圖像處理技術(shù)課件

落霞與孤鶩齊飛秋水共長天一色●討論題目●幾張搞笑圖片●幾張搞笑圖片●幾張搞笑圖片●幾張搞笑圖片●幾張搞笑圖片●幾張搞笑圖片●夫妻相●官員懸浮照●鳳姐+范冰冰+=●華南虎事件第3

章3.1.1圖像與圖形3.1圖像原理●圖像：直接量化的原始信號形式●圖像的最小單位是像點(diǎn)●用于表現(xiàn)自然影像●圖形：運(yùn)算形成的抽象化產(chǎn)物●圖形由具有方向和長度的矢量表示●用于分析運(yùn)算結(jié)果，簡單圖形表示●位圖圖像●圖像由基本顯示單元“像點(diǎn)”構(gòu)成圖像像點(diǎn)8bit(28=256色)16bit(216=65536色)24bit(224=16M色)●8位圖像●16位圖像●24位圖像●

二進(jìn)制位與圖像之間存在嚴(yán)格的“位映射”關(guān)系●

像點(diǎn)由若干個二進(jìn)制位進(jìn)行描述●

二進(jìn)制位代表圖像顏色的數(shù)量●

具有位映射關(guān)系的圖叫作“位圖”●

“位圖”特指圖像●位圖的放大●矢量圖的放大●矢量圖和位圖的比較（1）矢量圖位圖表達(dá)對象的復(fù)雜程度適合表現(xiàn)比較細(xì)致，層次和色彩比較豐富，包括大量細(xì)節(jié)的場景不適合表達(dá)復(fù)雜的對象顯示速度顯示速度較快，存儲器中圖像的數(shù)據(jù)可以裝入內(nèi)存直接顯示在顯示器上在顯示時需要經(jīng)過重新計(jì)算，因而顯示速度相對慢一些文件大小要存儲二維對象的每一個像素，圖像文件所占存儲空間較大，通常要進(jìn)行壓縮只保存生成圖形的算法、圖形的控制點(diǎn)和屬性信息，因此占用的存儲空間很小?？s放時的性質(zhì)放大后圖像會失真，呈現(xiàn)鋸齒狀，這是因?yàn)閳D像存放的是固定像素的信息，當(dāng)對位圖圖像進(jìn)行放大時，像素個數(shù)并沒有增加，而是像素本身放大，并不保存具體的繪制的像素，保存的是圖形的算法信息，當(dāng)對矢量圖形進(jìn)行放大時，它需要進(jìn)行重新計(jì)算和重新顯示即可，所以不會失真?！袷噶繄D和位圖的比較（2）矢量圖位圖應(yīng)用側(cè)重于“繪制”和“創(chuàng)建”,常用于商標(biāo)、標(biāo)志、圖案設(shè)計(jì)側(cè)重于“獲取”和“復(fù)制”典型的處理軟件AutoCAD，3DMaxPhotoshop,●圖像處理的內(nèi)容?

圖像的數(shù)字化

圖像的數(shù)字化是指將一幅圖像通過采樣、量化、編碼轉(zhuǎn)變成計(jì)算機(jī)能夠接受的數(shù)字圖像。

?圖像編碼壓縮

?圖像變換

圖像的變換是將空間域的處理轉(zhuǎn)換為變換域的處理，不僅可以減少計(jì)算量，而且可獲得更有效的處理。圖像還變換包括傳統(tǒng)的幾何變換，例如圖像的縮放、旋轉(zhuǎn)、平移、投影等。

圖像恢復(fù)是采用某種濾波方法，如去除噪聲、干擾和模糊等，恢復(fù)或重建原來的圖像。

?圖像識別●圖形處理的內(nèi)容●圖形的輸入

圖形的輸入研究的是如何開發(fā)利用圖形輸入設(shè)備及軟件將圖形輸入到計(jì)算機(jī)中，以便進(jìn)行各種處理。

●

圖形的變換處理

圖形的變換處理包括對圖形進(jìn)行變換(如幾何變換、投影變換、建模、造型)和運(yùn)算(如圖形的并、交、差運(yùn)算)處理。

●

圖形的生成與輸出

圖形的生成與輸出研究的是如何將圖形特定的表示形式轉(zhuǎn)換成圖形輸出系統(tǒng)便于接受的表示形式，并將圖形在顯示屏或打印機(jī)等輸出設(shè)備上顯示輸出。

