數(shù)字圖像處理技術(shù)圖像數(shù)據(jù)壓縮課件

第五章圖像數(shù)據(jù)壓縮第五章圖像數(shù)據(jù)壓縮1.信息傳輸方式發(fā)生了很大的改變通信方式的改變

文字+語(yǔ)音圖像+文字+語(yǔ)音通信對(duì)象的改變

人與人人與機(jī)器，機(jī)器與機(jī)器5.1概述：圖像編碼的研究背景1.信息傳輸方式發(fā)生了很大的改變5.1概述：圖像編碼的5.1概述：圖像編碼的研究背景數(shù)碼圖像的普及，導(dǎo)致了數(shù)據(jù)量的龐大。圖像的傳輸與存儲(chǔ)，必須解決圖像數(shù)據(jù)的壓縮問(wèn)題。5.1概述：圖像編碼的研究背景數(shù)碼圖像的普及，導(dǎo)致了數(shù)據(jù)

2.圖像傳輸與存儲(chǔ)需要的信息量空間：

1）彩色視頻信息

對(duì)于電視畫(huà)面的分辨率640*480的彩色圖像，每秒30幀，則一秒鐘的數(shù)據(jù)量為：

640*480*3*8*30=221.12M

所以播放時(shí)，需要221Mbps的通信回路。存儲(chǔ)時(shí)，1張CD可存640M，則僅可以存放2.89秒的數(shù)據(jù)。5.1概述：圖像編碼的研究背景2.圖像傳輸與存儲(chǔ)需要的信息量空間：5.1概述：圖像編

2.圖像傳輸與存儲(chǔ)需要的信息量空間：

2）傳真數(shù)據(jù)如果只傳送2值圖像，以200dpi（點(diǎn)/英寸）的分辨率傳輸，一張A4稿紙的內(nèi)容的數(shù)據(jù)量為：

1654（行點(diǎn)數(shù)）*2337（行數(shù)）*1=3888768bit=390K

按14.4K的電話線傳輸速率，需要傳送的時(shí)間是：270秒（4.5分）5.1概述：圖像編碼的研究背景2.圖像傳輸與存儲(chǔ)需要的信息量空間：5.1概述：圖像編

圖像壓縮的必要性：由于通信方式和通信對(duì)象的改變帶來(lái)的最大問(wèn)題是：

傳輸帶寬、速度、存儲(chǔ)器容量的限制。

給我們帶來(lái)的一個(gè)難題，也給了我們一個(gè)機(jī)會(huì)：

如何用軟件的手段來(lái)解決硬件上的物理極限。5.1概述：圖像編碼的研究背景圖像壓縮的必要性：5.1概述：圖像編碼的研究背景5.1概述：圖像通信系統(tǒng)模型圖像信息源圖像預(yù)處理圖像信源

編碼信道編碼調(diào)制信道傳輸解調(diào)信道解碼圖像信源

解碼顯示圖像5.1概述：圖像通信系統(tǒng)模型圖像信息源圖像預(yù)處理圖像信源5.1概述：圖像壓縮的可能性3.圖像壓縮的可能性

（1）冗余度的概念

對(duì)于描述一幅圖像所需要的最少信息之外的多余信息，稱(chēng)為冗余度。 一般圖像中都含有冗余度，去除圖像里的冗余度便完成了數(shù)據(jù)壓縮5.1概述：圖像壓縮的可能性3.圖像壓縮的可能性5.1概述：圖像壓縮的可能性在下面的例子中，用一種最簡(jiǎn)的方式來(lái)發(fā)送一封電報(bào)：結(jié)論：只要接收端不會(huì)產(chǎn)生誤解，就可以減少承載信息的數(shù)據(jù)量。你的妻子，Helen，將于明天晚上6點(diǎn)零5分在上海的虹橋機(jī)場(chǎng)接你。

(23*2+10=56個(gè)半角字符)

你的妻子將于明天晚上6點(diǎn)零5分在虹橋機(jī)場(chǎng)接你。

(20*2+3=43個(gè)半角字符）

Helen將于明晚6點(diǎn)在虹橋接你。

(10*2+7=27個(gè)半角字符）5.1概述：圖像壓縮的可能性在下面的例子中，用一種最簡(jiǎn)的5.1概述：圖像壓縮的可能性描述語(yǔ)言

1）“這是一幅2*2的圖像，圖像的第一個(gè)像素是紅的，第二個(gè)像素是紅的，第三個(gè)像素是紅的，第四個(gè)像素是紅的”。

2）“這是一幅2*2的圖像，整幅圖都是紅色的”。

由此我們知道，整理圖像的描述方法可以達(dá)到壓縮的目的。5.1概述：圖像壓縮的可能性描述語(yǔ)言

1）“這是一幅25.1概述：圖像壓縮的可能性圖像冗余無(wú)損壓縮的原理RGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGB16RGB（采用8級(jí)量化）從原來(lái)的16*3*8=284bits壓縮為：(1+3)*8=32bits5.1概述：圖像壓縮的可能性圖像冗余無(wú)損壓縮的原理RGB5.1概述：圖像壓縮的可能性圖像冗余有損壓縮的原理363534343434343234343337303434343434343434353434313434343434343434343434343434343434343434343434343425345.1概述：圖像壓縮的可能性圖像冗余有損壓縮的原理3635.1概述：圖像壓縮的可能性實(shí)際圖像中冗余信息的表現(xiàn)（灰度圖）5.1概述：圖像壓縮的可能性實(shí)際圖像中冗余信息的表現(xiàn)（灰5.1概述：圖像壓縮的可能性圖像的視覺(jué)冗余（彩色）

R

G

B2488822*2*2=242=16,777,216(248,27,4)(251,32,15)(248,27,4)(248,27,4)256級(jí)量化5.1概述：圖像壓縮的可能性圖像的視覺(jué)冗余（彩色）R5.1概述：圖像壓縮的可能性圖像冗余信息分析結(jié)論

由于一幅圖像存在數(shù)據(jù)冗余和主觀視覺(jué)冗余，我們的壓縮方式就是從這兩方面著手來(lái)開(kāi)展的。1）因?yàn)橛袛?shù)據(jù)冗余，當(dāng)我們將圖像信息的描述方式改變之后，可以壓縮掉這些冗余。2）因?yàn)橛兄饔^視覺(jué)冗余，當(dāng)我們忽略一些視覺(jué)不太明顯的微小差異，可以進(jìn)行所謂的“有損”壓縮。5.1概述：圖像壓縮的可能性圖像冗余信息分析結(jié)論5.1概述：圖像壓縮的分類(lèi)4.圖像壓縮的分類(lèi)

以圖像信息保真為出發(fā)點(diǎn)，圖像壓縮技術(shù)分兩種：1）冗余度壓縮 又稱(chēng)為無(wú)損壓縮或無(wú)失真壓縮。2）熵壓縮 又稱(chēng)為有損壓縮。5.1概述：圖像壓縮的分類(lèi)4.圖像壓縮的分類(lèi)5.1概述：圖像壓縮保真度準(zhǔn)則5.圖像壓縮保真度準(zhǔn)則

保真度準(zhǔn)則即壓縮后圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)，分兩種：1）客觀保真度準(zhǔn)則 壓縮前后圖像之間的均方根誤差或均方根信噪比。2）主觀保真度準(zhǔn)則 以人的視覺(jué)為主，來(lái)評(píng)價(jià)圖像的質(zhì)量。5.1概述：圖像壓縮保真度準(zhǔn)則5.圖像壓縮保真度準(zhǔn)則5.1概述：圖像壓縮術(shù)語(yǔ)6.編碼器的若干知識(shí)

