图象编码与压缩课件

第六章第六章 图象编码与压缩图象编码与压缩主要内容：主要内容：一、图象编码的必要性一、图象编码的必要性 二、图象编码的分类二、图象编码的分类 三、图象编码中的保真度准则三、图象编码中的保真度准则 四、编码的性能参数四、编码的性能参数 五、统计编码五、统计编码 六、预测编码六、预测编码七、变换编码七、变换编码八、图象编码的国际标准八、图象编码的国际标准 2024/6/161第五章图象编码第六章 图像编码与压缩第六章 图象编码与压缩主要内容：2023/8/91第五章、图像编码技术的研究背景：、图像编码技术的研究背景：1.1.信息传输方式发生了很大的改变信息传输方式发生了很大的改变通信方式的改变通信方式的改变文字文字+语音语音图像图像+文字文字+语音语音通信对象的改变通信对象的改变人与人人与人人与机器，机器与机器人与机器，机器与机器概述概述2024/6/162第五章图象编码第六章 图像编码与压缩、图像编码技术的研究背景：概述2023/8/92第五章 2.2.图像传输与存储需要的信息量空间：图像传输与存储需要的信息量空间：1 1）彩色视频信息）彩色视频信息 对于电视画面的分辨率对于电视画面的分辨率640*480640*480的彩色图的彩色图像，每秒像，每秒3030帧，则一秒钟的数据量为：帧，则一秒钟的数据量为：640*480*24*30=221.12 640*480*24*30=221.12M M 所以播放时，所以播放时，需要需要221221MbpsMbps的通信回路的通信回路。参考数据：宽带网为参考数据：宽带网为512512K,K,电话线为电话线为5656K K。存储时，存储时，1 1张张CDCD可存可存640640M M，则仅可以存放则仅可以存放2.892.89秒的数据。秒的数据。2024/6/163第五章图象编码第六章 图像编码与压缩 2.图像传输与存储需要的信息量空间：2023/8/93第五 2 2）传真数据）传真数据 如果只传送如果只传送2 2值图像，以值图像，以200200dpidpi的分的分辨率传输，一张辨率传输，一张A4A4稿纸的内容的数据量稿纸的内容的数据量为：为：1654*2337*1=3888768 1654*2337*1=3888768bit bit 按目前按目前14.414.4K K的电话线传输速率，需要传的电话线传输速率，需要传送的时间是：送的时间是：270270秒（秒（4.54.5分）分）2024/6/164第五章图象编码第六章 图像编码与压缩2023/8/94第五章 图象编码第六章 图像编码与压缩 由于通信方式和通信对象的改变带来的最大问题是：由于通信方式和通信对象的改变带来的最大问题是：传输带宽、速度、存储器容量的限制。传输带宽、速度、存储器容量的限制。给我们带来的一个难题，也给了我们一个机会：给我们带来的一个难题，也给了我们一个机会：如何用软件的手段来解决硬件上的物理极限如何用软件的手段来解决硬件上的物理极限。2024/6/165第五章图象编码第六章 图像编码与压缩 由于通信方式和通信对象的改变带来的最大问题是：2023/8图像信息源图像信息源图像信息源图像信息源图像预处理图像预处理图像预处理图像预处理图像信源图像信源图像信源图像信源编码编码编码编码信道编码信道编码信道编码信道编码调制调制调制调制信道传输信道传输信道传输信道传输解调解调解调解调信道解码信道解码信道解码信道解码图像信源图像信源图像信源图像信源解码解码解码解码显示图像显示图像显示图像显示图像图像通信系统模型2024/6/166第五章图象编码第六章 图像编码与压缩图像信息源图像预处理图像信源编码信道编码调制信道传输解调信、图像中的数据冗余的概念图像中的数据冗余的概念 你的朋友你的朋友，阿杰阿杰，将于明天晚上将于明天晚上6 6点零点零5 5分在分在武汉武汉的的天河机场接你。天河机场接你。(2(25*2+5=555*2+5=55个半角字符个半角字符)阿杰阿杰将于将于明明天天晚晚上上6 6点点零零5 5分分在天河在天河机场机场接你。接你。(18*2+3=3918*2+3=39个半角字符）个半角字符）阿杰阿杰明晚明晚6 6点在天河接你。