●Resolution(分辨率)單位圖像分辨率●dpi的數(shù)值越大，圖像越清晰dpi(displaypixels/inch)每英寸顯示的像點(diǎn)數(shù)300dpi96dpi21dpidpi視覺效果清晰度絕對清晰度3.1.2圖像分辨率3.1.2A:200dpiB:50dpi圖像B放大四倍分辨率3.1.2

分辨率是影響圖像質(zhì)量的重要因素，分為屏幕分辨率、圖像分辨率、顯示器分辨率和像素分辨率。

1．屏幕分辨率

屏幕分辨率是指某一種顯示方式下，計(jì)算機(jī)屏幕上最大的顯示區(qū)域，以水平和垂直的像素表示。2．圖像分辨率

圖像分辨率指數(shù)字化圖像的大小，以水平和垂直的像素點(diǎn)表示。3．顯示器分辨率

顯示器分辨率指顯示器本身所能支持各種顯示方式下最大的屏幕分辨率，通常它用像素之間的距離來表示，即點(diǎn)距。4．像素分辨率

像素分辨率指一個像素的寬和長的比例（也稱為像素的長寬比），在像素分辨率不同的機(jī)器間傳輸圖像時會產(chǎn)生意想不到的畸變。常見分辨率●●顯示器：96dpi●

顯示用圖片：96dpi●

動畫、視頻：96dpi●平板掃描儀：1200dpi●底片掃描儀

4800dpi●激光打印機(jī)：

600~1200dpi●噴墨打印機(jī)：

720～2880dpi●

印刷圖片:300～600dpi圖像顏色與顏色深度3.1.3色彩的亮度、色調(diào)和飽和度1．亮度

亮度也稱為明度，是指彩色所引起的人眼對明暗程度的感覺。它與被觀察物體的發(fā)光強(qiáng)度有關(guān)。對于色調(diào)、飽和度固定的光而言，當(dāng)其全部能量增強(qiáng)時，亮度增加，因此亮度與光功率有關(guān)。2．色調(diào)

色調(diào)也稱為色相，指顏色的基本面貌，即人們稱呼某種顏色的名稱，如紅、綠、藍(lán)等。色調(diào)與光波的波長有關(guān)，不同的波長反映不同的顏色感。色調(diào)是人們看到一種或多種波長的光時所產(chǎn)生的綜合效果。它反映顏色的種類，是決定顏色的基本特性。

3．飽和度

飽和度也稱為純度，指顏色的深淺程度。對于同一色調(diào)的彩色光，飽和度越高則顏色越純。凡是經(jīng)過混合后所產(chǎn)生的顏色，它的色彩飽和度比未混合的原來的顏色低。飽和度的增減還會影響到顏色的亮度。圖像顏色與顏色深度3.1.3色彩模型

色彩模型是指已經(jīng)建立好的用于描述和重現(xiàn)色彩的各種模型。各個應(yīng)用領(lǐng)域一般使用不同的色彩模型。常用的色彩模型有HSB、RGB、CMYK以及Lab色彩模型。1．HSB模型HSB指的是色調(diào)(Hue)、飽和度(Saturation)、亮度(Brightness)。該模型是用色彩的三要素來描述顏色，適合于色彩設(shè)計(jì)，絕大部分的設(shè)計(jì)軟件都提供了這種色彩模型，包括Windows的系統(tǒng)調(diào)色板也是采用這種色彩模型。色相變化純度變化明度變化windows系統(tǒng)調(diào)色板

圖像顏色與顏色深度3.1.3色彩模型

色彩模型是指已經(jīng)建立好的用于描述和重現(xiàn)色彩的各種模型。各個應(yīng)用領(lǐng)域一般使用不同的色彩模型。常用的色彩模型有HSB、RGB、CMYK以及Lab色彩模型。

加色法混合方式

減色法混合方式

2．RGB模型RGB是指紅（Red）、綠（Green）、藍(lán)（Blue）三種色光。該模式采用加色法混合方式。3．CMYK模型CMYK是指青色（Cyan）、品紅(Magenta)、黃色（Yellow)、黑色(blacK)四種油墨色。該模式采用減色法混合方式。圖像顏色與顏色深度3.1.3色彩模型