如圖為一編碼器的示意圖，輸入X為信號(hào)單元；輸出W為代碼，Wi為碼字；A是構(gòu)成碼字的符號(hào)集合，其元素稱(chēng)為碼元。

編碼器的作用：（1）用符號(hào)集合A中的符號(hào)構(gòu)成代碼W（2）建立輸入X和輸出W的對(duì)應(yīng)關(guān)系編碼器X={x1,…,xn}w={w1,…,wn}A={a1,…,an}5.1概述：圖像壓縮術(shù)語(yǔ)6.編碼器的若干知識(shí)編碼器X=5.1概述：圖像壓縮術(shù)語(yǔ)

（1）獨(dú)立信源的熵 設(shè)信源符號(hào)表為{X1,X2,……,Xq}，出現(xiàn)的概率分別為{P(X1),P(X2),……,P(Xq)}，

則信源的熵為5.1概述：圖像壓縮術(shù)語(yǔ) （1）獨(dú)立信源的熵5.1概述：圖像壓縮術(shù)語(yǔ)

（2）香農(nóng)無(wú)干擾編碼理論 在無(wú)干擾條件下，總存在一種無(wú)失真編碼方法，使編碼的平均長(zhǎng)度L(x)與信息源的熵H(x)任意的接近。即無(wú)失真編碼的平均碼長(zhǎng)存在一個(gè)下限，這個(gè)下限就是原始圖像的熵。由此定義：編碼效率冗余度5.1概述：圖像壓縮術(shù)語(yǔ) （2）香農(nóng)無(wú)干擾編碼理論5.1概述：圖像的壓縮編碼第一代壓縮編碼

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(jué)系統(tǒng)生理心理特性和圖像信源的各種特性。5.1概述：圖像的壓縮編碼第一代壓縮編碼

八十年代以前，5.1概述：圖像的壓縮編碼像素編碼變換編碼預(yù)測(cè)編碼

位平面編碼增量調(diào)制熵編碼算術(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5.1概述：圖像的壓縮編碼像素編碼變換編碼預(yù)測(cè)編碼位平5.1概述：圖像的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5.1概述：圖像的壓縮編碼子帶編碼模型編碼分層編碼分型編5.2預(yù)測(cè)編碼1、PCM編碼 又稱(chēng)脈沖編碼調(diào)制，是圖像數(shù)字化和圖像編碼的合稱(chēng) 數(shù)字化后可采用兩種方法編碼：等長(zhǎng)和變長(zhǎng)編碼5.2預(yù)測(cè)編碼1、PCM編碼5.2預(yù)測(cè)編碼2、預(yù)測(cè)編碼（1）幀內(nèi)預(yù)測(cè)：對(duì)預(yù)測(cè)差值編碼以消除空間冗余度 即差分脈沖編碼調(diào)制DPCM，原理框圖如下：5.2預(yù)測(cè)編碼2、預(yù)測(cè)編碼5.2預(yù)測(cè)編碼工作過(guò)程：（1）預(yù)測(cè)器根據(jù)存儲(chǔ)的前若干個(gè)樣值對(duì)當(dāng)前值進(jìn)行預(yù)測(cè)，得到預(yù)測(cè)值（2）待編碼值與預(yù)測(cè)值相減得到預(yù)測(cè)誤差（3）對(duì)預(yù)測(cè)誤差進(jìn)行量化（4）量化后的誤差一方面進(jìn)行熵編碼并經(jīng)信道傳出去；另一方面與預(yù)測(cè)值相加，得到“有量化失真的復(fù)原值”，存儲(chǔ)到預(yù)測(cè)器中，供對(duì)下一個(gè)樣值預(yù)測(cè)之用（5）發(fā)送端的本地解碼器與接收端的解碼器完全相同5.2預(yù)測(cè)編碼工作過(guò)程：線性預(yù)測(cè)預(yù)測(cè)編碼根據(jù)前面若干個(gè)樣本值對(duì)當(dāng)前值進(jìn)行預(yù)測(cè)，若預(yù)測(cè)值是樣本值的線性組合，則稱(chēng)為線性預(yù)測(cè)預(yù)測(cè)器的設(shè)計(jì)是DPCM系統(tǒng)的核心問(wèn)題，因?yàn)轭A(yù)測(cè)器越好，差值就越集中分布在零附近，碼率就能壓縮得越多最經(jīng)典的方法是采用最小均方誤差準(zhǔn)則來(lái)進(jìn)行最佳設(shè)計(jì)線性預(yù)測(cè)預(yù)測(cè)編碼根據(jù)前面若干個(gè)樣本值對(duì)當(dāng)前值進(jìn)行預(yù)測(cè)，若預(yù)測(cè)預(yù)測(cè)階數(shù)的選擇直觀上，增大預(yù)測(cè)階數(shù)N可提高預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度，但實(shí)際情況并非如此。當(dāng)N較小時(shí)，增大N可提高預(yù)測(cè)度；但當(dāng)N足夠大時(shí)，效果不明顯一般說(shuō)來(lái)，當(dāng)輸入信源為平穩(wěn)的m階馬爾可夫過(guò)程，則N=m階最佳線性預(yù)測(cè)器就是在MMSE準(zhǔn)則下最好的預(yù)測(cè)器預(yù)測(cè)階數(shù)的選擇直觀上，增大預(yù)測(cè)階數(shù)N可提高預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度，但實(shí)際5.2預(yù)測(cè)編碼（2）幀間預(yù)測(cè)：消除時(shí)間冗余度 主要針對(duì)活動(dòng)圖像，有兩種技術(shù)：運(yùn)動(dòng)估計(jì)ME和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償MC5.2預(yù)測(cè)編碼（2）幀間預(yù)測(cè)：消除時(shí)間冗余度5.3行程編碼(RLE編碼)行程編碼是一種最簡(jiǎn)單的，在某些場(chǎng)合是非常有效的一種無(wú)損壓縮編碼方法。雖然這種編碼方式的應(yīng)用范圍非常有限，但是因?yàn)檫@種方法中所體現(xiàn)出的編碼設(shè)計(jì)思想非常明確，所以在圖像編碼方法中都會(huì)將其作為一種典型的方法來(lái)介紹。

5.3行程編碼(RLE編碼)行程編碼是一種最簡(jiǎn)單的，在某5.3行程編碼(RLE編碼)基本原理：通過(guò)改變圖像的描述方式，來(lái)實(shí)現(xiàn)壓縮。將一行中顏色值相同的相鄰像素用一個(gè)計(jì)數(shù)值和該顏色值來(lái)代替。舉例說(shuō)明：

aaaa

bbb

cc

d

eeeee

fffffff

(共22*8=176bits)

4a3b2c1d5e7f(共12*8=96bits)壓縮比為：176：96=1.83:15.3行程編碼(RLE編碼)基本原理：壓縮比為：176：壓縮比為：176：70=2.5：15.3行程編碼(RLE編碼)在傳真中的應(yīng)用：

傳真件中一般都是白色比較多，而黑色相對(duì)比較少。所以可能常常會(huì)出現(xiàn)如下的情況：

600W3b100w12b4w3b200w

上面的行程編碼所需用的字節(jié)數(shù)為：512<600<1024

計(jì)數(shù)值必須用10bit來(lái)表示：10*7=70bit因?yàn)橹挥邪谆蚝?，而且排版中一定要留出?yè)邊距，因此，一般情況下，可以只傳輸計(jì)數(shù)值即可。壓縮比為：176：70=2.5：15.3行程編碼(RL5.3行程編碼(RLE編碼)現(xiàn)在，根據(jù)傳真文件的特點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。既然已經(jīng)可以預(yù)知白色多黑色少，所以可對(duì)白色和黑色的計(jì)數(shù)值采用不同的位數(shù)。白色：10bit，黑色：4bit600W3b100w12b4w3b200w

所需字節(jié)數(shù)為：

4*10+3*4=52bit

比原來(lái)的方式10*7=70bit減少了18bit，提高了壓縮比5.3行程編碼(RLE編碼)現(xiàn)在，根據(jù)傳真文件的特點(diǎn)，對(duì)二維行程編碼——

基本概念二維行程編碼要解決的核心問(wèn)題是:

將二維排列的像素，采用某種方式轉(zhuǎn)化成一維排列的方式。之后按照一維行程編碼方式進(jìn)行編碼。二維行程編碼——基本概念二維行程編碼要解決的核心問(wèn)題是:二維行程編碼——

數(shù)據(jù)排序如下圖所示，是兩種典型的二維行程編碼的排列方式：(a)(b)二維行程編碼——數(shù)據(jù)排序如下圖所示，是兩種典型的二維行程二維行程編碼——例例：數(shù)據(jù)量：64*8=512(bit)二維行程編碼——例例：數(shù)據(jù)量：64*8=512(bit)二維行程編碼——例

如果按照行掃描的順序排列的話，數(shù)據(jù)分布為：130，130，130，129，134，133，129，130；130，130，130，129，134，133，130，130；

130，130，130，129，132，132，130，130；129，130，130，129，130，130，129，129；127，128，127，129，131，129，131，130；127，128，127，128，127，128，132，132；125，126，129，129，127，129，133，132；127，125，128，128，126，130，131，131二維行程編碼——例如果按照行掃描的順序排列的話，數(shù)據(jù)分布為二維行程編碼——例一維行程編碼后為:（3，130），（1，129），（1，134），（1，133），（1，129），（4，130），（1，129），（1，134），（1，133），（5，130），（1，129），（2，132），（2，130），（1，129），（2，130），（1，129），（2，130），（2，129），（1，127），（1，128），（1，127），（1，129），（1，131），（1，129），（1，131），（1，130），（1，127），（1，128），（1，127），（1，128），（1，127），（1，128），（2，132），（1，125），（1，126），（2，129），（1，127），（1，129），（1，133），（1，132），（1，127），（1，125），（2，128），（1，126），（1，130），（2，131）數(shù)據(jù)量為:46*（3+8）=506(bit)壓縮比為：512：506=1.02:1二維行程編碼——例一維行程編碼后為:（3，130），（1，1二維行程編碼——例如果按照列掃描的順序排列的話，數(shù)據(jù)分布為：130，130，130，129，127，127，125，127；130，130，130，130，128，128，126，125；130，130，130，130，127，127，129，128；129，129，129，129，129，128，129，128；134，134，132，130，131，127，127，126；133，133，132，130，129，128，129，130；129，130，130，129，131，132，133，131；130，130，130，129，130，132，132，131二維行程編碼——例如果按照列掃描的順序排列的話，數(shù)據(jù)分布為：二維行程編碼——例一維行程編碼為:數(shù)據(jù)量為:42*（3+8）=462(bit)壓縮比為：512：462=1.11:1（3，130），（1，129），（2，127），（1，125），（1，127），（4，130），（2，128），（1，126），（1，125），（4，130），（2，127），（1，129），（1，128），（5，129），（1，128），（1，129），（1，128），（2，134），（1，132），（1，130），（1，131），（2，127），（1，126），（2，133），（1，132），（1，130），（1，129），（1，128），（1，129），（1，130），（1，129），（2，130），（1，129），（1，131），（1，132），（1，133），（1，131），（3，130），（1，129），（1，130），（2，132），（1，131）二維行程編碼——例一維行程編碼為:數(shù)據(jù)量為:42*（3+8二維行程編碼——例如果按照方式(a)掃描的順序排列的話，數(shù)據(jù)分布為：130，130，130，130，130，130，130，130，130；129，129，129，129，130，130，129；127，128，127，129，131，130，132，134，134；133，133，132，130，129，128，127，128，127，128，127，125，126，129，129；127，129，133，132，131，129，130，130；129，130，130，130，129，130，132，132；131，131，130，126，128，128，127，127二維行程編碼——例如果按照方式(a)掃描的順序排列的話，數(shù)二維行程編碼——例一維行程編碼為:數(shù)據(jù)量為:43*（3+8）=473(bit)壓縮比為：512：473=1.08:1（7，130），（2，130），（4，129），（2，130），（1，129）；（1，127），（1，128），（1，127），（1，129），（1，131），（1，130），（1，132），（2，134），（2，133），（1，132），（1，130），（1，129），（1，128），（1，127），（1，128），（1，127），（1，128），（1，127），（1，125），（1，126），（2，129），（1，127），（1，129），（1，133），（1，132），（1，131），（1，129），（2，130），（1，129），（3，130），（1，129），（1，130），（2，132），（2，131），（1，130），（1，126），（2，128），（2，127）二維行程編碼——例一維行程編碼為:數(shù)據(jù)量為:43*（3+85.3行程編碼(RLE編碼)實(shí)際編碼過(guò)程是查表，可以實(shí)時(shí)處理編碼規(guī)則：RL=0—63，用一個(gè)相應(yīng)的結(jié)尾碼表示RL=64—1728，用一個(gè)組合基干碼加一個(gè)補(bǔ)充結(jié)尾碼規(guī)定每行從白游程開(kāi)始，若實(shí)際從黑游程開(kāi)始，則需要在行首加零長(zhǎng)度的白游程每行結(jié)束要加行同步碼EOL5.3行程編碼(RLE編碼)實(shí)際編碼過(guò)程是查表，可以實(shí)時(shí)5.4統(tǒng)計(jì)編碼：匹配編碼行程編碼要獲得好的壓縮率的前提是，有比較長(zhǎng)的相鄰像素的值是相同的。熵是指數(shù)據(jù)中承載的信息量。所謂的熵編碼是指在完全不損失信息量前提下最小數(shù)據(jù)量的編碼。5.4統(tǒng)計(jì)編碼：匹配編碼行程編碼要獲得好的壓縮率的前提是5.4統(tǒng)計(jì)編碼：匹配編碼基本原理：

為了達(dá)到更大的壓縮率，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(gè)比較短的編碼，將出現(xiàn)頻度小的像數(shù)值給一個(gè)比較長(zhǎng)的編碼。即匹配編碼5.4統(tǒng)計(jì)編碼：匹配編碼基本原理：5.4統(tǒng)計(jì)編碼：匹配編碼舉例說(shuō)明：

aaaa

bbb

cc

d

eeeee

fffffff

（共22*8=176bits)

432157

匹配編碼：f=0e=10a=110b=1111c=11100d=11101

11011011011011111111111111100111001110110101010100000000

(共7*1+5*2+4*3+3*4+2*5+1*5=56bits)

壓縮比為：176：56=3.14：15.4統(tǒng)計(jì)編碼：匹配編碼舉例說(shuō)明：壓縮比為：176：565.4統(tǒng)計(jì)編碼：

Huffman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(duì)其按照分布概率從小到大的順序進(jìn)行排列；每一次從中選擇出兩個(gè)概率為最小的節(jié)點(diǎn)相加，形成一個(gè)新的節(jié)點(diǎn)，構(gòu)造一個(gè)稱(chēng)為“Huffman樹(shù)”的二叉樹(shù)；對(duì)這個(gè)二叉樹(shù)進(jìn)行編碼，就獲得了Huffman編碼碼字。5.4統(tǒng)計(jì)編碼：Huffman編碼首先求出圖像中灰度分5.4統(tǒng)計(jì)編碼：

Huffman編碼例：對(duì)數(shù)據(jù)序列

aaaa

bbb

cc

d

eeeee

fffffff

其概率分布為：

a:4/22b:3/22c:2/22d:1/22e:5/22f:7/22

概率大小的排序?yàn)椋?/p>

d,c,b,a,e,f

1/222/223/224/225/227/225.4統(tǒng)計(jì)編碼：Huffman編碼例：對(duì)數(shù)據(jù)序列5.4統(tǒng)計(jì)編碼：

Huffman編碼cbafe7/225/224/222/2210f=11e=01a=00b=101c=1001d=1000d1/223/226/2222/2213/229/223/22101010105.4統(tǒng)計(jì)編碼：Huffman編碼cbafe7/2255.4統(tǒng)計(jì)編碼：