点在天河接你。(10*2+(10*2+1=271=27个半角字符）个半角字符）结论：只要接收端不会产生误解，结论：只要接收端不会产生误解，就可以减少承载信息的数据量。就可以减少承载信息的数据量。2024/6/167第五章图象编码第六章 图像编码与压缩、图像中的数据冗余的概念 你的朋友，阿杰，将于明天晚上n描述语言描述语言1 1）“这是一幅这是一幅 2*2 2*2的图像，图像的第一的图像，图像的第一个像素是红的，第二个像素是红的，第二个像素是红的，第三个像素是红的，第三个像素是红的，第四个像素是红的，第四个像素是红的个像素是红的”。2 2）“这是一幅这是一幅2*22*2的图像，的图像，整幅图都是红色的整幅图都是红色的”。由此我们知道，整理图像的描述方法可以达由此我们知道，整理图像的描述方法可以达到压缩的目的。到压缩的目的。2024/6/168第五章图象编码第六章 图像编码与压缩描述语言1）“这是一幅 2*2的图像，图像的第一个像素是红图像冗余无损压缩的原理图像冗余无损压缩的原理RGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGB16RGB从原来的从原来的16*3*8=28416*3*8=284bitsbits压缩为：压缩为：(1+3)*8=32(1+3)*8=32bitsbits2024/6/169第五章图象编码第六章 图像编码与压缩图像冗余无损压缩的原理RGBRGBRGBRGBRGBRGBR图像冗余有损压缩的原理图像冗余有损压缩的原理363534343434343234343337303434343434343434353434313434343434343434343434343434343434343434343434343425342024/6/1610第五章图象编码第六章 图像编码与压缩图像冗余有损压缩的原理3635343434343432343视觉心理冗余视觉心理冗余：一些信息在一般视觉处理中比其它信息的一些信息在一般视觉处理中比其它信息的相对重要程度要小，这种信息就被称为视觉相对重要程度要小，这种信息就被称为视觉心理冗余。心理冗余。2024/6/1611第五章图象编码第六章 图像编码与压缩视觉心理冗余：2023/8/911第五章 图象编码第六章 图象的视觉冗余图象的视觉冗余 （彩色）（彩色）RGB2488822*2*2=242=16,777,216(248,27,4)(251,32,15)(248,27,4)(248,27,4)2024/6/1612第五章图象编码第六章 图像编码与压缩图象的视觉冗余（彩色）R G B2488822*2*2、图像冗余信息分析结论图像冗余信息分析结论 由于一幅图像存在数据冗余和主观视觉冗余，由于一幅图像存在数据冗余和主观视觉冗余，我们的压缩方式就是从这两方面着手来开展我们的压缩方式就是从这两方面着手来开展的。的。1 1）因为有数据冗余，当我们将图像信息的描述）因为有数据冗余，当我们将图像信息的描述方式改变之后，可以压缩掉这些冗余。方式改变之后，可以压缩掉这些冗余。2 2）因为有主观视觉冗余，当我们忽略一些视觉）因为有主观视觉冗余，当我们忽略一些视觉不太明显的微小差异，可以进行所谓的不太明显的微小差异，可以进行所谓的“有有损损”压缩。压缩。2024/6/1613第五章图象编码第六章 图像编码与压缩、图像冗余信息分析结论2023/8/913第五章 图象编一、图象编码的必要性一、图象编码的必要性图象编码与压缩图象编码与压缩图象编码与压缩，本质上来说，就是对图象源数图象编码与压缩，本质上来说，就是对图象源数据按一定的规则进行变换和组合，从而达到以尽据按一定的规则进行变换和组合，从而达到以尽可能少的代码来表示尽可能多的数据信息。压缩可能少的代码来表示尽可能多的数据信息。压缩通过编码来实现，或者说编码带来压缩的效果，通过编码来实现，或者说编码带来压缩的效果，所以，一般把此项处理称之为所以，一般把此项处理称之为压缩编码压缩编码。