色彩模型是指已經(jīng)建立好的用于描述和重現(xiàn)色彩的各種模型。各個應(yīng)用領(lǐng)域一般使用不同的色彩模型。常用的色彩模型有HSB、RGB、CMYK以及Lab色彩模型。4．Lab模型Lab色彩模型用三組數(shù)值表示色彩：

L：

Lightness亮度數(shù)值，從0到100。

a：

紅色和綠色兩種原色之間的變化區(qū)域，數(shù)值從-120到+120b：

黃色到藍(lán)色兩種原色之間的變化區(qū)域，數(shù)值從-120到+120圖像顏色與顏色深度3.1.3色彩模型的相互轉(zhuǎn)換在一個典型的多媒體計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，常常涉及到用幾種不同的顏色空間表示圖形和圖像的顏色，以對應(yīng)于不同的場合和應(yīng)用，各種顏色空間可以方便地進(jìn)行轉(zhuǎn)換。RGB顏色空間可與HSI空間相互轉(zhuǎn)換，HSI顏色空間與RGB顏色空間的轉(zhuǎn)換關(guān)系如下：圖像顏色與顏色深度3.1.3●與自然界中的影像不同，數(shù)字化圖像的顏色數(shù)量具有準(zhǔn)確的數(shù)量級，這是采用一定長度的二進(jìn)制數(shù)描述顏色的緣故。圖像的顏色二值圖像黑白雙色（0或1）灰度圖像2的8次方=255種黑白變化色彩色圖像采用RGB彩色空間（R,G,B）一般寫成（0~255，0~255，0~255）圖像顏色與顏色深度3.1.3●與自然界中的影像不同，數(shù)字化圖像的顏色數(shù)量具有準(zhǔn)確的數(shù)量級，這是采用一定長度的二進(jìn)制數(shù)描述顏色的緣故?！?/p>

顏色深度顏色深度——圖像中描述每個像素所需的二進(jìn)制位數(shù)，單位為bit。彩色或灰度圖像分別用4bit、8bit、16bit、24bit和32bit二進(jìn)制數(shù)表示。當(dāng)彩色深度達(dá)到或高于24bit位時，圖像的顏色數(shù)量已經(jīng)足夠多，基本上還原了自然影像，習(xí)慣上把這種圖像叫做“真彩色”圖像。文件顏色與分辨率用途.GIF256/96dpi用于動畫、多媒體程序界面，網(wǎng)頁界面.BMP256～224/*dpi用于Windows環(huán)境下的任何場合.TIF256～232/*dpi用于專業(yè)印刷.JPG216

～232/*dpi用于數(shù)字圖片保存、傳送.TGA256～224/

96dpi用于專業(yè)動畫影視制作.PCD216～232/*dpi用于PHOTOCD●

注意：圖像文件的擴(kuò)展名不要輕易修改，否則不能使用圖像文件●

數(shù)字化圖像以文件的形式存在，其文件名有嚴(yán)格的約定。3.23.2.1圖像文件格式A4幅面(橫)24bit彩色300dpi分辨率圖像文件的體積與保存.JPG883KB損失15%色重復(fù)保存,損失加劇.GIF4,501KB256色格式轉(zhuǎn)換容易失真.BMP25,481KB真彩色●

數(shù)據(jù)量大.TGA25,481KB真彩色●

數(shù)據(jù)量大.PCD25,481KB真彩色●

數(shù)據(jù)量大.TIF25,697KB真彩色●

數(shù)據(jù)量大數(shù)據(jù)對比3.2.2圖像文件的體積與保存3.2.21.

PCX格式2.

DIB和BMP格式3.GIF格式

◆PCX格式最初由Z-Soft公司為其圖像處理軟件——PCPaintbrush設(shè)計(jì)的文件格式。該格式使用游程長編碼（RLE）方法進(jìn)行壓縮，壓縮比適中，適合于一般軟件的使用，壓縮和解壓縮的速度都比較快。另外，各種掃描儀掃描得到的圖像一般都能存成PCX格式。

◆DIB是Windows所使用的與設(shè)備無關(guān)的點(diǎn)位圖文件存儲格式?！?/p>

BMP是標(biāo)準(zhǔn)的Windows和OS/2的圖像格式的基本位圖格式。BMP文件格式存儲的圖像數(shù)據(jù)都不能壓縮，因此圖像文件的大小較大。