Huffman編碼對(duì)這個(gè)例子，計(jì)算出經(jīng)過(guò)Huffman編碼后的數(shù)據(jù)為：

00000000101101101100110011000010101010111111111111111

共7*2+5*2+4*2+3*3+2*4+1*4=53bit壓縮比為176：53=3.32:1f=11e=01a=00b=101c=1001d=10005.4統(tǒng)計(jì)編碼：Huffman編碼對(duì)這個(gè)例子，計(jì)算出經(jīng)5.4統(tǒng)計(jì)編碼：Huffman編碼Huffman編碼在圖像壓縮中的實(shí)現(xiàn)

我們知道，對(duì)一幅圖像進(jìn)行編碼時(shí)，如果圖像的大小大于256時(shí)，這幅圖像的不同的碼字就有可能是很大，例如極限為256個(gè)不同的碼字。 對(duì)整幅圖直接進(jìn)行Huffman編碼時(shí)，小分布的灰度值，就有可能具有很長(zhǎng)的編碼。 如：100位以上，這樣不但達(dá)不到壓縮的效果反而會(huì)使數(shù)據(jù)量加大，應(yīng)該如何處理？5.4統(tǒng)計(jì)編碼：Huffman編碼Huffman編碼在5.4統(tǒng)計(jì)編碼：Huffman編碼常用的且有效的方法是：

將圖像分割成若干的小塊，對(duì)每塊進(jìn)行獨(dú)立的Huffman編碼。例如：分成的子塊，就可以大大降低不同灰度值的個(gè)數(shù)（最多是64而不是256）。5.4統(tǒng)計(jì)編碼：Huffman編碼常用的且有效的方法是8*8分塊的編碼壓縮比為2.12:116*16分塊的編碼壓縮比為1.64:1全圖的編碼壓縮比為1.09:1Huffman編碼——

圖像壓縮中的應(yīng)用8*8分塊的編碼壓縮比為2.12:116*16分塊的編碼壓縮5.5變換編碼行程編碼與Huffman編碼的設(shè)計(jì)思想都是基于對(duì)信息表述方法的改變，屬于無(wú)損壓縮方式。雖然無(wú)損壓縮可以保證接收方獲得的信息與發(fā)送方相同，但是其壓縮率一定有極限。因此，采用忽略視覺(jué)不敏感的部分進(jìn)行有損壓縮是提高壓縮率的一條好的途徑。

5.5變換編碼行程編碼與Huffman編碼的設(shè)計(jì)思想都是5.5變換編碼變換編碼的原理：

通過(guò)變換去除一部分不重要的參數(shù)，達(dá)到壓縮的目的 其依據(jù)是圖像數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)變換后，出現(xiàn)能量集中的情況，則變換后可只選少量重要的系數(shù)進(jìn)行編碼，以達(dá)到壓縮的目的5.5變換編碼變換編碼的原理：5.5變換編碼變換編碼的框圖

正變換（分塊）系數(shù)選擇比特分配量化編碼反變換未傳系數(shù)補(bǔ)0反量化解碼信道原始圖像復(fù)原圖像5.5變換編碼變換編碼的框圖 正變換系數(shù)選擇比特分配量5.5變換編碼實(shí)用中的具體問(wèn)題：（1） 子塊大小選擇 塊太小，相關(guān)性被隔裂，不利于壓縮；太大運(yùn)算復(fù)雜；折中選8×8或16×16（2）變換方式選擇 理論上，K-L變換最佳，但變換核不固定，實(shí)現(xiàn)困難；實(shí)用選擇DCT（3）系數(shù)選擇 圖像是非平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程，故多采用自適應(yīng)方式對(duì)不同塊進(jìn)行不同的系數(shù)選擇（4） 比特分配 對(duì)于直流分量即低頻系數(shù)細(xì)量化，分配比特?cái)?shù)多于高頻5.5變換編碼實(shí)用中的具體問(wèn)題：5.5變換編碼系數(shù)選擇原則上，保留能量集中的、方差大的系數(shù)選擇方法：區(qū)域編碼：選擇能量集中的區(qū)域編碼，舍棄零星能量區(qū)域，實(shí)現(xiàn)壓縮。閾值編碼：設(shè)定門(mén)限值，大于門(mén)限的編碼，否則舍棄。適合對(duì)能量分布不清楚的情況5.5變換編碼系數(shù)選擇5.5變換編碼DCT變換編碼的提出：

行程編碼與Huffman編碼等統(tǒng)計(jì)編碼的設(shè)計(jì)思想是基于對(duì)信息的表述方法的改變，屬于無(wú)損壓縮方式。但是一定有一個(gè)極限。

DCT變換是希望在接收方不產(chǎn)生誤解的前提下進(jìn)行一定的信息丟失。 由前面講到的頻域變換可以得到啟示，就是將低頻與高頻按照不同的數(shù)據(jù)承載方式進(jìn)行表述。5.5變換編碼DCT變換編碼的提出：DCT變換編碼復(fù)習(xí)DCT變換：正變換：逆變換：其中：DCT變換編碼復(fù)習(xí)DCT變換：正變換：逆變換：其中：DCT變換編碼DCT變換編碼方法：DCT變換DCT逆變換原圖像除以量化矩陣取整1）編碼過(guò)程：2）解碼過(guò)程：壓縮圖像乘以量化矩陣取整壓縮圖像解壓圖像DCT變換編碼DCT變換編碼方法：DCT變換DCT逆變換原圖DCT變換編碼Huffman:42bits；壓縮比為3.05:1Huffman:16bits;壓縮比為：8:1例：原圖像為：DCT變換除以量化系數(shù)，取整DCT變換編碼Huffman:42bits；壓縮比為3.0一個(gè)圖像子塊的編碼和解碼過(guò)程一個(gè)圖像子塊的編碼和解碼過(guò)程DCT變換編碼原圖解壓圖DCT變換編碼原圖解壓圖5.6混合編碼——

設(shè)計(jì)思想每一種編碼方式都有其擅長(zhǎng)的一點(diǎn)，以及局限的一點(diǎn)，混合編碼的思想就是將兩種以上的編碼方式的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行綜合，達(dá)到提高編碼效率的目的。5.6混合編碼——設(shè)計(jì)思想每一種編碼方式都有其擅長(zhǎng)的一5.6混合編碼——

可能性分析回顧一下講過(guò)的幾個(gè)內(nèi)容的特點(diǎn)：行程編碼：擅長(zhǎng)于重復(fù)數(shù)字的壓縮。Huffman編碼：擅長(zhǎng)于像素個(gè)數(shù)分布不均勻情況下的編碼。DCT變換：擅長(zhǎng)分離視覺(jué)敏感與不敏感的部分。5.6混合編碼——可能性分析回顧一下講過(guò)的幾個(gè)內(nèi)容的特5.6混合編碼例：

aaaa

bbb

cc

d

eeeee

fffffff

（共22*8=176bits)

432157

行程編碼：4a3b2c1d5e7f

(共6*（8+3）=66Bits)176665.6混合編碼例：176665.6混合編碼

aaaa

bbb

cc

d

eeeee

fffffff

（共22*8=176bits)

432157Huffman編碼：

f=01e=11a=10b=001c=0001d=00001010101010001001001000100010000111111111101010101010101(共7*2+5*2+4*2+3*3+2*4+1*4=53bits)17666535.6混合編碼aaaabbbccdeeeee5.6混合編碼

aaaa

bbb

cc

d

eeeee

fffffff

（共22*8=176bits)

