chap08 圖像壓縮編碼圖像處理與通信

1、chap08 圖像壓縮編碼圖像處理與通信圖像壓縮壓縮的原因必要性；圖像數(shù)據(jù)量巨大；實時傳輸，信道帶寬；存儲；如：分辨率640*480的彩色圖像，每秒30幀， 640*480*24*30=221.12M；圖像壓縮編碼圖像壓縮GIF214155 12幀 原圖像數(shù)據(jù)1166KB PNG 1024768 原圖像數(shù)據(jù)圖像壓縮編碼圖像壓縮AVIAudio Video Interleave視頻大小：1280720 幀率：29.915fps 持續(xù)時間：30.854s 總幀數(shù)：923f原始碼流：661672kbit/s 視頻平均碼流： 4644kbit/s 圖像壓縮編碼圖像壓縮ASF視頻大?。?40480 幀率

2、：25fps 持續(xù)時間：32.04s 總幀數(shù)：801f原始碼流：184320kbit/s 視頻平均碼流： 847kbit/s 圖像壓縮編碼WMV視頻大小：640480 幀率：23.976fps 持續(xù)時間：40.04s 總幀數(shù)：960f原始碼流：176770kbit/s 視頻平均碼流： 828kbit/s 圖像壓縮圖像壓縮編碼圖像壓縮壓縮的可能性；理論根底：信息論；圖像數(shù)據(jù)存在各種冗余：空間冗余、時間冗余、信息熵冗余、構(gòu)造冗余、知識冗余、視覺冗余、其他冗余；圖像相鄰像素間、相鄰行間及相鄰幀之間，都存在很強的相關(guān)性。許多應(yīng)用環(huán)境允許圖像有一定程度失真；圖像壓縮編碼 實際圖像中冗余信息的表現(xiàn)灰度圖一

3、幀圖像數(shù)據(jù)的空間冗余圖像壓縮36353434343434323434333730343434343434343435343431圖像壓縮編碼視頻之間的時間冗余相鄰兩幀；Mother_daughter第0幀Mother_daughter第1幀圖像壓縮圖像壓縮編碼視頻之間的時間冗余相鄰兩幀；第1幀 第2幀 圖像壓縮圖像壓縮編碼圖像壓縮構(gòu)造冗余圖像壓縮編碼圖像壓縮傳輸系統(tǒng)框圖具體流程如下：傳輸前壓縮；接收端解壓重建；圖像壓縮圖像編碼與壓縮就是對圖像數(shù)據(jù)按一定的規(guī)那么進展變換和組合，到達以盡可能少的代碼符號來表示盡可能多的圖像信息。即在保證圖像觀察質(zhì)量的前提下，盡可能最大限度地降低碼率，以利于節(jié)省圖像

4、數(shù)據(jù)的存儲空間，減少傳輸時間、傳輸通道，降低本錢。圖像壓縮編碼各種圖像壓縮技術(shù)，出發(fā)點：改變圖像信息的描述方式，以壓縮掉圖像中的數(shù)據(jù)冗余；忽略一些視覺不太明顯的微小差異，以壓縮掉圖像中的視覺冗余；圖像壓縮編碼技術(shù)分類統(tǒng)計編碼、預(yù)測編碼、變換編碼模型編碼、混合編碼等等圖像壓縮編碼圖像壓縮編碼技術(shù)的分類第一代壓縮編碼；八十年代以前，主要是根據(jù)傳統(tǒng)的信源編碼方法；第二代壓縮編碼； 八十年代以后，突破信源編碼理論，結(jié)合分形、模型基、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波變換等數(shù)學(xué)工具，充分利用視覺系統(tǒng)生理心理特性和圖像信源的各種特性；從圖像壓縮技術(shù)的歷史開展過程進展分類圖像壓縮編碼像素編碼變換編碼預(yù)測編碼位平面編碼增量調(diào)制熵

5、編碼算術(shù)編碼DCT變換DPCM調(diào)制第一代壓縮編碼其他編碼行程編碼圖像壓縮編碼技術(shù)分類圖像壓縮編碼子帶編碼模型編碼分層編碼分型編碼第二代壓縮編碼圖像壓縮編碼技術(shù)分類圖像壓縮編碼無損無失真編碼；有損有失真編碼；編碼種類編碼方法無損壓縮霍夫曼編碼、算術(shù)編碼、行程編碼 有損壓縮 預(yù)測編碼頻率域方法空間域方法模型方法DPCM、運動估計補償變換編碼（DCT等）、子帶編碼（小波變換等）統(tǒng)計分塊編碼分形編碼、模型基編碼混合編碼JPEG、H.26X系列、MPEG-X系列圖像壓縮編碼技術(shù)分類從圖像解碼結(jié)果是否保真角度進展分類圖像壓縮編碼第8章 圖像壓縮編碼8.1 圖像編碼根底；8.2 圖像的統(tǒng)計編碼；行程編碼、霍