◆GIF（GraphicsInterchangeFormat）格式，譯為圖形交換格式，用于在不同的平臺上進(jìn)行圖像交流和傳輸。GIF是使用LZW壓縮方法的主要圖形文件格式，因此，文件壓縮比較高，文件較小。

圖像文件的體積與保存3.2.24.TIFF格式5.JPEG格式6.PCD格式◆TIFF（TagImageFileFormat）格式稱為標(biāo)記圖像文件格式，支持所有的圖形類型，同時被許多圖形應(yīng)用軟件（如CorelDraw，PhotoShop等）所支持。TIFF格式文件分為壓縮和非壓縮兩類，非壓縮的TIF文件獨(dú)立于軟硬件，但壓縮文件要復(fù)雜多了，圖形文件壓縮后，格式改為TIEF格式。

◆JPEG格式采用的是有損壓縮編碼格式，文件非常小，而且可以調(diào)整壓縮比。JPEG文件的顯示比較慢，仔細(xì)觀察圖像的邊緣可以看出不太明顯的失真。適用于要處理大量圖像的場合，一般不適合用來存儲原始圖像。

◆PCD格式是Kodak公司開發(fā)的電子照片文件存儲格式，是Photo-CD的專用格式，一般都存儲在CD-ROM上，讀取PCD文件要用Kodak公司出的專門軟件。

圖像的獲取3.3●圖像獲取——把自然影像轉(zhuǎn)換成數(shù)字化圖像的過程。掃描儀數(shù)字圖像3.3.1獲取途徑1)利用設(shè)備進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)碼相機(jī)2)從光盤圖像庫或互聯(lián)網(wǎng)上獲取PCD、JPG格式互聯(lián)網(wǎng)合法渠道3.3.2掃描儀TWAIN掃描驅(qū)動程序●保證掃描質(zhì)量的條件●

正確的掃描方法●

正確的掃描參數(shù)●

合適的顏色深度●

適當(dāng)?shù)暮笃谔幚碓黾愉J度去網(wǎng)紋選擇分辨率≮300dpi≮24bit調(diào)整亮度/對比度飽和度色調(diào)高分辨率掃描，轉(zhuǎn)換分辨率使用!3.3.3●傳統(tǒng)構(gòu)圖●個性構(gòu)圖強(qiáng)調(diào)個人意愿，畫面比例獨(dú)特，布局大膽且有新意。講求均衡，畫面比例規(guī)則，具有平衡感?！駛€性構(gòu)圖(寬)●個性構(gòu)圖(高)●傳統(tǒng)構(gòu)圖(黃金分割)構(gòu)圖規(guī)則●1）畫面中的海面、水面、地平面要水平，不可傾斜。2）畫面要簡潔，主體要突出，應(yīng)大膽除去多余的、與主體無關(guān)的元素。3）畫面要均衡，注意空間的安排。構(gòu)圖規(guī)則●4）人物與景物的關(guān)系要把握好，要人、景兼顧。人物過小人物和景物的比例較合適光圈與快門控制●●