432157Hufman與行程編碼混合：

41030012000110000511701

(共：3+2+3+3+3+4+3+4+3+2+3+2=35bits)176665335

1:12.67:13.32:1

5.03:15.6混合編碼aaaabbbccdeeee5.6混合編碼——

圖像實(shí)際壓縮編碼例1一次小波變換DCT變換.行程編碼Huffman編碼一次小波變換Huffman編碼變字長(zhǎng)行程編碼2差值編碼5.6混合編碼——圖像實(shí)際壓縮編碼例1一次小波變換DC復(fù)原圖原圖算法1信噪比：66.02壓縮比:11.83:1復(fù)原圖原圖算法1信噪比：66.02壓縮比:11.83:1復(fù)原圖原圖信噪比：64.55壓縮比:26.50:1算法2復(fù)原圖原圖信噪比：64.55壓縮比:26.50:1算法2原圖JPEG100：1混合編碼400:1混合編碼600:1原圖JPEG100：1混合編碼400:1混合編碼605.7子帶編碼基本思想是把圖像信號(hào)通過(guò)一組帶通濾波器分解成不同頻帶內(nèi)的分量，然后在每條獨(dú)立的子帶內(nèi)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行降率采樣和單獨(dú)編碼優(yōu)點(diǎn)：頻率分解可去除信號(hào)頻率相關(guān)性，減少多余度可采用不同長(zhǎng)度的碼字對(duì)不同頻帶內(nèi)的信號(hào)進(jìn)行編碼，有利于數(shù)據(jù)壓縮量化噪聲被限制在各個(gè)條帶內(nèi)，避免了能量較小的條帶內(nèi)信號(hào)受其他頻帶內(nèi)量化噪聲的影響5.7子帶編碼基本思想是把圖像信號(hào)通過(guò)一組帶通濾波器分解5.8JPEG壓縮標(biāo)準(zhǔn)1、數(shù)據(jù)組織與系統(tǒng)框圖源圖像以幀為單位，每幀可包含四個(gè)分量圖像，每個(gè)分量圖像都順序地分割成一個(gè)個(gè)8×8的圖像子塊，塊內(nèi)的64個(gè)數(shù)據(jù)組成一個(gè)數(shù)據(jù)單元DU把分辨率最低的分量圖像的一個(gè)數(shù)據(jù)單元所對(duì)應(yīng)的幀上象區(qū)所覆蓋的全部DU，編組成一個(gè)最小的編碼單元圖像數(shù)據(jù)按DU分割完畢后，即可以MCU為單位順序?qū)U送入二維正向DCT處理5.8JPEG壓縮標(biāo)準(zhǔn)1、數(shù)據(jù)組織與系統(tǒng)框圖JPEG系統(tǒng)框圖JPEG系統(tǒng)框圖5.8JPEG壓縮標(biāo)準(zhǔn)2、正向離散余弦變換對(duì)每個(gè)單獨(dú)的彩色圖像分量，把整個(gè)分量圖像分成8×8的圖像塊，并作為兩維離散余弦變換DCT的輸入。通過(guò)DCT變換，把能量集中在少數(shù)幾個(gè)系數(shù)上5.8JPEG壓縮標(biāo)準(zhǔn)2、正向離散余弦變換5.8JPEG壓縮標(biāo)準(zhǔn)3、量化量化是對(duì)經(jīng)過(guò)FDCT變換后的頻率系數(shù)進(jìn)行量化。量化的目的是減小非“0”系數(shù)的幅度以及增加“0”值系數(shù)的數(shù)目。量化是圖像質(zhì)量下降的最主要原因5.8JPEG壓縮標(biāo)準(zhǔn)3、量化5.8JPEG壓縮標(biāo)準(zhǔn)4、Z字形編排量化后的系數(shù)要重新編排，目的是為了增加連續(xù)的“0”系數(shù)的個(gè)數(shù)，就是“0”的游程長(zhǎng)度，方法是按照Z(yǔ)字形的式樣編排，如圖所示。這樣就把一個(gè)8×8的矩陣變成一個(gè)1×64的矢量，頻率較低的系數(shù)放在矢量的頂部5.8JPEG壓縮標(biāo)準(zhǔn)4、Z字形編排5.8JPEG壓縮標(biāo)準(zhǔn)5、直流系數(shù)的編碼8×8圖像塊經(jīng)過(guò)DCT變換之后得到的DC直流系數(shù)有兩個(gè)特點(diǎn)，一是系數(shù)的數(shù)值比較大，二是相鄰8×8圖像塊的DC系數(shù)值變化不大。根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)，JPEG算法使用了差分脈沖調(diào)制編碼(DPCM)技術(shù)，對(duì)相鄰圖像塊之間量化DC系數(shù)的差值(Delta)進(jìn)行編碼5.8JPEG壓縮標(biāo)準(zhǔn)5、直流系數(shù)的編碼5.8JPEG壓縮標(biāo)準(zhǔn)6、交流系數(shù)的編碼量化AC系數(shù)的特點(diǎn)是1×64矢量中包含有許多“0”系數(shù)，并且許多“0”是連續(xù)的，因此使用非常簡(jiǎn)單和直觀的游程長(zhǎng)度編碼(RLE)對(duì)它們進(jìn)行編碼5.8JPEG壓縮標(biāo)準(zhǔn)6、交流系數(shù)的編碼5.8JPEG壓縮標(biāo)準(zhǔn)7、熵編碼使用熵編碼還可以對(duì)DPCM編碼后的直流DC系數(shù)和RLE編碼后的交流AC系數(shù)作進(jìn)一步的壓縮5.8JPEG壓縮標(biāo)準(zhǔn)7、熵編碼上機(jī)實(shí)驗(yàn)圖像壓縮 1、利用DCT變換模擬JPEG壓縮過(guò)程

上機(jī)參考程序1

實(shí)驗(yàn)效果圖1 2、利用DCT變換對(duì)圖像進(jìn)行壓縮

上機(jī)參考程序2

實(shí)驗(yàn)效果圖2上機(jī)實(shí)驗(yàn)圖像壓縮 1、利用DCT變換模擬JPEG壓縮過(guò)程上機(jī)參考程序1I=imread('cameraman.tif');I1=im2double(I);T=dctmtx(8);B=blkproc(I1,[88],'P1*x*P2',T,T');mask=[11110000 11100000110000001000000000000000000000000000000000000000];B2=blkproc(B,[88],'P1.*x',mask);I2=blkproc(B2,[8,8],'P1*x*P2',T',T);subplot(1,2,1);imshow(I);subplot(1,2,2);imshow(I2);上機(jī)參考程序1I=imread('cameraman.tif上機(jī)參考程序2RGB=imread('flowers.tif');subplot(2,2,1),imshow(RGB);I=rgb2gray(RGB);subplot(2,2,2),imshow(I);J=dct2(I);subplot(2,2,3), imshow(log(abs(J)),[]),colormap(jet(64));J(abs(J)<10)=0; K=idct2(J);subplot(2,2,4),imshow(K,[0255]);上機(jī)參考程序2RGB=imread('flowers.t實(shí)驗(yàn)效果圖1實(shí)驗(yàn)效果圖1實(shí)驗(yàn)效果圖2實(shí)驗(yàn)效果圖2第五章圖像數(shù)據(jù)壓縮第五章圖像數(shù)據(jù)壓縮1.信息傳輸方式發(fā)生了很大的改變通信方式的改變

文字+語(yǔ)音圖像+文字+語(yǔ)音通信對(duì)象的改變

人與人人與機(jī)器，機(jī)器與機(jī)器5.1概述：圖像編碼的研究背景1.信息傳輸方式發(fā)生了很大的改變5.1概述：圖像編碼的5.1概述：圖像編碼的研究背景數(shù)碼圖像的普及，導(dǎo)致了數(shù)據(jù)量的龐大。圖像的傳輸與存儲(chǔ)，必須解決圖像數(shù)據(jù)的壓縮問(wèn)題。5.1概述：圖像編碼的研究背景數(shù)碼圖像的普及，導(dǎo)致了數(shù)據(jù)

