数字图像处理-预测编码

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,预测编码,预测编码,一、预测编码的基本原理,预测编码,是根据某一模型利用以往的样本值对于新样本值进行预测，然后将样本的实际值与其预测值相减得到一个误差值，然后对这一误差值进行编码。,预测编码方法是从相邻像素之间的强的相关性特点出发， 即：当前像素的灰度或颜色信号的数值可用前面已出现的像素的值，进行预测，得到一个预测值，然后将其与实际值求差，对这个差值信号进行编码、传送。,二、线性预测,（,DPCM,）,基本原理,预测编码,线性预测编码,非线性预测编码,预测编码,帧内预测编码,帧间预测编码,像素点的实际灰度值：,像素点的预测灰度值：,预测误差：,为根据,t,N,时刻以前已知的像素亮度取样值,X,1,，,X,2,，,，,X,N-1,对,X,N,所作的预测值；,为,差值信号，也称误差信号；,为,量化器的量化误差， 为量化器输出信号,接收端输出为：,在,接收端,复原的像素值与,发射端,的原输入像素值之间的 误差为：,结论,：,DPCM,系统中的误差来源是发射端的量化器，而与发射端无关；如果去掉量化器，就可以完全无失真地恢复输入信号，从而实现信息保持编码。,三、最佳线性预测,设有一幅静止黑白图像，经过逐帧逐行扫描而获得的图像信号是一个均值为,0,、方差为,2,的平稳随机过程，,X,（,t,）在,t,1,t,2,t,n-1,时刻抽样值分别为,X,1,，,X,2,，,，,X,N-1,;,t,N,时,抽样值的线性预测值为：,定义,X,N,的均方误差为：,.,.,即,:,令,X,i,和,X,j,的协方差,R,ij,为:,.,.,上式可以写成为,：,预测方式简介：,前,一行,现在行,X,6,X,2,X,3,X,4,X,7,X,5,X,1,X,前值预测,：利用同一扫描行中前面最邻近像素值来预测。,一维预测,：利用同一扫描行中前面若干个像素值来预测。,二维预测,：利用同一扫描行和前几扫描行中若干个像素值来预测。,三维预测,：利用同一扫描行和前几扫描行以及前几帧中的若干个像素值来预测。,四、自适应预测编码（,ADPCM,）,Adaptive Differential Pulse Code Modulation,预测器的预测系数和量化器的量化参数，能够根据图像的局部区域分布特点而自动调整。,1,、自适应预测,增加一个可变参数,m,得：,设,量化器最大输出为,e,max,最小输出为,e,min,，,对于一个误差的量化输出为,e,当：,m,不变,m,自动增大,m,自动减小,2,、自适应量化,根据图像局部区域的特点，自适应地修改和调整量化器的参数。,五、帧间预测编码,帧间编码技术处理的对象是序列图像,（,Sequence Image,）,则预测误差为：,狭义帧间预测：设,复合差值预测：,则预测误差为：,1,、条件补充法,如果帧间各对应像素的亮度差超过阈值，则把这些像素存在缓冲存储器中，并以恒定的传输速度传送；而阈值以下的像素则不传送，在接收端用上一帧相应像素值来代替。,条件补充法和内插法相结合应用，称为,条件次取样,。,2,、运动补偿技术,（,motion compensation,）,运动补偿技术的实质是跟踪画面内的运动情况并对其加以补偿之后再进行帧间预测。,运动向量的估值方法（块匹配算法）：,：当前帧图像亮度信号；,：前一次传送的图像信号；,当前帧中的一个,M,N,子块是从第,k-N,s,帧平行移动而来，并设,M,N,子块内所有像素都具有一个位移值,(i,j),；,同时运动物体在帧差时间内水平和垂直最大位移均为,L,。,假设：,计算两帧中子块的相关函数：,当,相关函数,NCCF(i,j),达到最小值时，它的,i,和,j,值就认定为子块的水平和垂直位移值,。,为了减小计算工作量，常用下式代替：,或,MSE,是均方误差，,MAD,是帧间绝对值，取,MSE,或,MAD,最小时的,i,j,值就是水平和垂直的偏移量。,在搜索范围内寻找某一块使其与被匹配的块的差平方或绝对值达到最小，就认为子块已经匹配，得到水平和垂直位移,（,i,j,）,。,