6、夫曼編碼、算術(shù)編碼等8.3 預(yù)測編碼；8.4 變換編碼DCT；8.5 靜止圖像編碼標準JPEG；8.6 運動圖像編碼標準MPEG；圖像壓縮編碼8.1 圖像編碼根底圖像信源的熵值概念；圖像壓縮編碼的系統(tǒng)評價；圖像壓縮編碼信息量的度量；信源的熵；表征平均信息量；信源的最大熵；等概分布時取得；當(dāng)信源概率非等概分布時；實際的信源熵小于最大熵；8.1 圖像編碼根底8.1.1 圖像信息的熵值概念圖像壓縮編碼考察圖像信源；圖像的信源熵值圖像熵值；等概時；實際非等概時；定義相對熵h；定義剩余度r；8.1 圖像編碼根底8.1.1 圖像信息的熵值概念圖像壓縮編碼圖像的條件熵圖像的零階熵值，記為 ；基于無記憶的信源

7、；實際圖像信息源各符號是相關(guān)的；條件概率；聯(lián)合概率；聯(lián)合熵；條件熵；高階熵；可取N個像素的子塊；稱一階熵8.1 圖像編碼根底8.1.1 圖像信息的熵值概念圖像壓縮編碼圖像壓縮編碼：既要考慮數(shù)據(jù)量的壓縮，也要重視圖像編碼質(zhì)量；基于壓縮編碼參數(shù)的評價；基于保真度準那么的評價；算法的適用范圍；算法的復(fù)雜度；8.1 圖像編碼根底8.1.2 圖像壓縮編碼的系統(tǒng)評價圖像壓縮編碼基于壓縮編碼參數(shù)的評價；平均碼字長度R；編碼效率；壓縮比；(原數(shù)據(jù)量-壓縮后數(shù)據(jù)量)/原數(shù)據(jù)量；編碼前后平均碼長之比r=n/R；冗余度r；8.1 圖像編碼根底8.1.2 圖像壓縮編碼的系統(tǒng)評價圖像壓縮編碼基于保真度準那么的評價；圖像

8、的品質(zhì)：核心為保真度逼真度；與標準圖像之間的偏差；亮度、比照度、色度和分辨率等；兩類；客觀保真度準那么定量評價；用公式對逼真度給出具體數(shù)據(jù)的描述；主觀保真度準那么定性評價；由人去觀察給出主觀的評價；8.1 圖像編碼根底8.1.2 圖像壓縮編碼的系統(tǒng)評價圖像壓縮編碼客觀保真度評價準那么；均方根誤差MSE；均方根信噪比SNR；8.1 圖像編碼根底8.1.2 圖像壓縮編碼的系統(tǒng)評價圖像壓縮編碼客觀保真度評價準那么；峰值信噪比PSNR；一般，PSNR 30 dB 的圖像不能用；PSNR 在35dB 左右可承受8.1 圖像編碼根底8.1.2 圖像壓縮編碼的系統(tǒng)評價圖像壓縮編碼主觀保真度評價準那么；由專家

9、或外行人對圖像進展主觀評價，給出評價等級；對單幅圖像；對一組圖像；8.1 圖像編碼根底8.1.2 圖像壓縮編碼的系統(tǒng)評價圖像壓縮編碼為什么要用標準圖像；某種圖像壓縮編碼算法對不同圖像的編碼效率可能不同；(a) Lena (b) Barbara (c) Mandrill帽子羽毛、頭發(fā)局部高頻信息多，肩部亮度過渡平滑；高頻信息極其豐富；圖像含物體邊緣細節(jié)信息多；8.1 圖像編碼根底8.1.3 測試用的標準圖像圖像壓縮編碼8.1 圖像編碼根底圖像壓縮編碼測試用標準圖像8.1 圖像編碼根底8.1.3 測試用的標準圖像圖像壓縮編碼測試用標準圖像8.1 圖像編碼根底8.1.3 測試用的標準圖像圖像壓縮編碼

10、8.1 圖像編碼根底8.1.3 測試用的標準圖像圖像壓縮編碼8.2 統(tǒng)計編碼技術(shù)統(tǒng)計編碼；基于信源熵值理論的一類無損編碼；根據(jù)符號出現(xiàn)的概率分布特性進展的；主要有；霍夫曼編碼；香農(nóng)-范諾編碼；行程編碼(游程編碼RLC)；算術(shù)編碼；圖像壓縮編碼8.2.1 霍夫曼編碼首先求出圖像中灰度分布的灰度直方圖；根據(jù)該直方圖，對其按照分布概率從小到大的順序進展排列；每一次從中選擇出兩個概率為最小的節(jié)點相加，形成一個新的節(jié)點，構(gòu)造一個稱為“Huffman樹的二叉樹；對這個二叉樹進展編碼，就獲得了Huffman編碼碼字； 為了到達大的壓縮率，提出了一種方法就是將在圖像中出現(xiàn)頻度大的像素值，給一個比較短的編碼，將