2.圖像傳輸與存儲(chǔ)需要的信息量空間：

1）彩色視頻信息

對(duì)于電視畫(huà)面的分辨率640*480的彩色圖像，每秒30幀，則一秒鐘的數(shù)據(jù)量為：

640*480*3*8*30=221.12M

所以播放時(shí)，需要221Mbps的通信回路。存儲(chǔ)時(shí)，1張CD可存640M，則僅可以存放2.89秒的數(shù)據(jù)。5.1概述：圖像編碼的研究背景2.圖像傳輸與存儲(chǔ)需要的信息量空間：5.1概述：圖像編

2.圖像傳輸與存儲(chǔ)需要的信息量空間：

2）傳真數(shù)據(jù)如果只傳送2值圖像，以200dpi（點(diǎn)/英寸）的分辨率傳輸，一張A4稿紙的內(nèi)容的數(shù)據(jù)量為：

1654（行點(diǎn)數(shù)）*2337（行數(shù)）*1=3888768bit=390K

按14.4K的電話線傳輸速率，需要傳送的時(shí)間是：270秒（4.5分）5.1概述：圖像編碼的研究背景2.圖像傳輸與存儲(chǔ)需要的信息量空間：5.1概述：圖像編

圖像壓縮的必要性：由于通信方式和通信對(duì)象的改變帶來(lái)的最大問(wèn)題是：

傳輸帶寬、速度、存儲(chǔ)器容量的限制。

給我們帶來(lái)的一個(gè)難題，也給了我們一個(gè)機(jī)會(huì)：

如何用軟件的手段來(lái)解決硬件上的物理極限。5.1概述：圖像編碼的研究背景圖像壓縮的必要性：5.1概述：圖像編碼的研究背景5.1概述：圖像通信系統(tǒng)模型圖像信息源圖像預(yù)處理圖像信源

編碼信道編碼調(diào)制信道傳輸解調(diào)信道解碼圖像信源

解碼顯示圖像5.1概述：圖像通信系統(tǒng)模型圖像信息源圖像預(yù)處理圖像信源5.1概述：圖像壓縮的可能性3.圖像壓縮的可能性

（1）冗余度的概念

對(duì)于描述一幅圖像所需要的最少信息之外的多余信息，稱(chēng)為冗余度。 一般圖像中都含有冗余度，去除圖像里的冗余度便完成了數(shù)據(jù)壓縮5.1概述：圖像壓縮的可能性3.圖像壓縮的可能性5.1概述：圖像壓縮的可能性在下面的例子中，用一種最簡(jiǎn)的方式來(lái)發(fā)送一封電報(bào)：結(jié)論：只要接收端不會(huì)產(chǎn)生誤解，就可以減少承載信息的數(shù)據(jù)量。你的妻子，Helen，將于明天晚上6點(diǎn)零5分在上海的虹橋機(jī)場(chǎng)接你。

(23*2+10=56個(gè)半角字符)

你的妻子將于明天晚上6點(diǎn)零5分在虹橋機(jī)場(chǎng)接你。

(20*2+3=43個(gè)半角字符）

Helen將于明晚6點(diǎn)在虹橋接你。

(10*2+7=27個(gè)半角字符）5.1概述：圖像壓縮的可能性在下面的例子中，用一種最簡(jiǎn)的5.1概述：圖像壓縮的可能性描述語(yǔ)言

1）“這是一幅2*2的圖像，圖像的第一個(gè)像素是紅的，第二個(gè)像素是紅的，第三個(gè)像素是紅的，第四個(gè)像素是紅的”。

2）“這是一幅2*2的圖像，整幅圖都是紅色的”。

由此我們知道，整理圖像的描述方法可以達(dá)到壓縮的目的。5.1概述：圖像壓縮的可能性描述語(yǔ)言

1）“這是一幅25.1概述：圖像壓縮的可能性圖像冗余無(wú)損壓縮的原理RGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGB16RGB（采用8級(jí)量化）從原來(lái)的16*3*8=284bits壓縮為：(1+3)*8=32bits5.1概述：圖像壓縮的可能性圖像冗余無(wú)損壓縮的原理RGB5.1概述：圖像壓縮的可能性圖像冗余有損壓縮的原理363534343434343234343337303434343434343434353434313434343434343434343434343434343434343434343434343425345.1概述：圖像壓縮的可能性圖像冗余有損壓縮的原理3635.1概述：圖像壓縮的可能性實(shí)際圖像中冗余信息的表現(xiàn)（灰度圖）5.1概述：圖像壓縮的可能性實(shí)際圖像中冗余信息的表現(xiàn)（灰5.1概述：圖像壓縮的可能性圖像的視覺(jué)冗余（彩色）

R

G

B2488822*2*2=242=16,777,216(248,27,4)(251,32,15)(248,27,4)(248,27,4)256級(jí)量化5.1概述：圖像壓縮的可能性圖像的視覺(jué)冗余（彩色）R5.1概述：圖像壓縮的可能性圖像冗余信息分析結(jié)論

由于一幅圖像存在數(shù)據(jù)冗余和主觀視覺(jué)冗余，我們的壓縮方式就是從這兩方面著手來(lái)開(kāi)展的。1）因?yàn)橛袛?shù)據(jù)冗余，當(dāng)我們將圖像信息的描述方式改變之后，可以壓縮掉這些冗余。2）因?yàn)橛兄饔^視覺(jué)冗余，當(dāng)我們忽略一些視覺(jué)不太明顯的微小差異，可以進(jìn)行所謂的“有損”壓縮。5.1概述：圖像壓縮的可能性圖像冗余信息分析結(jié)論5.1概述：圖像壓縮的分類(lèi)4.圖像壓縮的分類(lèi)

以圖像信息保真為出發(fā)點(diǎn)，圖像壓縮技術(shù)分兩種：1）冗余度壓縮 又稱(chēng)為無(wú)損壓縮或無(wú)失真壓縮。2）熵壓縮 又稱(chēng)為有損壓縮。5.1概述：圖像壓縮的分類(lèi)4.圖像壓縮的分類(lèi)5.1概述：圖像壓縮保真度準(zhǔn)則5.圖像壓縮保真度準(zhǔn)則

保真度準(zhǔn)則即壓縮后圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)，分兩種：1）客觀保真度準(zhǔn)則 壓縮前后圖像之間的均方根誤差或均方根信噪比。2）主觀保真度準(zhǔn)則 以人的視覺(jué)為主，來(lái)評(píng)價(jià)圖像的質(zhì)量。5.1概述：圖像壓縮保真度準(zhǔn)則5.圖像壓縮保真度準(zhǔn)則5.1概述：圖像壓縮術(shù)語(yǔ)6.編碼器的若干知識(shí)

如圖為一編碼器的示意圖，輸入X為信號(hào)單元；輸出W為代碼，Wi為碼字；A是構(gòu)成碼字的符號(hào)集合，其元素稱(chēng)為碼元。

編碼器的作用：（1）用符號(hào)集合A中的符號(hào)構(gòu)成代碼W（2）建立輸入X和輸出W的對(duì)應(yīng)關(guān)系編碼器X={x1,…,xn}w={w1,…,wn}A={a1,…,an}5.1概述：圖像壓縮術(shù)語(yǔ)6.編碼器的若干知識(shí)編碼器X=5.1概述：圖像壓縮術(shù)語(yǔ)

（1）獨(dú)立信源的熵 設(shè)信源符號(hào)表為{X1,X2,……,Xq}，出現(xiàn)的概率分別為{P(X1),P(X2),……,P(Xq)}，

則信源的熵為5.1概述：圖像壓縮術(shù)語(yǔ) （1）獨(dú)立信源的熵5.1概述：圖像壓縮術(shù)語(yǔ)

（2）香農(nóng)無(wú)干擾編碼理論 在無(wú)干擾條件下，總存在一種無(wú)失真編碼方法，使編碼的平均長(zhǎng)度L(x)與信息源的熵H(x)任意的接近。即無(wú)失真編碼的平均碼長(zhǎng)存在一個(gè)下限，這個(gè)下限就是原始圖像的熵。由此定義：編碼效率冗余度5.1概述：圖像壓縮術(shù)語(yǔ) （2）香農(nóng)無(wú)干擾編碼理論5.1概述：圖像的壓縮編碼第一代壓縮編碼