编码的必要性编码的必要性一幅模拟图象必须经过脉码调制（一幅模拟图象必须经过脉码调制（PCMPulse PCMPulse Code Modulation)Code Modulation)才能变成数字图象。（才能变成数字图象。（PCMPCM有有时也指对信号进行采样、量化并以适当码字将其时也指对信号进行采样、量化并以适当码字将其编码的各个过程的总称）编码的各个过程的总称）2024/6/1614第五章图象编码第六章 图像编码与压缩一、图象编码的必要性图象编码与压缩图象编码与压缩，本质上来说模拟图象模拟图象空间采样空间采样PCMPCM的过程：的过程：中间体中间体幅值量化幅值量化中间体中间体数字图象数字图象编码编码例：例：设一幅活动图象的空间分辨率为N,灰度分辨率为b,时间分辨率为fB,则在实时传输过程中，该图象在传输通道里的传输率至少应该为=Nbf=NbfB B若若N=512 512,b=8,fB=25,则则=52.4Mbps2024/6/1615第五章图象编码第六章 图像编码与压缩模拟图象空间采样PCM的过程：中间体幅值量化中间体数字图象编例：例：地球资源卫星地球资源卫星(LANDSAT)LANDSAT)一帧图象一帧图象(4(4幅幅)的数的数据量为：据量为：2340 2340 7 4=153,316,800 153Mb卫星每天要获取很多幅图象，这些数据都先卫星每天要获取很多幅图象，这些数据都先暂时存储在卫星体内的磁性存储器中，当卫暂时存储在卫星体内的磁性存储器中，当卫星飞过地面接收站的有效接收区域时，迅速星飞过地面接收站的有效接收区域时，迅速将这些数据全部送到地面。将这些数据全部送到地面。2024/6/1616第五章图象编码第六章 图像编码与压缩例：2023/8/916第五章 图象编码第六章 图像编码图象编码的目的图象编码的目的：节省存储空间；减少传输时间；节省存储空间；减少传输时间；利于处理，降低处理成本。利于处理，降低处理成本。图象数据经过编码压缩、传输、解码以及重建图图象数据经过编码压缩、传输、解码以及重建图象数据的流程如下图所示：象数据的流程如下图所示：原始图象数据原始图象数据编码器编码器被压缩的图象数据被压缩的图象数据重建图象数据重建图象数据解码器解码器被压缩的图象数据被压缩的图象数据通道通道2024/6/1617第五章图象编码第六章 图像编码与压缩图象编码的目的：节省存储空间；减少传输时间；利于处理，降低处二、图象编码压缩分类二、图象编码压缩分类a)a)从应用角度分类从应用角度分类静止图象编码，活动图象编码，二值图象编码静止图象编码，活动图象编码，二值图象编码b)b)从信息保持程度角度分类从信息保持程度角度分类有损压缩（保真度编码，特征抽取编码）有损压缩（保真度编码，特征抽取编码）无损压缩（信息保持压缩，熵保持压缩）无损压缩（信息保持压缩，熵保持压缩）c)c)从具体的编码技术角度分类从具体的编码技术角度分类空域法，变换域法空域法，变换域法预测编码，变换编码，统计编码，等预测编码，变换编码，统计编码，等2024/6/1618第五章图象编码第六章 图像编码与压缩二、图象编码压缩分类a)从应用角度分类静止图象编码，活动图象三、图象编码中的保真度准则三、图象编码中的保真度准则图象品质的核心问题是逼真度问题。经过处理的图象图象品质的核心问题是逼真度问题。经过处理的图象（包括经过压缩编码后的图象）与一个标准图象之间的（包括经过压缩编码后的图象）与一个标准图象之间的偏差可以作为图象逼真度（保真度）的度量。这一偏差，偏差可以作为图象逼真度（保真度）的度量。这一偏差，包括亮度，色度，分辨率以及某些心理物理学参数。包括亮度，色度，分辨率以及某些心理物理学参数。（偏差应该在允许的范围之内）（偏差应该在允许的范围之内）a)a)客观保真度准则客观保真度准则设设f(x,y)f(x,y)是输入图象，是输入图象，f(x,y)f(x,y)是输出图象是输出图象,定义偏差定义偏差e(x,y)=f(x,y)-f(x,y),e(x,y)=f(x,y)-f(x,y),则以下的参则以下的参数可作为保真度准则：数可作为保真度准则：2024/6/1619第五章图象编码第六章 图像编码与压缩三、图象编码中的保真度准则图象品质的核心问题是逼真度问题。