰度值 =9 編碼

18、:00001n像素灰度值 =10 編碼:110010n像素灰度值 =11 編碼:101011n像素灰度值 =12 編碼:00000n像素灰度值 =13 編碼:00100n像素灰度值 =14 編碼:01010n像素灰度值 =15 編碼:111000n像素灰度值 =16 編碼:011111n像素灰度值 =17 編碼:0111010n像素灰度值 =18 編碼:10001001n像素灰度值 =19 編碼:00010011n像素灰度值 =20 編碼:111010101n像素灰度值 =21 編碼:101000001n像素灰度值 =22 編碼:010110100n像素灰度值 =23 編碼:010110111

19、n像素灰度值 =24 編碼:010011000n像素灰度值 =25 編碼:001010100n平均碼字長(zhǎng)度 =7.0448n壓縮比 =1.135668算術(shù)編碼算術(shù)編碼 n方法特點(diǎn)n算術(shù)編碼是一種從整個(gè)符號(hào)序列出發(fā)，采用遞推形式連續(xù)編碼的方法n算術(shù)編碼過(guò)程中，只用到加法和移位運(yùn)算n算術(shù)編碼中，源符號(hào)和碼字間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系并不存在n算法分析n設(shè)要編碼的符號(hào)序列為：c1c2c3c4=b1b2b3b4nP=0.1,0.38,0.22,0.30初始編碼間隔初始編碼間隔 (00.1,0.10.48,0.480.7,0.71)算術(shù)編碼算術(shù)編碼算術(shù)編碼過(guò)程圖解100.1編碼序列1c = b1b12b3b4b0

20、b12b3b4b0.0480.01b12b3b4b0.0282b12b3b4b0.03660.03412c = b23c = b34c = b4初始編碼間隔初始編碼間隔 (00.1,0.10.48,0.480.7,0.71)nP6.5.2 例題6.5 算術(shù)編碼算術(shù)編碼算術(shù)算術(shù)解碼解碼算術(shù)解碼算術(shù)解碼 p160信源符號(hào)信源符號(hào)a1,a2,a3,a4,a5,a6概率概率0.2,0.3,0.1,0.2,0.1,0.1間隔間隔(左閉右開(kāi)左閉右開(kāi))0-0.2,0.2-0.5,0.5-0.6,0.6-0.8,0.8-0.9,0.9-1算術(shù)編碼后的碼字為算術(shù)編碼后的碼字為0.233550.23355屬于區(qū)間

21、屬于區(qū)間0.2-0.5，所以解出的第一個(gè)碼，所以解出的第一個(gè)碼字為字為a2;之后解碼過(guò)程按照公式：之后解碼過(guò)程按照公式：0.23355-0.2/(0.5-0.2)=0.1118 a1.7576預(yù)測(cè)編碼n1）基本思想n圖像相鄰像素間存在很強(qiáng)的相關(guān)性 預(yù)測(cè)。n預(yù)測(cè)值和實(shí)際值存在誤差，稱為預(yù)測(cè)誤差。n對(duì)預(yù)測(cè)誤差進(jìn)行編碼的技術(shù)稱為預(yù)測(cè)編碼。77預(yù)測(cè)編碼n2）方法分類nA、無(wú)損預(yù)測(cè)編碼nB、有損預(yù)測(cè)編碼78無(wú)損預(yù)測(cè)編碼無(wú)損預(yù)測(cè)編碼 由于預(yù)測(cè)誤差的動(dòng)態(tài)范圍小于輸入序列的動(dòng)態(tài)范圍，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的壓縮。第10章無(wú)損預(yù)測(cè)編碼當(dāng)輸入圖像的像素序列fn (n = 1, 2, )逐個(gè)進(jìn)入編碼器時(shí)，預(yù)測(cè)器會(huì)根據(jù)若干個(gè)過(guò)去的

22、輸入數(shù)據(jù)計(jì)算產(chǎn)生對(duì)當(dāng)前輸入像素的預(yù)測(cè)（估計(jì)）值 預(yù)測(cè)誤差解壓圖像的像素序列 nnneffnnnfef第10章無(wú)損預(yù)測(cè)編碼線性預(yù)測(cè)器對(duì)當(dāng)前像素值的預(yù)測(cè)設(shè)掃描沿行進(jìn)行最簡(jiǎn)單的1-D線性預(yù)測(cè)編碼是一階的 1round mnin iifa f 1( , )round (, )mniifx ya f xi y( , )round (1, )f x yaf xy81無(wú)損預(yù)測(cè)編碼無(wú)損預(yù)測(cè)編碼 n在在圖像數(shù)據(jù)壓縮中，常用如下幾種線性預(yù)測(cè)方案：圖像數(shù)據(jù)壓縮中，常用如下幾種線性預(yù)測(cè)方案：n（1 1）前值預(yù)測(cè)，即）前值預(yù)測(cè)，即n（2 2）一維預(yù)測(cè)，即用同一掃描行的前面幾個(gè)采樣值預(yù)測(cè)。一維預(yù)測(cè)，即用同一掃描行的前面幾