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(jué)系統(tǒng)生理心理特性和圖像信源的各種特性。5.1概述：圖像的壓縮編碼第一代壓縮編碼

八十年代以前，5.1概述：圖像的壓縮編碼像素編碼變換編碼預(yù)測(cè)編碼

位平面編碼增量調(diào)制熵編碼算術(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5.1概述：圖像的壓縮編碼像素編碼變換編碼預(yù)測(cè)編碼位平5.1概述：圖像的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5.1概述：圖像的壓縮編碼子帶編碼模型編碼分層編碼分型編5.2預(yù)測(cè)編碼1、PCM編碼 又稱(chēng)脈沖編碼調(diào)制，是圖像數(shù)字化和圖像編碼的合稱(chēng) 數(shù)字化后可采用兩種方法編碼：等長(zhǎng)和變長(zhǎng)編碼5.2預(yù)測(cè)編碼1、PCM編碼5.2預(yù)測(cè)編碼2、預(yù)測(cè)編碼（1）幀內(nèi)預(yù)測(cè)：對(duì)預(yù)測(cè)差值編碼以消除空間冗余度 即差分脈沖編碼調(diào)制DPCM，原理框圖如下：5.2預(yù)測(cè)編碼2、預(yù)測(cè)編碼5.2預(yù)測(cè)編碼工作過(guò)程：（1）預(yù)測(cè)器根據(jù)存儲(chǔ)的前若干個(gè)樣值對(duì)當(dāng)前值進(jìn)行預(yù)測(cè)，得到預(yù)測(cè)值（2）待編碼值與預(yù)測(cè)值相減得到預(yù)測(cè)誤差（3）對(duì)預(yù)測(cè)誤差進(jìn)行量化（4）量化后的誤差一方面進(jìn)行熵編碼并經(jīng)信道傳出去；另一方面與預(yù)測(cè)值相加，得到“有量化失真的復(fù)原值”，存儲(chǔ)到預(yù)測(cè)器中，供對(duì)下一個(gè)樣值預(yù)測(cè)之用（5）發(fā)送端的本地解碼器與接收端的解碼器完全相同5.2預(yù)測(cè)編碼工作過(guò)程：線性預(yù)測(cè)預(yù)測(cè)編碼根據(jù)前面若干個(gè)樣本值對(duì)當(dāng)前值進(jìn)行預(yù)測(cè)，若預(yù)測(cè)值是樣本值的線性組合，則稱(chēng)為線性預(yù)測(cè)預(yù)測(cè)器的設(shè)計(jì)是DPCM系統(tǒng)的核心問(wèn)題，因?yàn)轭A(yù)測(cè)器越好，差值就越集中分布在零附近，碼率就能壓縮得越多最經(jīng)典的方法是采用最小均方誤差準(zhǔn)則來(lái)進(jìn)行最佳設(shè)計(jì)線性預(yù)測(cè)預(yù)測(cè)編碼根據(jù)前面若干個(gè)樣本值對(duì)當(dāng)前值進(jìn)行預(yù)測(cè)，若預(yù)測(cè)預(yù)測(cè)階數(shù)的選擇直觀上，增大預(yù)測(cè)階數(shù)N可提高預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度，但實(shí)際情況并非如此。當(dāng)N較小時(shí)，增大N可提高預(yù)測(cè)度；但當(dāng)N足夠大時(shí)，效果不明顯一般說(shuō)來(lái)，當(dāng)輸入信源為平穩(wěn)的m階馬爾可夫過(guò)程，則N=m階最佳線性預(yù)測(cè)器就是在MMSE準(zhǔn)則下最好的預(yù)測(cè)器預(yù)測(cè)階數(shù)的選擇直觀上，增大預(yù)測(cè)階數(shù)N可提高預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度，但實(shí)際5.2預(yù)測(cè)編碼（2）幀間預(yù)測(cè)：消除時(shí)間冗余度 主要針對(duì)活動(dòng)圖像，有兩種技術(shù)：運(yùn)動(dòng)估計(jì)ME和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償MC5.2預(yù)測(cè)編碼（2）幀間預(yù)測(cè)：消除時(shí)間冗余度5.3行程編碼(RLE編碼)行程編碼是一種最簡(jiǎn)單的，在某些場(chǎng)合是非常有效的一種無(wú)損壓縮編碼方法。雖然這種編碼方式的應(yīng)用范圍非常有限，但是因?yàn)檫@種方法中所體現(xiàn)出的編碼設(shè)計(jì)思想非常明確，所以在圖像編碼方法中都會(huì)將其作為一種典型的方法來(lái)介紹。

5.3行程編碼(RLE編碼)行程編碼是一種最簡(jiǎn)單的，在某5.3行程編碼(RLE編碼)基本原理：通過(guò)改變圖像的描述方式，來(lái)實(shí)現(xiàn)壓縮。將一行中顏色值相同的相鄰像素用一個(gè)計(jì)數(shù)值和該顏色值來(lái)代替。舉例說(shuō)明：

aaaa

bbb

cc

d

eeeee

fffffff

(共22*8=176bits)

4a3b2c1d5e7f(共12*8=96bits)壓縮比為：176：96=1.83:15.3行程編碼(RLE編碼)基本原理：壓縮比為：176：壓縮比為：176：70=2.5：15.3行程編碼(RLE編碼)在傳真中的應(yīng)用：

傳真件中一般都是白色比較多，而黑色相對(duì)比較少。所以可能常常會(huì)出現(xiàn)如下的情況：

600W3b100w12b4w3b200w

上面的行程編碼所需用的字節(jié)數(shù)為：512<600<1024

計(jì)數(shù)值必須用10bit來(lái)表示：10*7=70bit因?yàn)橹挥邪谆蚝?，而且排版中一定要留出?yè)邊距，因此，一般情況下，可以只傳輸計(jì)數(shù)值即可。壓縮比為：176：70=2.5：15.3行程編碼(RL5.3行程編碼(RLE編碼)現(xiàn)在，根據(jù)傳真文件的特點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。既然已經(jīng)可以預(yù)知白色多黑色少，所以可對(duì)白色和黑色的計(jì)數(shù)值采用不同的位數(shù)。白色：10bit，黑色：4bit600W3b100w12b4w3b200w

所需字節(jié)數(shù)為：

4*10+3*4=52bit

比原來(lái)的方式10*7=70bit減少了18bit，提高了壓縮比5.3行程編碼(RLE編碼)現(xiàn)在，根據(jù)傳真文件的特點(diǎn)，對(duì)二維行程編碼——

基本概念二維行程編碼要解決的核心問(wèn)題是:

將二維排列的像素，采用某種方式轉(zhuǎn)化成一維排列的方式。之后按照一維行程編碼方式進(jìn)行編碼。二維行程編碼——基本概念二維行程編碼要解決的核心問(wèn)題是:二維行程編碼——

數(shù)據(jù)排序如下圖所示，是兩種典型的二維行程編碼的排列方式：(a)(b)二維行程編碼——數(shù)據(jù)排序如下圖所示，是兩種典型的二維行程二維行程編碼——例例：數(shù)據(jù)量：64*8=512(bit)二維行程編碼——例例：數(shù)據(jù)量：64*8=512(bit)二維行程編碼——例

如果按照行掃描的順序排列的話，數(shù)據(jù)分布為：130，130，130，129，134，133，129，130；130，130，130，129，134，133，130，130；