经b)b)主观保真度准则主观保真度准则1234567很差很差较差较差稍差稍差相同相同稍好稍好较好较好很好很好挑选一定数量的观察者进行评价。2024/6/1620第五章图象编码第六章 图像编码与压缩b)主观保真度准则1234567很差较差稍差相同稍好较好很好四、编码的性能参数四、编码的性能参数图象信息熵图象信息熵H(d)H(d)与平均码长与平均码长R(d)R(d)令：令：是图象象素灰度级集合是图象象素灰度级集合其对应的频率为：其对应的频率为：定义：定义：（单位：比特（单位：比特/象素）象素）令：令：是对应象素灰度级的编码长度是对应象素灰度级的编码长度定义：定义：（单位：比特（单位：比特/象素）象素）问题：如何度量编码方法的优劣？（速度，效率，问题：如何度量编码方法的优劣？（速度，效率，保真度）保真度）2024/6/1621第五章图象编码第六章 图像编码与压缩四、编码的性能参数图象信息熵H(d)与平均码长R(d)令：是称称H(d)H(d)为该图象的平均信息熵，为该图象的平均信息熵，R(d)R(d)为平均编码长度。为平均编码长度。编码效率编码效率冗余度冗余度冗余大致分为三类冗余大致分为三类1 1）编码冗余）编码冗余 符号序列符号序列码字码字（码字长度）（码字长度）2024/6/1622第五章图象编码第六章 图像编码与压缩称H(d)为该图象的平均信息熵，R(d)为平均编码长度。编码2 2）象素间相关性冗余）象素间相关性冗余 帧间象素信息冗余，帧内象素信息冗余。帧间象素信息冗余，帧内象素信息冗余。3 3）视觉冗余）视觉冗余 人眼对所有视觉信息并不是都具有相同的敏人眼对所有视觉信息并不是都具有相同的敏 感度；感度；人眼的空间分辨率，时间分辨率。人眼的空间分辨率，时间分辨率。消除冗余能达到数据压缩的效果。消除冗余能达到数据压缩的效果。2024/6/1623第五章图象编码第六章 图像编码与压缩2）象素间相关性冗余消除冗余能达到数据压缩的效果。2023/第一代压缩编码第一代压缩编码1948-19881948-1988年年4040年研究的以去除冗余为基础的年研究的以去除冗余为基础的编码方法为第一代编码方法，主要是根据传编码方法为第一代编码方法，主要是根据传统的信源编码方法。统的信源编码方法。（PCM,DPCM,PCM,DPCM,经典变经典变换编码，统计编码等）换编码，统计编码等）第二代压缩编码第二代压缩编码 八十年代以后，突破信源编码理论，结合分八十年代以后，突破信源编码理论，结合分形、模型基、神经网络、小波变换等数学工形、模型基、神经网络、小波变换等数学工具，充分利用视觉系统生理心理特性和图像具，充分利用视觉系统生理心理特性和图像信源的各种特性。信源的各种特性。从实用方案角度来分，可分为三大类：预测从实用方案角度来分，可分为三大类：预测编码，统计编码，变换编码。编码，统计编码，变换编码。2024/6/1624第五章图象编码第六章 图像编码与压缩第一代压缩编码1948-1988年40年研究的以去除冗余为像素像素编码编码编码编码变换编码变换编码变换编码变换编码预测编码预测编码预测编码预测编码 位平面编码位平面编码增量调制增量调制熵编码熵编码算术编码算术编码DCTDCT变换变换DPCMDPCM调制调制第一代压缩编码第一代压缩编码其它编码其它编码其它编码其它编码行程编码行程编码2024/6/1625第五章图象编码第六章 图像编码与压缩像素编码变换编码预测编码 位平面编码增量调制熵编码算术编码D子带编码子带编码模型编码模型编码分层编码分层编码分型编码分型编码第二代压缩编码第二代压缩编码2024/6/1626第五章图象编码第六章 图像编码与压缩子带编码模型编码分层编码分型编码第二代压缩编码2023/8/熵与平均码字长度熵与平均码字长度1 1）H(d)R(d)H(d)R(d)时，一定可以设计出某种平均码字长时，一定可以设计出某种平均码字长更短的无失真编码方法。更短的无失真编码方法。2 2）平均码字长小于）平均码字长小于H(d)H(d)的无失真编码方法不存在。的无失真编码方法不存在。熵编码熵编码使编码后的图象的平均码字长度尽可能接近使编码后的图象的平均码字长度尽可能接近图象的熵图象的熵H H。