11、出現(xiàn)頻度小的像素值,給一個比較長的編碼；8.2 統(tǒng)計編碼技術(shù)圖像壓縮編碼8.2.1 霍夫曼編碼8.2 統(tǒng)計編碼技術(shù)圖像壓縮編碼編碼性能；平均碼長R：2.61 b/符號；熵：H = 2.55 b/符號；編碼效率：=H/R=2.55/2.61=97.8；霍夫曼編碼方法是平均碼長以最大限度地逼近其信源熵值的最好方法；實際，將圖像按分塊進展；與其他圖像壓縮法結(jié)合使用；8.2.1 霍夫曼編碼8.2 統(tǒng)計編碼技術(shù)圖像壓縮編碼香農(nóng)范諾編碼；可變字長編碼方式；根本原那么：符號的碼字長度Ni完全由該符號出現(xiàn)的概率來決定；公式：D為所用的編碼進制；8.2.2 香農(nóng)-范諾編碼8.2 統(tǒng)計編碼技術(shù)圖像壓縮編碼編碼步驟

12、；將信源符號按其出現(xiàn)概率從大到小排序;計算出各概率對應(yīng)的碼字長度Ni;計算累加概率Ai;把各個累加概率Ai由十進制轉(zhuǎn)化為二進制，取該二進制數(shù)的前Ni位作為對應(yīng)信源符號的碼字;8.2.2 香農(nóng)-范諾編碼8.2 統(tǒng)計編碼技術(shù)圖像壓縮編碼編碼舉例；某信源發(fā)出的8個消息，其信源概率分布是不均勻的，分別為0.1，0.18，0.4，0.05，0.06，0.1，0.07，0.04;8.2.2 香農(nóng)-范諾編碼8.2 統(tǒng)計編碼技術(shù)圖像壓縮編碼二分法香農(nóng)范諾編碼法；將信源符號按照其出現(xiàn)概率從大到小排序； 從這個概率集合中的某個位置將其分為兩個子集合；并盡量使兩個子集合的概率和近似相等，給前面一個子集合賦值為0，后

13、面一個子集合賦值為1； 重復(fù)步驟2，直到各個子集合中只有一個元素為止； 將每個元素所屬的子集合的值依次串起來，即可得到各個元素的編碼；8.2.2 香農(nóng)-范諾編碼8.2 統(tǒng)計編碼技術(shù)圖像壓縮編碼二分法編碼舉例；8.2.2 香農(nóng)-范諾編碼8.2 統(tǒng)計編碼技術(shù)圖像壓縮編碼行程編碼游程編碼/RLE；是一種最簡單的，在某些場合是非常有效的一種無損壓縮編碼方法;行程的概念：具有一樣灰度值的像素序列行程的編碼：用行程的灰度和行程的長度代替行程本身aaaa bbb cc d eeeee fffffff 行程編碼： a4b3c2d1e5f7數(shù)據(jù)量：12*8=96 bits8.2.3 行程編碼8.2 統(tǒng)計編碼技術(shù)

14、 圖像碼字按幅度，長度幅度，長度形式排列。 圖像壓縮編碼終點位置標記方式；行程終點編碼；行程長度編碼；行程長度的霍夫曼編碼；8.2.3 行程編碼8.2 統(tǒng)計編碼技術(shù)圖像壓縮編碼定長行程編碼：編碼的行程長度所用的二進制位數(shù)固定；8.2.3 行程編碼8.2 統(tǒng)計編碼技術(shù)不定長行程編碼：不同范圍的行程長度用不同編碼位，需要增加標志位來說明所使用的二進制位數(shù)；線性碼法A碼：行程長，碼字長；對數(shù)碼法B碼：碼字長度與行程長度的對數(shù)成正比； 圖像壓縮編碼 件中一般都是白色比較多，而黑色相比照較少；計數(shù)值須用12比特；定長行程編碼改進：白 12比特，黑 4比特；不定長行程編碼 500W 3b 470w 12b

15、 4w 3b 3000w 8.2.3 行程編碼8.2 統(tǒng)計編碼技術(shù)圖像壓縮編碼8.2.3 行程編碼8.2 統(tǒng)計編碼技術(shù)圖像壓縮編碼8.2.3 行程編碼8.2 統(tǒng)計編碼技術(shù)分析：對于有大面積色塊的圖像，壓縮效果很好。對于紛雜的圖像，壓縮效果不好，最壞情況下，數(shù)據(jù)量加倍。圖像壓縮編碼圖像進展行程編碼的核心問題：將二維排列的像素，采用某種掃描方式轉(zhuǎn)化成一維排列的方式，以構(gòu)成豐富的行程，再按照一維行程編碼方式進展編碼；8.2.3 行程編碼8.2 統(tǒng)計編碼技術(shù)圖像壓縮編碼(a) (b) 兩種典型的排列方式；8.2.3 行程編碼8.2 統(tǒng)計編碼技術(shù)圖像壓縮編碼8.2.4 算術(shù)編碼8.2 統(tǒng)計編碼技術(shù) 算術(shù)