130，130，130，129，132，132，130，130；129，130，130，129，130，130，129，129；127，128，127，129，131，129，131，130；127，128，127，128，127，128，132，132；125，126，129，129，127，129，133，132；127，125，128，128，126，130，131，131二維行程編碼——例如果按照行掃描的順序排列的話，數(shù)據(jù)分布為二維行程編碼——例一維行程編碼后為:（3，130），（1，129），（1，134），（1，133），（1，129），（4，130），（1，129），（1，134），（1，133），（5，130），（1，129），（2，132），（2，130），（1，129），（2，130），（1，129），（2，130），（2，129），（1，127），（1，128），（1，127），（1，129），（1，131），（1，129），（1，131），（1，130），（1，127），（1，128），（1，127），（1，128），（1，127），（1，128），（2，132），（1，125），（1，126），（2，129），（1，127），（1，129），（1，133），（1，132），（1，127），（1，125），（2，128），（1，126），（1，130），（2，131）數(shù)據(jù)量為:46*（3+8）=506(bit)壓縮比為：512：506=1.02:1二維行程編碼——例一維行程編碼后為:（3，130），（1，1二維行程編碼——例如果按照列掃描的順序排列的話，數(shù)據(jù)分布為：130，130，130，129，127，127，125，127；130，130，130，130，128，128，126，125；130，130，130，130，127，127，129，128；129，129，129，129，129，128，129，128；134，134，132，130，131，127，127，126；133，133，132，130，129，128，129，130；129，130，130，129，131，132，133，131；130，130，130，129，130，132，132，131二維行程編碼——例如果按照列掃描的順序排列的話，數(shù)據(jù)分布為：二維行程編碼——例一維行程編碼為:數(shù)據(jù)量為:42*（3+8）=462(bit)壓縮比為：512：462=1.11:1（3，130），（1，129），（2，127），（1，125），（1，127），（4，130），（2，128），（1，126），（1，125），（4，130），（2，127），（1，129），（1，128），（5，129），（1，128），（1，129），（1，128），（2，134），（1，132），（1，130），（1，131），（2，127），（1，126），（2，133），（1，132），（1，130），（1，129），（1，128），（1，129），（1，130），（1，129），（2，130），（1，129），（1，131），（1，132），（1，133），（1，131），（3，130），（1，129），（1，130），（2，132），（1，131）二維行程編碼——例一維行程編碼為:數(shù)據(jù)量為:42*（3+8二維行程編碼——例如果按照方式(a)掃描的順序排列的話，數(shù)據(jù)分布為：130，130，130，130，130，130，130，130，130；129，129，129，129，130，130，129；127，128，127，129，131，130，132，134，134；133，133，132，130，129，128，127，128，127，128，127，125，126，129，129；127，129，133，132，131，129，130，130；129，130，130，130，129，130，132，132；131，131，130，126，128，128，127，127二維行程編碼——例如果按照方式(a)掃描的順序排列的話，數(shù)二維行程編碼——例一維行程編碼為:數(shù)據(jù)量為:43*（3+8）=473(bit)壓縮比為：512：473=1.08:1（7，130），（2，130），（4，129），（2，130），（1，129）；（1，127），（1，128），（1，127），（1，129），（1，131），（1，130），（1，132），（2，134），（2，133），（1，132），（1，130），（1，129），（1，128），（1，127），（1，128），（1，127），（1，128），（1，127），（1，125），（1，126），（2，129），（1，127），（1，129），（1，133），（1，132），（1，131），（1，129），（2，130），（1，129），（3，130），（1，129），（1，130），（2，132），（2，131），（1，130），（1，126），（2，128），（2，127）二維行程編碼——例一維行程編碼為:數(shù)據(jù)量為:43*（3+85.3行程編碼(RLE編碼)實(shí)際編碼過(guò)程是查表，可以實(shí)時(shí)處理編碼規(guī)則：RL=0—63，用一個(gè)相應(yīng)的結(jié)尾碼表示RL=64—1728，用一個(gè)組合基干碼加一個(gè)補(bǔ)充結(jié)尾碼規(guī)定每行從白游程開(kāi)始，若實(shí)際從黑游程開(kāi)始，則需要在行首加零長(zhǎng)度的白游程每行結(jié)束要加行同步碼EOL5.3行程編碼(RLE編碼)實(shí)際編碼過(guò)程是查表，可以實(shí)時(shí)5.4統(tǒng)計(jì)編碼：匹配編碼行程編碼要獲得好的壓縮率的前提是，有比較長(zhǎng)的相鄰像素的值是相同的。熵是指數(shù)據(jù)中承載的信息量。所謂的熵編碼是指在完全不損失信息量前提下最小數(shù)據(jù)量的編碼。5.4統(tǒng)計(jì)編碼：匹配編碼行程編碼要獲得好的壓縮率的前提是5.4統(tǒng)計(jì)編碼：匹配編碼基本原理：

為了達(dá)到更大的壓縮率，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(gè)比較短的編碼，將出現(xiàn)頻度小的像數(shù)值給一個(gè)比較長(zhǎng)的編碼。即匹配編碼5.4統(tǒng)計(jì)編碼：匹配編碼基本原理：5.4統(tǒng)計(jì)編碼：匹配編碼舉例說(shuō)明：

aaaa

bbb

cc

d

eeeee

fffffff

（共22*8=176bits)

432157

匹配編碼：f=0e=10a=110b=1111c=11100d=11101

11011011011011111111111111100111001110110101010100000000

(共7*1+5*2+4*3+3*4+2*5+1*5=56bits)

壓縮比為：176：56=3.14：15.4統(tǒng)計(jì)編碼：匹配編碼舉例說(shuō)明：壓縮比為：176：565.4統(tǒng)計(jì)編碼：

Huffman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(duì)其按照分布概率從小到大的順序進(jìn)行排列；每一次從中選擇出兩個(gè)概率為最小的節(jié)點(diǎn)相加，形成一個(gè)新的節(jié)點(diǎn)，構(gòu)造一個(gè)稱(chēng)為“Huffman樹(shù)”的二叉樹(shù)；對(duì)這個(gè)二叉樹(shù)進(jìn)行編碼，就獲得了Huffman編碼碼字。5.4統(tǒng)計(jì)編碼：Huffman編碼首先求出圖像中灰度分5.4統(tǒng)計(jì)編碼：

Huffman編碼例：對(duì)數(shù)據(jù)序列

aaaa

bbb

cc

d

eeeee

fffffff

其概率分布為：

a:4/22b:3/22c:2/22d:1/22e:5/22f:7/22

概率大小的排序?yàn)椋?/p>

d,c,b,a,e,f

1/222/223/224/225/227/225.4統(tǒng)計(jì)編碼：Huffman編碼例：對(duì)數(shù)據(jù)序列5.4統(tǒng)計(jì)編碼：

Huffman編碼cbafe7/225/224/222/2210f=11e=01a=00b=101c=1001d=1000d1/223/226/2222/2213/229/223/22101010105.4統(tǒng)計(jì)編碼：Huffman編碼cbafe7/2255.4統(tǒng)計(jì)編碼：

Huffman編碼對(duì)這個(gè)例子，計(jì)算出經(jīng)過(guò)Huffman編碼后的數(shù)據(jù)為：

00000000101101101100110011000010101010111111111111111

共7*2+5*2+4*2+3*3+2*4+1*4=53bit壓縮比為176：53=3.32:1f=11e=01a=00b=101c=1001d=10005.4統(tǒng)計(jì)編碼：Huffman編碼對(duì)這個(gè)例子，計(jì)算出經(jīng)5.4統(tǒng)計(jì)編碼：Huffman編碼Huffman編碼在圖像壓縮中的實(shí)現(xiàn)

我們知道，對(duì)一幅圖像進(jìn)行編碼時(shí)，如果圖像的大小大于256時(shí)，這幅圖像的不同的碼字就有可能是很大，例如極限為256個(gè)不同的碼字。 對(duì)整幅圖直接進(jìn)行Huffman編碼時(shí)，小分布的灰度值，就有可能具有很長(zhǎng)的編碼。 如：100位以上，這樣不但達(dá)不到壓縮的效果反而會(huì)使數(shù)據(jù)量加大，應(yīng)該如何處理