基本思路是：概率大的灰度级用短码字，概基本思路是：概率大的灰度级用短码字，概率小的，用长码字。率小的，用长码字。五、统计编码五、统计编码根据图象像素灰度值出现的概率的分布特性而进行根据图象像素灰度值出现的概率的分布特性而进行的压缩编码叫统计编码。的压缩编码叫统计编码。2024/6/1627第五章图象编码第六章 图像编码与压缩熵与平均码字长度1）H(d)R(d)时，一定可以设计出行程编码行程编码(RLERLE编码编码)基本原理：基本原理：通过改变图像的描述方式，来实现压缩。将通过改变图像的描述方式，来实现压缩。将一行中颜色值相同的相邻像素用一个计数值一行中颜色值相同的相邻像素用一个计数值和该颜色值来代替。和该颜色值来代替。举例说明：举例说明：aaaabbbccdeeeeefffffff(共22*8=176bits)4a3b2c1d5e7f(共12*8=96bits)2024/6/1628第五章图象编码第六章 图像编码与压缩行程编码(RLE编码)基本原理：2023/8/928第五章 Huffman Huffman 编码编码（熵编码）（熵编码）基本原理：基本原理：为了达到更大的压缩率，提出了一种方法，为了达到更大的压缩率，提出了一种方法，就是将在图像中出现频度大的像素值给一个比就是将在图像中出现频度大的像素值给一个比较短的编码，将出现频度小的像数值给一个比较短的编码，将出现频度小的像数值给一个比较长的编码。较长的编码。2024/6/1629第五章图象编码第六章 图像编码与压缩 Huffman 编码（熵编码）基本原理：2023/8/92HuffmanHuffman编码编码原图象输入原图象输入概率统计概率统计构造构造H H树树生成生成H H树树编码压缩编码压缩存储存储传输传输解码复原解码复原基本霍夫曼编码系统框图基本霍夫曼编码系统框图2024/6/1630第五章图象编码第六章 图像编码与压缩Huffman编码原图象输入概率统计构造H树生成H树编码压缩v算法算法1 1）将灰度级按概率大小进行排序（降序），）将灰度级按概率大小进行排序（降序），每个灰度级作为一个叶子结点，形成一棵树；每个灰度级作为一个叶子结点，形成一棵树；2 2）将两个根节点概率最小的树，合并（规则：这）将两个根节点概率最小的树，合并（规则：这 两个结点构造一个双亲结点，双亲结点的概率两个结点构造一个双亲结点，双亲结点的概率 大小是两者之和）；重复大小是两者之和）；重复1)2),1)2),直到只有一个树直到只有一个树 为止；为止；3 3）设所有左后代为）设所有左后代为0 0，右后代为，右后代为1 1v特点特点优点：即时码；最优码优点：即时码；最优码缺点：当需要对大量符号进行编码时，构造最优缺点：当需要对大量符号进行编码时，构造最优 霍夫曼码的计算量会很大。霍夫曼码的计算量会很大。2024/6/1631第五章图象编码第六章 图像编码与压缩算法特点2023/8/931第五章 图象编码第六章 图像x1x2x3x4x5x6x7x80.400.180.100.100.070.060.050.04x8:0.040.09x6:0.06x5:0.070.13x4:0.10 x3:0.100.190.23x2:0.180.370.60 x1:0.401.000000001111111110 x1:1x2:001x3:011x4:0000 x5:0100 x6:0101x7:00010 x8:00011x7:0.0502024/6/1632第五章图象编码第六章 图像编码与压缩x1x2x3x4x5x6x7x80.400.180.100.平均码长：平均码长：信息熵：信息熵：编码效率：编码效率：2024/6/1633第五章图象编码第六章 图像编码与压缩平均码长：信息熵：编码效率：2023/8/933第五章 图Shannon-FanoShannon-Fano编码编码算法算法1 1）将灰度级概率按非递增排序；）将灰度级概率按非递增排序；2 2）按概率之和相近或相等原则将灰度级集一分为二；）按概率之和相近或相等原则将灰度级集一分为二；3 3）将以上分割准则递归地应用到灰度级子集，直至）将以上分割准则递归地应用到灰度级子集，直至 最终子集只有一个灰度级为止；最终子集只有一个灰度级为止；4 4）在分割过程中，分别给所分得的两个子集赋予）在分割过程中，分别给所分得的两个子集赋予0 0 和和1 1。