16、編碼是60年代初期Elias提出，由Rissanen和Pasco首次介紹了它的實用技術(shù)，在信源概率分布比較均勻情況下，它的編碼效率高于哈夫曼編碼(5%)，沒有變換編碼對數(shù)據(jù)輸入分塊的要求，在JPEG擴展系統(tǒng)中用它來取代哈夫曼編碼。圖像壓縮編碼兩種模式固定模式：信源概率統(tǒng)計特性情況；自適應(yīng)模式：信源概率分布模型未知；算術(shù)編碼兩種模式可用硬件實現(xiàn)；在未知信源概率分布情況時，算術(shù)編碼一般優(yōu)于霍夫曼編碼；8.2.4 算術(shù)編碼8.2 統(tǒng)計編碼技術(shù)圖像壓縮編碼步驟建立概率模型，即通過掃描統(tǒng)計，獲得各信源符號的概率大小；將被編碼的信源消息表示成實數(shù)軸01之間的一個間隔(也稱子區(qū)間)，其長度等于該序列的概率；

17、在該區(qū)間內(nèi)選擇一個代表性的小數(shù)，將其轉(zhuǎn)化為二進制作為實際的編碼輸出。 消息越長，編碼表示它的間隔就越小，表示這一間隔所需的二進制位數(shù)就越多。8.2.4 算術(shù)編碼8.2 統(tǒng)計編碼技術(shù)圖像壓縮編碼設(shè)一字符集S； 假設(shè)要發(fā)送 ，試對其編碼。先設(shè)定各字符的概率區(qū)間分布；確定要編碼的數(shù)據(jù)所在的概率區(qū)間；8.2.4 算術(shù)編碼8.2 統(tǒng)計編碼技術(shù)圖像壓縮編碼確定要編碼的數(shù)據(jù)所在的概率區(qū)間；假設(shè)要發(fā)送8.2.4 算術(shù)編碼8.2 統(tǒng)計編碼技術(shù)圖像壓縮編碼解碼是編碼的逆過程，根據(jù)編碼時的概率分配表和壓縮后數(shù)據(jù)代碼所在的范圍，確定代碼所對應(yīng)的每一個數(shù)據(jù)符號。由此可見，算術(shù)編碼的實現(xiàn)方法要比哈夫曼編碼復(fù)雜一些。 8.

18、2.4 算術(shù)編碼8.2 統(tǒng)計編碼技術(shù)圖像壓縮編碼8.3 預(yù)測編碼技術(shù)根本思想：建立在信號語音、圖像等數(shù)據(jù)的相關(guān)性上時間冗余、空間冗余；利用以前的樣本值對當(dāng)前新樣本值進展預(yù)測，也就是通過提取每個像素中新增信息進展編碼；新增信息指的是像素實際值與預(yù)測值之間的差異，即差值信號，它一般都很小，根本接近于0值；分類無損預(yù)測編碼；有損預(yù)測編碼DPCM；自適應(yīng)預(yù)測編碼ADPCM；圖像壓縮編碼差值圖像的統(tǒng)計特性一般圖像自然景物、人物的直方圖圖像差值信號的概率分布8.3 預(yù)測編碼技術(shù)圖像壓縮編碼8.3 預(yù)測編碼技術(shù)8.3.1 無損預(yù)測編碼技術(shù)圖像壓縮編碼8.3 預(yù)測編碼技術(shù)8.3.2 有損預(yù)測編碼技術(shù)DPCM圖

19、像壓縮編碼預(yù)測器線性預(yù)測函數(shù)； 為預(yù)測系數(shù)； 前值預(yù)測；一維預(yù)測；二維預(yù)測；三維預(yù)測幀間預(yù)測；最正確線性預(yù)測；均方誤差最小準那么下求出最正確預(yù)測系數(shù)；8.3 預(yù)測編碼技術(shù)8.3.3 預(yù)測器圖像壓縮編碼自適應(yīng)預(yù)測器；K為自適應(yīng)系數(shù),適應(yīng)不同局部圖像的變化；灰度變化大的區(qū)域，k大；灰度變化緩慢的區(qū)域，k??；非線性預(yù)測器；8.3 預(yù)測編碼技術(shù)8.3.3 預(yù)測器圖像壓縮編碼ADPCM：提供自適應(yīng)性，是一種動態(tài)的編碼過程，使編碼性能更佳；自適應(yīng)量化；自適應(yīng)預(yù)測，多階預(yù)測； 編碼；8.3 預(yù)測編碼技術(shù)8.3.4 ADPCM圖像壓縮編碼8.4 圖像的變換編碼變換編碼；利用在變換域中的能量集中特性；變換到頻域