23、個(gè)采樣值預(yù)測(cè)。n（3 3）二維預(yù)測(cè)，即不但用同一掃描行的前面幾個(gè)采樣值，）二維預(yù)測(cè)，即不但用同一掃描行的前面幾個(gè)采樣值，還要用前幾行中的采樣值一起來(lái)預(yù)測(cè)。還要用前幾行中的采樣值一起來(lái)預(yù)測(cè)。1nnaff82 無(wú)損預(yù)測(cè)編碼無(wú)損預(yù)測(cè)編碼 83 無(wú)損預(yù)測(cè)編碼無(wú)損預(yù)測(cè)編碼 nP166例6.7.18485一、預(yù)測(cè)編碼n有損預(yù)測(cè)編碼86878889預(yù)測(cè)編碼n有損壓縮方法的壓縮比：n在圖像壓縮比大于30:1時(shí)，仍然能夠重構(gòu)圖像n在圖像壓縮比為10:1到20:1時(shí)，重構(gòu)圖像與原圖幾乎沒(méi)有差別n無(wú)損壓縮的壓縮比很少有能超過(guò)3:1的n這兩種壓縮方法的根本差別在于有沒(méi)有量化模塊90n源數(shù)據(jù)編碼與解碼的模型n源數(shù)據(jù)編碼

24、的模型n源數(shù)據(jù)解碼的模型符號(hào)符號(hào)解碼器解碼器反向反向映射器映射器映射器映射器量化器量化器符號(hào)符號(hào)編碼器編碼器91n量化器基本思想：n減少圖像的灰度級(jí)n這種量化是不可逆的，因而解碼時(shí)圖像有損失sts1s2s3t1t2t3 如果輸入是256 個(gè)灰度級(jí)，對(duì)灰度級(jí)量化后輸出，只剩下4個(gè)層次，數(shù)據(jù)量被大大減少。92 有損預(yù)測(cè)編碼有損預(yù)測(cè)編碼 93n有損預(yù)測(cè)的基本思想 對(duì)無(wú)損預(yù)測(cè)壓縮的誤差進(jìn)行量化，通過(guò)消除視覺(jué)心理冗余，達(dá)到對(duì)圖像進(jìn)一步壓縮的目的。94無(wú)損預(yù)測(cè)編碼系統(tǒng)推導(dǎo)出有損預(yù)測(cè)編碼系統(tǒng) n有損預(yù)測(cè)編碼 )(nnnffQe+ -符號(hào)符號(hào)編碼編碼預(yù)測(cè)器預(yù)測(cè)器壓縮圖像輸入圖像enfn fn量化器量化器ne

25、95 n有損預(yù)測(cè)解碼 nf+ +符號(hào)符號(hào)解碼解碼預(yù)測(cè)預(yù)測(cè)器器解壓縮圖像壓縮圖像 fnne nnnfef 96n有損預(yù)測(cè)編碼nf預(yù)測(cè)預(yù)測(cè)器器預(yù)測(cè)預(yù)測(cè)器器編碼fn解碼nnnfef 97n修改后的有損預(yù)測(cè)編碼 ne 符號(hào)符號(hào)編碼編碼壓縮圖像+ -en輸入圖像fn量化量化器器預(yù)測(cè)預(yù)測(cè)器器 fn+ + nfnnnfef 98 有損預(yù)測(cè)編碼有損預(yù)測(cè)編碼 99德?tīng)査{(diào)制（德?tīng)査{(diào)制（DMDM編碼）編碼） 1nnf af他其當(dāng)cecenn0C為常數(shù)，編碼長(zhǎng)度為1比特，因?yàn)檎`差量化后輸出只有2個(gè)值nP168 例6.8.1n a=1和c=5。n輸入序列12，16，12，14，20，32，46，52，50，51，5

26、0100nDM(Delta modulation)有損預(yù)測(cè)編碼n算法分析（p169） 102德?tīng)査{(diào)制德?tīng)査{(diào)制 103nDM(Delta modulation)有損預(yù)測(cè)編碼n算法分析n在所有有損預(yù)測(cè)壓縮中都會(huì)出現(xiàn)誤差。n誤差的嚴(yán)重程度取決于使用的量化方法和預(yù)測(cè)方法之間的相互作用n盡管存在這種相互作用n定義預(yù)測(cè)函數(shù)時(shí)仍然假定沒(méi)有量化誤差n定義量化函數(shù)時(shí)僅是盡可能地降低它自身的誤差n即量化函數(shù)和預(yù)測(cè)函數(shù)是分別定義的104最佳線性預(yù)測(cè)器基礎(chǔ)最佳線性預(yù)測(cè)器基礎(chǔ) n一個(gè)線性預(yù)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)壓縮率大小取決于預(yù)測(cè)器性一個(gè)線性預(yù)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)壓縮率大小取決于預(yù)測(cè)器性能的好壞。最佳線性預(yù)測(cè)就是選擇合適的系數(shù)使得誤