2024/6/1634第五章图象编码第六章 图像编码与压缩Shannon-Fano编码算法2023/8/934第五章 101010101010100.040.050.060.070.100.100.180.40 x8x7x6x5x4x3x2x1例：例：x1:00 x2:01x3:100 x4:101x5:1100 x6:1101x7:1110 x8:11112024/6/1635第五章图象编码第六章 图像编码与压缩10101010100.040.050.060.070.10平均码长：平均码长：信息熵：信息熵：编码效率：编码效率：2024/6/1636第五章图象编码第六章 图像编码与压缩平均码长：信息熵：编码效率：2023/8/936第五章 图六、预测编码六、预测编码*预测编码（预测编码（Predictive Coding)Predictive Coding)，就是根据就是根据“过去过去”的时刻的像素值，运用一种模型，预测的时刻的像素值，运用一种模型，预测当前的像素值，预测编码通常不直接对信号编当前的像素值，预测编码通常不直接对信号编码，而是对预测误差进行编码。当预测比较准码，而是对预测误差进行编码。当预测比较准确，误差较小时，即可达到编码压缩的目的。确，误差较小时，即可达到编码压缩的目的。原理：原理：对图象的一个像素的离散幅度的真实值，对图象的一个像素的离散幅度的真实值，利用其相邻象素的相关性，预测它的下一个象利用其相邻象素的相关性，预测它的下一个象素的可能值，再求两者差，对这种具有预测性素的可能值，再求两者差，对这种具有预测性质的差值，量化，编码，就可以达到压缩的目质的差值，量化，编码，就可以达到压缩的目的。的。2024/6/1637第五章图象编码第六章 图像编码与压缩六、预测编码*预测编码（Predictive Coding)输入图象输入图象预测器预测器 n n量化器量化器编码器编码器 n n解码器解码器传输传输 n n输出图象输出图象预测器预测器预测编码示意图预测编码示意图2024/6/1638第五章图象编码第六章 图像编码与压缩输入图象预测器n量化器编码器n解码器传输n输出图象预测器：预测器：是根据前面几个像素的亮度值是根据前面几个像素的亮度值预测而得预测而得量化器量化器：对：对 n n进行舍入，整量化进行舍入，整量化编码器编码器：可采用成熟的编码技术，如：可采用成熟的编码技术，如HuffmanHuffman编码等编码等解码器解码器：编码器的逆：编码器的逆线性预测器：线性预测器：2024/6/1639第五章图象编码第六章 图像编码与压缩预测器：是根据前面几个像素的亮度值预测而得量化器：对n进行例：例：2468842102435786324331447246884210 f预测器预测器2024/6/1640第五章图象编码第六章 图像编码与压缩例：24 6 8 8 4 2 102 4 3 5 7 8在预测编码中，最常用的是差分脉码调制在预测编码中，最常用的是差分脉码调制（Differential Pulse Code Modulation,DPCM)Differential Pulse Code Modulation,DPCM)，原理图如下所示：原理图如下所示：输入输入预测器预测器 n n量化器量化器编码器编码器 n n解码器解码器传输传输 n n预测器预测器输出输出2024/6/1641第五章图象编码第六章 图像编码与压缩在预测编码中，最常用的是差分脉码调制（Differentia收端解码时的预测过程与发端相同，所用预测收端解码时的预测过程与发端相同，所用预测器也相同，收端输出的信号是发端的近似值，器也相同，收端输出的信号是发端的近似值，两者的误差是两者的误差是注意：注意：1 1）多点预测；）多点预测；x1x1x2x2x3x3x x2024/6/1642第五章图象编码第六章 图像编码与压缩收端解码时的预测过程与发端相同，所用预测器也相同，收端输出的3 3）预测系数随着不同的图象而不同，但对每幅图）预测系数随着不同的图象而不同，但对每幅图象都计算预测系数太麻烦，也不现实，可参考前象都计算预测系数太麻烦，也不现实，可参考前人得到的数据选择使用。