20、中，將低頻與高頻局部的信息，分別按照不同的數(shù)據(jù)承載方式進展表述；在接收方不產(chǎn)生誤解的前提下允許一定的信息喪失；圖像壓縮編碼圖像變換編解碼系統(tǒng)8.4 圖像的變換編碼圖像壓縮編碼變換編碼的幾個問題為什么要分割成子圖像進展變換；子圖像大小如何選擇；變換類型的選擇；變換系數(shù)的選擇；量化步長系數(shù)的選擇；8.4 圖像的變換編碼圖像壓縮編碼小塊圖像如88，1616的變換計算較容易；像素間的相關(guān)性隨著距離的增大而減小；8.4 圖像的變換編碼圖像壓縮編碼2. 子圖像尺寸大小子圖像尺寸越小，計算速度越快，實現(xiàn)簡單；子圖像尺寸越大，去相關(guān)效果好，因為DFT、DCT等正弦類變換隨著n趨于無窮大其漸趨于最正確性，但也漸

21、趨于飽和；子圖像尺寸越大，由于圖像本身的相關(guān)性減小，反而使其壓縮效果不明顯，而且增加了計算的復(fù)雜性；子圖像尺寸越小，變換圖像能量集中較好，但因變換塊系數(shù)少，壓縮空間?。?.4 圖像的變換編碼圖像壓縮編碼2. 子圖像尺寸大小8.4 圖像的變換編碼圖像壓縮編碼綜合考慮圖像數(shù)據(jù)壓縮能力和計算復(fù)雜性，實踐也證明，一般取88或1616作為子圖像尺寸；2. 子圖像尺寸大小8.4 圖像的變換編碼圖像壓縮編碼FFT、DCT、哈達瑪變換、K-L變換等各類正交變換；理論上，各種變換都可用于圖像的變換編碼中；在圖像的變換編碼實際應(yīng)用中，一般是選用DCT；其理由；3. 變換類型的選擇8.4 圖像的變換編碼信息集中能力

22、強弱KLT，DCT，DFT，WHT計算量大小KLT，DCT，DFT，WHT圖像壓縮編碼K-L變換是最正確的，但其變換與數(shù)據(jù)無關(guān)，要針對每個子圖像獲得KL變換根本函數(shù)，這樣所需的計算量非常大，故不太實用；FFT在n趨于無窮大時，即圖像尺寸大于像素之間的相關(guān)距離時，其壓縮性能接近于K-L變換；重建圖像存在塊狀效應(yīng)較明顯；DCT在壓縮率方面與K-L變換相差不多，而且能用類似FFT的算法實現(xiàn)快速變換；3. 變換類型的選擇8.4 圖像的變換編碼圖像壓縮編碼變換區(qū)域編碼；變換閾值編碼；4. 變換系數(shù)的選擇8.4 圖像的變換編碼圖像壓縮編碼子圖像如88經(jīng)變換后，系數(shù)可用一矩陣表示；從能量看：主要能量集中在低

23、頻區(qū)左上角，很少的局部對應(yīng)圖像中邊界灰度變化區(qū)域表達在高頻段右下角；從DCT系數(shù)看：64個系數(shù)中，1個直流系數(shù)DC)在左上角第一個，代表了矩陣數(shù)據(jù)塊的平均值，其余63個交流系數(shù)AC值都比較小，甚至大局部接近于0；5. 量化系數(shù)的考慮8.4 圖像的變換編碼圖像壓縮編碼人眼視覺系統(tǒng)的特性；對低頻段比較敏感，而對高頻段較不敏感；對亮度信息較敏感，對色度信息相對較不敏感；因此，對于DCT變換系數(shù)可以考慮進展這樣的量化；對低頻系數(shù)進展細量化，對高頻系數(shù)進展粗量化；對亮度信息進展細量化，對色度信息進展粗量化；5. 量化系數(shù)的考慮8.4 圖像的變換編碼圖像壓縮編碼典型量化表舉例亮度量化表色度量化表5. 量化

24、系數(shù)的考慮8.4 圖像的變換編碼圖像壓縮編碼原圖像為：DCT變換除以量化系數(shù)，取整6. 舉例8.4 圖像的變換編碼圖像壓縮編碼原圖解壓圖DCT變換編碼結(jié)果圖像6. 舉例8.4 圖像的變換編碼圖像壓縮編碼把RGB變換到Y(jié)UV，減少了相關(guān)性，能量集中到Y(jié)，而u、v分量可大量壓縮，壓縮比有 8:4:4 和 8:2:2 ；7. 彩色圖像的變換編碼8.4 圖像的變換編碼圖像壓縮編碼8.5 位平面編碼位平面編碼：將灰度圖像分解成一系列二值圖，再對每一幅二值圖進展壓縮；可消除編碼熵冗余和像素間的空間冗余；位平面編碼步驟；位平面分解；位平面編碼；圖像壓縮編碼位平面分解：將一幅具有m bit灰度級的圖象分解成m