27、能的好壞。最佳線性預(yù)測(cè)就是選擇合適的系數(shù)使得誤差信號(hào)的均方誤差最小。差信號(hào)的均方誤差最小。n信號(hào)的均方誤差（即方差）為：信號(hào)的均方誤差（即方差）為：22nnnffEeE（一般了解）第10章有損預(yù)測(cè)編碼最優(yōu)預(yù)測(cè)器：4個(gè)例子1( , )0.97 ( ,1)fx yf x y40.97 ( ,1) (1, )(1,1)( ,1)(1,1)( , )0.97 (1, )f x yf xyf xyf x yf xyfx yf xy如其他3( , )0.75 ( ,1)0.75 (1, )0.5 (1,1)fx yf x yf xyf xy2( , )0.5 ( ,1)0.5 (1, )fx yf x y

28、f xynP170 例6.8.2106107最優(yōu)量化器最優(yōu)量化器 （一般了解）靜止圖像壓縮國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)靜止圖像壓縮國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)JPEG由ISO和原CCITT兩個(gè)組織1986年成立的聯(lián)合圖像專家組（joint picture expert group）所制定的靜止灰度或彩色圖像的壓縮標(biāo)準(zhǔn)(1)基于DCT的有損編碼基本系統(tǒng)，可用于絕大多數(shù)壓縮應(yīng)用場(chǎng)合(2)基于分層遞增模式的擴(kuò)展/增強(qiáng)編碼系統(tǒng)，用于高壓縮比、高精確度或漸進(jìn)重建應(yīng)用場(chǎng)合(3)基于預(yù)測(cè)編碼中DPCM方法的無(wú)損系統(tǒng)，用于無(wú)失真應(yīng)用的場(chǎng)合靜止圖像壓縮國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)靜止圖像壓縮國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)JPEG2000由ISO和原CCITT兩個(gè)組織的聯(lián)合圖像專家組于1997

29、年開(kāi)始征集提案，于2000年問(wèn)世運(yùn)用新標(biāo)準(zhǔn)將不僅能提高對(duì)圖像的壓縮質(zhì)量，尤其是低碼率時(shí)的壓縮質(zhì)量，而且還將得到許多增加了的功能，包括根據(jù)圖像質(zhì)量、視覺(jué)感受和分辨率進(jìn)行漸進(jìn)壓縮傳輸，對(duì)碼流的隨機(jī)存取和處理（可以便捷、快速地訪問(wèn)壓縮碼流的不同點(diǎn)或不同部分），在解壓縮的同時(shí)解碼器可以縮放、旋轉(zhuǎn)和裁剪圖像，開(kāi)放結(jié)構(gòu)，向下兼容等 第10章運(yùn)動(dòng)圖像壓縮國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)圖像壓縮國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)Motion JPEG用JPEG的方法對(duì)運(yùn)動(dòng)視頻/電視信號(hào)進(jìn)行編碼，這也稱為運(yùn)動(dòng)JPEG這樣使用的一個(gè)限制是由于它對(duì)每一幀獨(dú)立工作，所以它并不能減少各幀之間的冗余JPEG僅進(jìn)行幀內(nèi)壓縮也可以是個(gè)優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)檫@樣就提供了一個(gè)快速訪問(wèn)視

30、頻中任意幀的方法。使用JPEG時(shí)，人們只需要等待對(duì)一幀的解碼時(shí)間，即0.04 s 運(yùn)動(dòng)圖像壓縮國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)圖像壓縮國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)H.261運(yùn)動(dòng)灰度圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)。它主要為電視會(huì)議和可視電話等應(yīng)用而制定H.261將一個(gè)圖像序列分成許多組對(duì)每組的第一幀圖進(jìn)行幀內(nèi)編碼，得到的編碼幀稱為初始幀I-frame對(duì)每組的剩余幀圖進(jìn)行幀間編碼，得到的編碼幀稱為預(yù)測(cè)幀P-frame對(duì)I-幀獨(dú)立編碼，對(duì)P-幀則參照上一幀編碼 運(yùn)動(dòng)圖像壓縮國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)圖像壓縮國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)MPEG-1運(yùn)動(dòng)圖像專家組（MPEG）制定的第1個(gè)運(yùn)動(dòng)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)。它是一種娛樂(lè)質(zhì)量的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)，主要用于數(shù)字媒體上壓縮視頻數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和提取標(biāo)準(zhǔn)包括3部分：系統(tǒng)；視頻；音頻所壓縮的碼流基本上可達(dá)1.5到2 M bit/s分別采用3種不同的方式對(duì)3種類型的圖像進(jìn)行編碼，I圖像，P圖像 ，B圖像 運(yùn)動(dòng)圖像壓縮國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)圖像壓縮國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)MPEG-2運(yùn)動(dòng)圖像專家組（MPEG）制定的第2個(gè)運(yùn)動(dòng)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)，是用于視頻傳輸?shù)膲嚎s標(biāo)