若CCD獲得的光線不足，將產(chǎn)生“躁點(diǎn)”，影響畫面質(zhì)量?！?/p>

光圈

2.845.68111622快門1/s光圈B

81530601252505001000

感光指數(shù)為常數(shù)時的關(guān)系2.845.68111622●

光圈與速度的關(guān)系

(1)速度↑曝光量↓

(2)光圈↑曝光量↑●

感光度

60°——感光速度慢，顆粒小，影像清晰，適于光照條件非常好的場合

100°——感光速度中等，顆粒中，影像較清晰，適于白天

400°——感光速度快，顆粒較粗，影像一般，適于傍晚、黎明、室內(nèi)1000°——感光速度極快，顆粒粗，影像一般，適于高速運(yùn)動物體的攝影景深控制●●景深是衡量照片縱深清晰度的指標(biāo)，光圈可控制景深。景深——深景深——淺●光圈越大，景深越淺?！窆馊υ叫?，景深越深。光線運(yùn)用●為了獲得銳度好、光線明亮的數(shù)碼照片，應(yīng)在光線比較充足的時候拍攝。在光線不足時拍攝風(fēng)光，不要打開閃光燈，否則效果不理想。傍晚和早晨的色彩豐富，拍攝風(fēng)光不要使用閃光燈，為了避免“脫焦”，要支三腳架拍攝。逆光拍攝人物時，為了避免人物黑暗，使用閃光燈是必要的。光線運(yùn)用●自然光+輔助光反射光反射光反光傘反光傘反光傘反射光反光板有源光柔光燈箱日光直射光3.43.4.1圖像的點(diǎn)處理●點(diǎn)處理算法——圖像基本算法，處理對象是像點(diǎn)。1．亮度調(diào)整對圖像的所有像點(diǎn)加上一個常數(shù)或減少一個常數(shù)，可改變亮度值。2．對比度調(diào)整把像點(diǎn)亮度閥值以上的像點(diǎn)增加亮度，閥值以下的像點(diǎn)降低亮度。3．亮度反置處理用最大允許亮度值減去當(dāng)前亮度值，用其差值作為該像點(diǎn)的新值。亮度處理對比度處理亮度反置處理圖像的組處理3.4.2●組處理算法——處理對象是一組像點(diǎn)，又叫“區(qū)處理或塊處理”。1．圖像邊緣處理增強(qiáng)邊緣，使圖像的輪廓清晰。用拉普拉斯變換、平移和差分運(yùn)算、梯度邊緣運(yùn)算進(jìn)行處理。2．圖像銳化處理通過運(yùn)算增加像點(diǎn)之間的亮度差異，使圖像的亮度和色彩變得尖銳。3．圖像柔化處理采用計(jì)算相鄰像素平均值的方法實(shí)現(xiàn)。圖像柔和、虛化、朦朧。圖像邊緣處理圖像銳化處理圖像柔化處理圖像的幾何處理3.4.31．圖像的放大與縮小圖像放大——把原圖像的一個像點(diǎn)演變成若干個像點(diǎn)，使像點(diǎn)數(shù)量大于原圖像，像點(diǎn)密度不變，體積增加?？s小圖像——把原圖像的多個像點(diǎn)演變成一個像點(diǎn)，細(xì)節(jié)丟失，像點(diǎn)數(shù)量減少，體積縮小。●圖像整倍數(shù)縮放時，不產(chǎn)生畸變失真。非整倍數(shù)縮放時，則用線性差值取代產(chǎn)生的小數(shù)，會產(chǎn)生畸變失真。2．圖像旋轉(zhuǎn)圖像旋轉(zhuǎn)依據(jù)如下的算法進(jìn)行：(x,y)(x’,y’)xyzx

=x0+(x-x0)cos

-(y-y0)sin

y

=y0+(y-y0)cos+(x-x0)sin

圖像的幀處理3.4.4●圖像的幀處理——將一幅以上的圖像以某種特定的形式合成在一起，形成新的圖像。1)進(jìn)行“邏輯與”、“邏輯或”、“異或”的合成運(yùn)算。2)按照相加、相減以及有條件的復(fù)合算法進(jìn)行合成。3)覆蓋、取平均值進(jìn)行合成。亮度疊加效果鼠標(biāo)雙擊某圖像文件名，即可立即啟動ACDSee軟件的圖片顯示界面，并顯示該圖像。圖像的瀏覽3.53.5.1圖像瀏覽軟件簡介●ACDSee——圖像瀏覽軟件在圖片顯示界面中，鼠標(biāo)雙擊圖片，即可打開圖片瀏覽界面。3.5.2圖片瀏覽界面基本功能圖片小樣小圖片路徑顯示工具基本功能●1)瀏覽圖片——左側(cè)路徑顯示欄中選擇路經(jīng)，右側(cè)瀏覽圖像文件。2)顯示圖片內(nèi)容——在瀏覽界面中雙擊小圖片，即可顯示大幅圖片。再次雙擊大圖片，返回小圖片瀏覽狀態(tài)。3)轉(zhuǎn)移圖片——直接拖曳。4)復(fù)制圖片