25、幅1bit的二值圖象；像素灰度值的多項式表示：分解方法：m個系數(shù)分別分到m個1 bit的位平面中 ；如：灰度值12701111111如：灰度值12810000000該分解法的缺點：像素點灰度值的微小變化有可能對位平面的復(fù)雜度產(chǎn)生明顯的影響；8.5 位平面編碼圖像壓縮編碼位平面分解的另一種方法；灰度碼法：用1個m bit的灰度碼gi來表示圖像像素灰度值；如：灰度值127的灰度碼01000000；如：灰度值128的灰度碼11000000；該編碼的特點：相鄰碼字只有1個比特位的區(qū)別，可以防止之前的缺點；8.5 位平面編碼圖像壓縮編碼直接二值位表示的二值圖像位平面圖 a7 a6 a5 a4 a3 a2

26、 a1 a08.5 位平面編碼圖像壓縮編碼灰度變碼位平面圖 a7 a6 a5 a4 a3 a2 a1 a08.5 位平面編碼圖像壓縮編碼位平面編碼：位平面分解之后，每個位平面都是二值圖像；對每一幅二值圖像再進展編碼；編碼方法：1-D游程編碼，2-D游程編碼，常數(shù)塊編碼和邊界跟蹤編碼等；8.5 位平面編碼圖像壓縮編碼混合編碼方法實際應(yīng)用中，往往是多種編碼方法結(jié)合使用；每一種編碼方式都有其擅長的一點，以及局限的一點，混合編碼的思想就是將兩種以上的編碼方式的優(yōu)點進展綜合，到達提高編碼效率的目的；圖像壓縮編碼混合編碼方法各種編碼方法各有特點：行程編碼：擅長于重復(fù)數(shù)字的壓縮；Huffman編碼：擅長于像

27、素個數(shù)分布不均勻情況下的編碼；DCT變換： 擅長別離視覺敏感與不敏感的局部；圖像壓縮編碼1一次小波變換Huffman編碼一次小波變換Huffman編碼變字長行程編碼2差值編碼JPEGMPEG混合編碼舉例圖像壓縮編碼 靜止圖像壓縮編碼國際標準JPEGJPEG，“聯(lián)合圖片專家組，正式名稱“信息技術(shù)連續(xù)色調(diào)靜止圖像的數(shù)字壓縮編碼，1992年通過，它描述了關(guān)于連續(xù)色調(diào)即灰度或彩色靜態(tài)圖像的一系列壓縮技術(shù)；圖像壓縮編碼JPEG的目標和適應(yīng)性應(yīng)用目標：給出一個適用于連續(xù)色調(diào)圖像的壓縮方法 ；可應(yīng)用于任何連續(xù)色調(diào)數(shù)字圖像，不限制圖像的內(nèi)容 ；壓縮比及圖像保真度可在較大的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，供用戶選擇； 計算的復(fù)雜性

28、是可控制的，其軟件可在各種CPU上完成，算法也可用硬件實現(xiàn)； 8.6 JPEG圖像壓縮編碼JPEG采用基于變換編碼的有損/基于預(yù)測編碼的無損壓縮方案；根本系統(tǒng)；擴展系統(tǒng)；無失真壓縮；兩種圖像建立模式；順序型；漸進型；JPEG的四種操作模式；基于DCT的順序編碼模式基于DCT的累進編碼模式基于DCT的分層編碼模式無失真壓縮模式；8.6 JPEG圖像壓縮編碼8.6.1 JPEG之無損壓縮編碼JPEG選用一種簡單的線性預(yù)測技術(shù)即DPCM，以適用于一些 機、靜止畫面的 電視會議等應(yīng)用領(lǐng)域的要求；8.6 JPEG圖像壓縮編碼差值采用霍夫曼編碼，壓縮比一般為2：1；8.6.1 JPEG之無損壓縮編碼8.6

29、 JPEG圖像壓縮編碼預(yù)測函數(shù)；8.6.1 JPEG之無損壓縮編碼8.6 JPEG圖像壓縮編碼給出編解碼系統(tǒng)；幾個主要問題；DCT變換量化器64個系數(shù)的不同處理熵編碼該模式的壓縮效果；8.6.2 基于DCT的順序編碼模式8.6 JPEG圖像壓縮編碼編碼器8.6.2 基于DCT的順序編碼模式8.6 JPEG圖像壓縮編碼要偏置8.6.2 基于DCT的順序編碼模式8.6 JPEG圖像壓縮編碼彩色圖像：RGB到Y(jié)CbCr色彩空間轉(zhuǎn)換；二次采樣：4：1：1，4：2：2；量化系數(shù)；采用DCT作為正交變換，子圖像尺寸為88；量化器：對于亮度信息Y和色度信息U,V作不同的量化處理；兩個量化表；64個變換系數(shù)：