在静止图象压缩的国际人得到的数据选择使用。在静止图象压缩的国际标准标准(JPEG)JPEG)中，对这种方法的前置点形式以及预中，对这种方法的前置点形式以及预测系数有一推荐值可供参考。测系数有一推荐值可供参考。2)2)每行的最开始的几个像素无法预测，这些像每行的最开始的几个像素无法预测，这些像素需要用其他方式编码，这是采用预测编码所素需要用其他方式编码，这是采用预测编码所需要的额外操作；需要的额外操作；2024/6/1643第五章图象编码第六章 图像编码与压缩3）预测系数随着不同的图象而不同，但对每幅图象都计算预测系数七、变换编码七、变换编码*原理：图象数据经过正交变换后，其变换系数原理：图象数据经过正交变换后，其变换系数具有一定的相互独立性，（例如，对于具有一定的相互独立性，（例如，对于FTFT来说，来说，频普系数大的变换系数均集中在低频部分，而频普系数大的变换系数均集中在低频部分，而高频部分的幅值均很小，因而可以对低频的变高频部分的幅值均很小，因而可以对低频的变换系数量化、编码和传输，对高频部分不处理，换系数量化、编码和传输，对高频部分不处理，这样可以达到图象压缩的目的。这样可以达到图象压缩的目的。构造子图象构造子图象正交变换正交变换量化量化编码编码解码解码反正交变换反正交变换合并子图象合并子图象变换编码的一般系统框图变换编码的一般系统框图输输入入输输出出2024/6/1644第五章图象编码第六章 图像编码与压缩七、变换编码*原理：图象数据经过正交变换后，其变换系数具有一八、图象编码的国际标准八、图象编码的国际标准图象编码标准：图象编码标准：JBIGJBIG，H.26xH.26x，JPEGJPEG，MPEGMPEG国际标准化组织（国际标准化组织（IDID）和国际电报电话咨询委员和国际电报电话咨询委员会（会（CCITTCCITT）联合成立的专家组联合成立的专家组JPEGJPEG（Joint Joint Photographic Experts GroupPhotographic Experts Group）于于19911991年年3 3月提出月提出了了ISO CDIO918ISO CDIO918号建议草案号建议草案:多灰度静止图像的数多灰度静止图像的数字压缩编码（通常简称为字压缩编码（通常简称为JPEGJPEG标准）。这是一个标准）。这是一个适用于彩色和单色多灰度或连续色调静止数字图适用于彩色和单色多灰度或连续色调静止数字图像的压缩标准。它包括基于像的压缩标准。它包括基于DPCMDPCM（差分脉冲编码差分脉冲编码调制）、调制）、DCTDCT（离散余弦变换）和离散余弦变换）和HuffmanHuffman编码的编码的有损压缩算法两个部分。有损压缩算法两个部分。JPEGJPEG2024/6/1645第五章图象编码第六章 图像编码与压缩八、图象编码的国际标准图象编码标准：国际标准化组织（ID）和JPEGJPEG压缩编码算法压缩编码算法的主要计算步骤如下：的主要计算步骤如下：1.1.正向离散余弦变换正向离散余弦变换(FDCT)FDCT)。2.2.量化量化(quantization)quantization)。3.3.Z Z字形编码字形编码(zigzag scan)zigzag scan)。4.4.使用差分脉冲编码调制使用差分脉冲编码调制(differential differential pulse code modulationpulse code modulation，DPCM)DPCM)对直流对直流系数系数(DC)DC)进行编码。进行编码。5.5.使用行程长度编码使用行程长度编码 (run-length encodingrun-length encoding，RLE)RLE)对交流系数对交流系数(AC)AC)进行编码。进行编码。6.6.