——按下〈Ctrl〉健拖曳。5)文件更名

——兩次單擊圖片，更名。6)刪除圖片

——選中，按〈Delete〉鍵。7)文件格式轉(zhuǎn)換

——鼠標(biāo)右鍵單擊圖片，選擇“工具/轉(zhuǎn)換文件格式”。圖像文件格式3.5.3BMPDIBRLEEMFGIFJPGJPEGJPEJIFJFIKDCPCDPCXDCXPICPNGPSDTGATIFTIFFWMFWindows及OS/2使用的位圖增強(qiáng)圖元文件256色的壓縮文件JPEG壓縮文件以及JFIF文件Kodak公司開發(fā)的文件保存在CD上的Kodak圖片文件ZsoftPublisher軟件制作的文件SoftImage’s的文件Portable網(wǎng)絡(luò)用圖形文件Photoshop制作的帶有圖層的文件主要用于動畫制作的Targa文件主要用于印刷的圖像文件Windows系統(tǒng)使用的剪貼畫文件ACDSee支持的常見格式說明●●●●建立或取消文件關(guān)聯(lián)3.5.4(2)選擇“圖像”等卡片(3)選擇關(guān)聯(lián)文件格式

或單擊“全選”按鈕(4)單擊“確定”按鈕(1)選擇“工具/文件關(guān)聯(lián)”菜單●

操作步驟●

關(guān)聯(lián)的作用

——鼠標(biāo)雙擊被關(guān)聯(lián)的對象，自動啟動ACDSee軟件，并顯示對象?！裨诎惭b新軟件時，已經(jīng)建立的關(guān)聯(lián)可能被解除圖像數(shù)據(jù)的壓縮3.63.6.1圖像數(shù)據(jù)的壓縮算法數(shù)字圖像壓縮的兩個基本原理?數(shù)字圖像的相關(guān)性。?人的視覺心理特征。

在圖像的同一行相鄰像素之間、活動圖像的相鄰幀的對應(yīng)像素之間往往存在很強(qiáng)的相關(guān)性，去除或減少這些相關(guān)性，也就去除或減少圖像信息中的冗余度，即實(shí)現(xiàn)了對數(shù)字圖像的壓縮。

人的視覺對于邊緣急劇變化不敏感(視覺掩蓋效應(yīng))，對顏色分辨力弱，利用這些特征可以在相應(yīng)部分適當(dāng)降低編碼精度，而使人從視覺上并不感覺到圖像質(zhì)量的下降，從而達(dá)到對數(shù)字圖像壓縮的目的。

從信息論觀點(diǎn)來看，圖像作為一個信源，描述信源的數(shù)據(jù)是信息量(信源熵)和信息冗余量之和。信息冗余有許多種，如空間冗余、時間冗余、結(jié)構(gòu)冗余、知識冗余、視覺冗余等，數(shù)據(jù)壓縮實(shí)質(zhì)上是減少這些冗余量。從數(shù)學(xué)上講，圖像可以看作一個多維函數(shù)，壓縮描述這個函數(shù)的數(shù)據(jù)量實(shí)質(zhì)是減少其相關(guān)性。另外在一些情況下，允許圖像有一定的失真，而并不妨礙圖像的實(shí)際應(yīng)用。圖像數(shù)據(jù)的壓縮3.63.6.1圖像數(shù)據(jù)的壓縮算法1．圖像數(shù)據(jù)壓縮的可能性

空間冗余

時間冗余

信息熵冗余

結(jié)構(gòu)冗余

知識冗余

視覺冗余

其它冗余圖像數(shù)據(jù)的壓縮3.63.6.1圖像數(shù)據(jù)的壓縮算法2．圖像壓縮方法衡量一個壓縮編碼方法優(yōu)劣的重要指標(biāo)是：①壓縮比要高，有幾倍、幾十倍，也有幾百乃至幾千倍；②壓縮與解壓縮要快，算法要簡單，硬件實(shí)現(xiàn)容易；③解壓縮的圖像質(zhì)量要好。壓縮編碼算法無損壓縮編碼哈夫曼編碼算術(shù)編碼行程編碼有損壓縮編碼預(yù)測編碼頻率域方法空間域方法模型方法基于重要性混合編碼JBIGH261JPEGMPEG等技術(shù)圖像數(shù)據(jù)的壓縮3.63.6.1圖像數(shù)據(jù)的壓縮算法3．無損壓縮編碼