30、1個DC系數(shù)采用差值編碼，63個AC系數(shù)經(jīng)“之字形掃描后采用行程編碼；熵編碼；DC系數(shù)：尺寸，幅值.AC系數(shù)：行程，尺寸，幅值.8.6.2 基于DCT的順序編碼模式8.6 JPEG圖像壓縮編碼量化器亮度量化表色度量化表8.6.2 基于DCT的順序編碼模式8.6 JPEG圖像壓縮編碼DC系數(shù)采用差值編碼DC差值編碼8.6.2 基于DCT的順序編碼模式8.6 JPEG圖像壓縮編碼AC系數(shù)經(jīng)“之字形掃描后進展行程編碼“之字形掃描8.6.2 基于DCT的順序編碼模式8.6 JPEG圖像壓縮編碼熵編碼格式；AC： 行程，尺寸，幅值DC： 尺寸，幅值幅值 頻譜幅度，采用霍夫曼編碼；尺寸 非零幅值的編碼字長

31、；行程 非零值前幅值為“0的個數(shù)；行程長度定為0到15，4位；用15，0表示行程長為16的擴展符；每16個連0用其表示，其余繼續(xù)編碼；用0，0表示子塊的末端即完畢；符號-1符號-2前綴碼SSSS+尾碼NNNN/SSSS+尾碼8.6.2 基于DCT的順序編碼模式8.6 JPEG圖像壓縮編碼DC系數(shù)編碼DC 系數(shù)差值幅度范圍分類編碼0000-1，11010-3，-2，2，32011-7,-4,4,73100-15,-8,8,154101-31,-16,16,315110-63,-32,32,63611107111108111110910-2047,-1024;1024204711111111110

32、8.6.2 基于DCT的順序編碼模式8.6 JPEG圖像壓縮編碼AC的幅值與對應(yīng)的分類SSSSAC 系數(shù)分類SSSS-1，11-3，-2，2，32-7,-4,4,73-15,-8,8,154-31,-16,16,315-63,-32,32,636789-1023,-512, 512,102310-32767,16384;16384,32767158.6.2 基于DCT的順序編碼模式8.6 JPEG圖像壓縮編碼AC系數(shù)NNNN/SSSS對應(yīng)的huffman 編碼NNNN/SSSS行程/幅值類Huffman 編碼0/0（EOB)10100/1000/2010/31000/410110/511010

33、0/60/70/811111101100/911111111 100000100/A11111111 100000108.6.2 基于DCT的順序編碼模式8.6 JPEG圖像壓縮編碼1/111001/2110111/31/411111011 01/511111110 1101/611111111 100001001/711111111 100001011/811111111 100001101/911111111 100001111/A11111111 100010002/1111002/22/311111101 112/411111111 0100F/011111111 001F/11111

34、1111 11110101F/911111111 11111101F/A11111111 111111108.6 JPEG圖像壓縮編碼一、DC系數(shù)的編碼1：DC系數(shù)15，假設(shè)其前一個樣本的DC系數(shù)13，那么差值為2，查表得類別大小為2.2：用類別大小查亮度或色度DC系數(shù)Huffman表，得該類別的編碼為011。3：在類別的編碼為011的后面附加上DC系數(shù)2的原碼10，得DC系數(shù)的輸出編碼為01110。二、AC系數(shù)的編碼1：對AC系數(shù)進展“Z字排序，例如得：0-2-1-100-10000002:第一個非零值為-2，查表得類別大小為2，其前面的零的個數(shù)為1，即行程長度為1，于是符號1為1/2；符號

35、2為-2，其補碼表示01。3：再由符號11/2查JPEG提供的亮度或色度AC系數(shù)HUFFMAN表，得此系數(shù)的編碼為11011。4：故0 -2這個行程最后編碼輸出為11011 01系數(shù)編碼舉例8.6.2 基于DCT的順序編碼模式8.6 JPEG圖像壓縮編碼8.6.2 基于DCT的順序編碼模式8.6 JPEG編碼小結(jié)圖像壓縮編碼8.6.2 基于DCT的順序編碼模式8.6 JPEG圖像壓縮編碼8.6.2 基于DCT的順序編碼模式8.6 JPEG圖像壓縮編碼8.6.2 基于DCT的順序編碼模式8.6 JPEG1子圖分割圖像壓縮編碼8.6.2 基于DCT的順序編碼模式8.6 JPEG2像素層次移動128