熵编码熵编码(entropy coding)entropy coding)。2024/6/1646第五章图象编码第六章 图像编码与压缩JPEG压缩编码算法的主要计算步骤如下：2023/8/9462024/6/1647第五章图象编码第六章 图像编码与压缩2023/8/947第五章 图象编码第六章 图像编码与压2024/6/1648第五章图象编码第六章 图像编码与压缩2023/8/948第五章 图象编码第六章 图像编码与压0156141527282471316262942381217253041439111824314044531019233239455254202233384651556021343747505659613536484957586263量化量化DCTDCT系数的序号系数的序号2024/6/1649第五章图象编码第六章 图像编码与压缩0156141527282471316262942381212024/6/1650第五章图象编码第六章 图像编码与压缩2023/8/950第五章 图象编码第六章 图像编码与压MPEG-3MPEG-3：原本针对于原本针对于HDTV(19201080)HDTV(19201080)，后来被后来被MPEG-2MPEG-2代替。代替。MPEG-4MPEG-4：针对多媒体应用的图像编码标准。针对多媒体应用的图像编码标准。MPEG-7MPEG-7：基于内容表示的标准，应用于多媒体信息的搜索，基于内容表示的标准，应用于多媒体信息的搜索，过滤，组织和处理。过滤，组织和处理。MPEGMPEGMPEG（Moving Pictures Experts GroupMoving Pictures Experts Group）是是 ISO/IEC/JTC/SC2/WG11ISO/IEC/JTC/SC2/WG11的一个小组。它的工作兼顾了的一个小组。它的工作兼顾了JPEGJPEG标准和标准和CCITTCCITT专家组的专家组的H.261H.261标准，于标准，于19901990年形成年形成了一个标准草案。了一个标准草案。MPEGMPEG标准分成两个阶段标准分成两个阶段:第一个阶段（第一个阶段（MPEG-IMPEG-I）是针是针对传输速率为对传输速率为 lMb/slMb/s到到l.5Mb/sl.5Mb/s的普通电视质量的视的普通电视质量的视频信号的压缩；第二个阶段（频信号的压缩；第二个阶段（MPEG-2MPEG-2）目标则是对目标则是对每秒每秒3030帧的帧的720720 x572x572分辨率的视频信号进行压缩；在分辨率的视频信号进行压缩；在扩展模式下，扩展模式下，MPEG-2MPEG-2可以对分辨率达可以对分辨率达14401440Xl152Xl152高清高清晰度电视（晰度电视（HDTVHDTV）的信号进行压缩。的信号进行压缩。2024/6/1651第五章图象编码第六章 图像编码与压缩MPEG-3：原本针对于HDTV(19201080)，后作业：作业：1.试述编码效率和冗余度的概念及如何计算编码效率试述编码效率和冗余度的概念及如何计算编码效率和冗余度。和冗余度。2.2.有如下之信源有如下之信源X X，其中其中:P P1 1=0.20=0.20，P P2 2=0.09=0.09，P P3 3=0.11=0.11，P P4 4=0.13=0.13，P P5 5=0.07=0.07，P P6 6=0.12=0.12，P P7 7=0.08=0.08，P P8 8=0.20=0.20。试将该信源进行试将该信源进行HuffamnHuffamn编码编码,并计算信源的熵、平均码长、编码效率并计算信源的熵、平均码长、编码效率及冗余度。及冗余度。实验：实验：请编写程序，对请编写程序，对BMP格式的图象用格式的图象用Huffman或或Shannon-Fano编码方法实现图象的压缩。编码方法实现图象的压缩。2024/6/1652第五章图象编码第六章 图像编码与压缩作业：实验：请编写程序，对BMP格式的图象用Huf回答问题2024/6/1653第五章图象编码第六章 图像编码与压缩回答问题2023/8/953第五章 图象编码第六章 图像