所謂無損壓縮格式，是利用數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)冗余進(jìn)行壓縮，可完全回復(fù)原始數(shù)據(jù)而不引起任何失真，但壓縮率是受到數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)冗余度的理論限制，一般為2:1到5:1.這類方法廣泛用于文本數(shù)據(jù)，程序和特殊應(yīng)用場合的圖像數(shù)據(jù)(如指紋圖像，醫(yī)學(xué)圖像等)的壓縮。由于壓縮比的限制，僅使用無損壓縮方法是不可能解決圖像和數(shù)字視頻的存儲和傳輸?shù)乃袉栴}.圖像數(shù)據(jù)的壓縮3.63.6.1圖像數(shù)據(jù)的壓縮算法3．無損壓縮編碼香農(nóng)-范諾（Shannon-Fano）編碼的目的是產(chǎn)生具有最小冗余的碼詞（codeword）。其基本思想是產(chǎn)生編碼長度可變的碼詞。碼詞長度可變指的是，被編碼的一些消息的符號可以用比較短的碼詞來表示。估計(jì)碼詞長度的準(zhǔn)則是符號出現(xiàn)的概率。符號出現(xiàn)的概率越大，其碼詞的長度越短。

香農(nóng)-范諾編碼算法步驟：①按照符號出現(xiàn)的概率減少的順序?qū)⒋幋a的符號排成序列。②將符號分成兩組，使這兩組符號概率和相等或幾乎相等。③將第一組賦值為0，第二組賦值為1。④對每一組，重復(fù)步驟②的操作。圖像數(shù)據(jù)的壓縮3.63.6.1圖像數(shù)據(jù)的壓縮算法3．無損壓縮編碼霍夫曼編碼的基本方法是先對圖像數(shù)據(jù)掃描一遍，計(jì)算出各種像素出現(xiàn)的概率，按概率的大小指定不同長度的唯一碼字，由此得到一張?jiān)搱D像的霍夫曼碼表。編碼后的圖像數(shù)據(jù)記錄的是每個像素的碼字，而碼字與實(shí)際像素值的對應(yīng)關(guān)系記錄在碼表中。

算法步驟如下：①初始化，根據(jù)符號概率的大小按由大到小順序?qū)Ψ栠M(jìn)行排序。②把概率最小的兩個符號組成一個新符號（節(jié)點(diǎn)），即新符號的概率等于這兩個符號概率之和。③重復(fù)第2步，直到形成一個符號為止（樹），其概率最后等于1。④從編碼樹的根開始回溯到原始的符號，并將每一下分枝賦值為1，上分枝賦值為0。圖像數(shù)據(jù)的壓縮3.63.6.1圖像數(shù)據(jù)的壓縮算法圖像數(shù)據(jù)的壓縮3.63.6.1圖像數(shù)據(jù)的壓縮算法行程編碼RLE?，F(xiàn)實(shí)中有許多這樣的圖像，在一幅圖像中具有許多顏色相同的圖塊。在這些圖塊中，許多行上都具有相同的顏色，或者在一行上有許多連續(xù)的象素都具有相同的顏色值。在這種情況下就不需要存儲每一個象素的顏色值，而僅僅存儲一個象素的顏色值，以及具有相同顏色的象素?cái)?shù)目就可以，或者存儲一個象素的顏色值，以及具有相同顏色值的行數(shù)。這種壓縮編碼稱為行程編碼，常用(runlengthencoding，RLE)表示，具有相同顏色并且是連續(xù)的象素?cái)?shù)目稱為行程長度。行程編碼的基本原理是：用一個符號值或串長代替具有相同值的連續(xù)符號（連續(xù)符號構(gòu)成了一段連續(xù)的“行程”。行程編碼因此而得名），使符號長度少于原始數(shù)據(jù)的長度。例如：5555557777733322221llllll行程編碼為：（5，6）（7，5）（3，3）（2，4）（l，7）。圖像數(shù)據(jù)的壓縮3.63.6.1圖像數(shù)據(jù)的壓縮算法4．預(yù)測編碼從相鄰數(shù)據(jù)之間由強(qiáng)的相關(guān)性特點(diǎn)考慮，可以利用前面已經(jīng)出現(xiàn)的數(shù)值，進(jìn)行預(yù)測（估計(jì)），得到一個預(yù)測值，將實(shí)際值與預(yù)測值求差，對這個差值信號進(jìn)行編碼、傳送，這種編碼方法即為預(yù)測編碼方法。?差分脈沖編碼調(diào)制(DPCM)?幀間預(yù)測編碼圖像數(shù)據(jù)的壓縮3.63.6.1圖像數(shù)據(jù)的壓縮算法4．預(yù)測編碼