36、圖像壓縮編碼8.6.2 基于DCT的順序編碼模式8.6 JPEG3DCT變換圖像壓縮編碼8.6.2 基于DCT的順序編碼模式8.6 JPEG4量化圖像壓縮編碼8.6.2 基于DCT的順序編碼模式8.6 JPEG5熵編碼預(yù)測編碼行程編碼無損壓縮編碼26 3 1 3 2 6 2 4 1 4 0 1 5 0 2 0 0 1 2 0 0 0 0 0 1 1 EOB圖像壓縮編碼8.6.2 基于DCT的順序編碼模式8.6 JPEG5熵編碼無損壓縮編碼 26 3 1 3 2 61010110 0100 001 0100 0101 100010 2 4 1 4 0 1 50110 100011 001 100

37、011 11001 100101 0 2 0 0 1 2 0 0 0 0 0 111100110 110110 0110 11110100 1 EOB 000 1010圖像壓縮編碼8.6.2 基于DCT的順序編碼模式8.6 JPEG解碼過程101數(shù)據(jù)流變成十進制數(shù)據(jù)圖像壓縮編碼8.6.2 基于DCT的順序編碼模式8.6 JPEG2反向量化圖像壓縮編碼8.6.2 基于DCT的順序編碼模式8.6 JPEG3逆DCT變換圖像壓縮編碼8.6.2 基于DCT的順序編碼模式8.6 JPEG4像素層次的復(fù)原圖像壓縮編碼8.6.2 基于DCT的順序編碼模式8.6 JPEG圖像壓縮編碼JPEG壓縮的效果在高速率

38、下有較好的壓縮效果；在低比特率下重構(gòu)圖像存在方塊效應(yīng)；壓縮比為1100，以30倍左右效果為好；8.6.2 基于DCT的順序編碼模式8.6 JPEG圖像壓縮編碼JPEG壓縮的效果8.6.2 基于DCT的順序編碼模式8.6 JPEG1.52.0bit/pixel:與源圖像根本沒有區(qū)別 (transparent quality)0.751.5bit/pixel:極好(excellent quality， 滿足大多數(shù)應(yīng)用。0.50.75bit/pixel:好至很好(good to very good quality，滿足多數(shù)應(yīng)用。0.250.5bit/pixel:中至好(moderate to goo

39、d quality，滿足某些應(yīng)用。圖像壓縮編碼JPEG壓縮的效果8.6.2 基于DCT的順序編碼模式8.6 JPEG圖像壓縮編碼根本思想：主要算法與順序模式一樣，不同在于每個圖像分量的編碼要經(jīng)屢次掃描才能完成，每次掃描只傳輸一局部DCT量化系數(shù)；有兩種操作方式頻譜選擇法：每次掃描只傳送某些頻段系數(shù)，直到全部系數(shù)都處理完畢；頻譜分段傳送； 圖像顯示從模糊逐漸到清晰；連續(xù)逼近法：沿著DCT系數(shù)由高位到低位的方向逐漸累進編碼，即每次只傳送系數(shù)的某幾位，直至所有位全部傳送完畢； 位數(shù)分段傳送； 圖像顯示從粗塊逐漸到精細；8.6.3 基于DCT的累進編碼模式8.6 JPEG圖像壓縮編碼 順序型編碼工作模

40、式 漸進型編碼工作模式 兩種圖像建立模式8.6.3 基于DCT的累進編碼模式8.6 JPEG圖像壓縮編碼8.6.3 基于DCT的累進編碼模式8.6 JPEG圖像壓縮編碼根本思想：把原圖像的空間分辨率分成多個低分辨率圖像進展“錐形編碼；步驟用因子“2降低分辨率；DCT編碼；重建圖象，用“2提高分辨率，作為預(yù)測圖象；用原始、預(yù)測圖象的差值作DCT編碼；重復(fù)c.、d.，到達全局部辨率； 8.6.4 基于DCT的分層編碼模式8.6 JPEG圖像壓縮編碼2000年公布，靜止圖像壓縮國際標準；與JPEG不同的是，它采用以小波變換算法為主的多解析編碼方式，能將圖像的頻率成分抽取出來；8.6.5 JPEG20

41、00標準8.6 JPEG圖像壓縮編碼8.7 運動圖像壓縮編碼標準MPEG動態(tài)圖像壓縮編碼的國際標準有：H.26x系列和MPEG系列；H.26x系列：MPEG系列MPEG-1：MPEG-2：MPEG-4：MPEG-7：壓縮要求；隨機存取正反搜索音頻同步反轉(zhuǎn)灰階編碼延遲：可視 為0.15秒，出版物為 1 秒以內(nèi)圖像壓縮編碼MPEG算法的主要技術(shù)；Y、Cr、Cb分量的轉(zhuǎn)換，按6個層次完成；圖像序列層，圖像組層，圖像層，片層，宏塊層，塊層幀內(nèi)編碼：用于去除空間冗余，采用1616子塊DCT變換編碼，稱I幀；幀間編碼：用于去除時間冗余，采用幀間預(yù)測技術(shù)，即運動估計ME)與運動補償MC，構(gòu)成為P、B幀； 三種幀：I幀、P幀和B幀；8.