差分脈沖編碼調(diào)制的思想是，根據(jù)過去的樣本去估算(estimate)下一個樣本信號的幅度大小，這個值稱為預(yù)測值，然后對實(shí)際信號值與預(yù)測值之差進(jìn)行量化編碼，從而就減少了表示每個樣本信號的位數(shù)。

圖5.13

DPCM圖像數(shù)據(jù)的壓縮3.63.6.1圖像數(shù)據(jù)的壓縮算法4．預(yù)測編碼

活動圖像是由連續(xù)圖像幀組成的時間圖像序列，它在時間上比在空間上具有更大的相關(guān)性。大多數(shù)電視圖像相鄰幀間細(xì)節(jié)變化是很小的，即視頻圖像幀間具有很強(qiáng)的相關(guān)性，利用幀所具有的相關(guān)性的特點(diǎn)進(jìn)行幀間編碼，可獲得比幀內(nèi)編碼高得多的壓縮比。

幀間預(yù)測編碼是利用視頻圖像幀間的相關(guān)性，即時間相關(guān)性，來達(dá)到圖像壓縮的目的，即不直接傳送當(dāng)前幀的像素值，而是傳送x和其前一幀或后一幀的對應(yīng)像素x'之間的差值,這稱為幀間預(yù)測。廣泛用于普通電視、會議電視、視頻電話、高清晰度電視的壓縮編碼。圖5.14幀間預(yù)測圖像數(shù)據(jù)的壓縮3.63.6.1圖像數(shù)據(jù)的壓縮算法5.變換編碼

變換編碼是指先對信號進(jìn)行某種函數(shù)變換，從一種信號（空間）變換到另一種（空間），然后再對信號進(jìn)行編碼。常用的變換編碼有：離散余弦變換（DCT）沃爾什—哈達(dá)瑪變換（WHT）離散傅里葉變換（DFT）卡亨南—洛維變換（KLT）小波變換1974年，N．Ahmed等人提出了離散余弦變換(DCT)，最大特點(diǎn)是對于一般的圖像都能夠?qū)⑾駢K的能量集中于少數(shù)低頻DCT系數(shù)上，這樣就可能只編碼和傳輸少數(shù)系數(shù)而不嚴(yán)重影響圖像質(zhì)量。DCT不能直接對圖像產(chǎn)生壓縮作用，但對圖像的能量具有很好的集中效果，為壓縮打下了基礎(chǔ)。①一維離散余弦變換②二維離散余弦變換圖像數(shù)據(jù)的壓縮3.63.6.2圖像數(shù)據(jù)的壓縮標(biāo)準(zhǔn)1.JPEGJPEG是一個適用范圍很廣的靜態(tài)圖像數(shù)據(jù)壓縮標(biāo)準(zhǔn)，具有連續(xù)色調(diào)、多級灰度和靜態(tài)圖像特點(diǎn)的數(shù)字圖像壓縮編碼方法，被確定為JPEG國際標(biāo)準(zhǔn)。圖像數(shù)據(jù)的壓縮3.63.6.2圖像數(shù)據(jù)的壓縮標(biāo)準(zhǔn)1.JPEGJPEG算法框圖壓縮編碼大致分成三個步驟：①使用正向離散余弦變換(FDCT)把空間域表示的圖變換成頻率域表示的圖。②使用加權(quán)函數(shù)對DCT系數(shù)進(jìn)行量化，這個加權(quán)函數(shù)對于人的視覺系統(tǒng)是最佳的。③使用霍夫曼可變字長編碼器對量化系數(shù)進(jìn)行編碼。圖像數(shù)據(jù)的壓縮3.63.6.2圖像數(shù)據(jù)的壓縮標(biāo)準(zhǔn)1.JPEG

離散余弦變換。對每個單獨(dú)的彩色圖像分量，把整個分量圖像分成8×8的圖像塊，并作為兩維離散余弦變換DCT的輸入。通過DCT變換，把能量集中在少數(shù)幾個系數(shù)上。圖5-16DCT系數(shù)圖像數(shù)據(jù)的壓縮3.63.6.2圖像數(shù)據(jù)的壓縮標(biāo)準(zhǔn)1.JPEG

量化是對經(jīng)過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。量化階段需要兩個8*8矩陣數(shù)據(jù)，一個是專門處理亮度的頻率系數(shù)，另一個則是針對色度的頻率系數(shù)，將頻率系數(shù)除以量化矩陣的值，取