7图像编码与压缩

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,第七讲 图像编码与压缩,1,6.1.1 图像数据压缩的必要性与可能性,数据压缩,主要研究数据的表示、传输、变换和编码方法，目的是减少存储数据所需的空间和传输所用的时间。,图像编码与压缩,就是对图像数据按一定的规则进行变换和组合，达到以尽可能少的代码（符号）来表示尽可能多的信息。,6.1,概述,2,1,、图像数据的特点之一是信息量大,。海量数据需要巨大的存储空间。如多媒体中的海量图像数据，不进行编码压缩处理，一张600,M,字节的光盘，能存放20秒左右的640 480像素的图像，没有编码压缩多媒体信息保存有多么困难是可想而知的。,2,、在现代通信中，图像传输已成为重要方式,。采用编码压缩技术，减少传输数据量，是提高通信速度的重要手段。,因此，,没有图像编码与压缩技术的发展，大容量图像信息的存储与传输是难以实现的。,例如多媒体、信息高速公路等新技术在实际中的应用就会碰到很大困难。,必要性：,3,从信息论观点看，描述图像信源的数据由有用数据和冗余数据两部分组成。,冗余数据有：,编码冗余、象素间冗余、心理视觉冗余,。如果能减少或消除其中的一种或多种冗余，就能取得数据压缩的效果。因此图像信息的压缩是可能的。,但到底能压缩多少？,除了和图像本身存在的冗余度大小有关外，很大程度取决于对图像质量的要求。,广播电视 压缩比31,可视电话 压缩比15001,目前高效图像压缩编码技术已能用硬件实现实时处理，在广播电视、工业电视、电视会议、可视电话、传真和互连网、遥感等多方面得到应用。,可能性：,4,6.1.2图像编码压缩的分类,根据解压重建后的图像和原始图像之间是否具有误差，图像编码压缩分为,无损压缩,（亦称无失真、无损、信息保持）编码和,有损压缩,（有失真或有损）编码两大类。,根据编码作用域划分，图像编码为,空间域编码,和,变换域编码,两大类。,图像压缩,无损编码,有损编码,霍夫曼编码,行程编码,算术编码,预测编码,变换编码,其它编码,5,6.2 图像保真度准则,描述解码图像相对原始图像偏离程度的测度一般称为,保真度,。,常用的准则可分为两大类：,客观保真度准则和主观保真度准则,。,6.2.1 客观保真度准则,最常用的客观保真度准则是原图像和解码图像之间的,均方根误差和均方根信噪比,两种。,6.2.2 主观保真度准则,很多解压图最终是供人观看的，,一种常用的方法,是对一组（不少于20人）观察者显示图像，并将他们对该图像的评分取平均，用来评价一幅图像的主观质量。,6,冗余度为,编码效率为,6.2.3 图像冗余度和编码效率,根据,Shannon,无干扰信息保持编码定理，,若对原始图像数据的信息进行信源的无失真图像编码，压缩后平均码率存在一个下限，这个下限是信源信息熵,H,。,理论上最佳信息保持编码的平均码长可以无限接近信源信息熵,H。,但总是大于或等于图像的熵,H。,7,6.3,统计编码方法,6.3.2,霍夫曼编码,Huffman,编码是1952年由,Huffman,提出的一种编码方法。这种编码方法,根据源数据符号发生的概率进行编码,。,思想：在源数据中出现,概率越大的符号，编码以后相应的码长越短；出现概率越小的符号，其码长越长，从而达到用尽可能少的码符表示源数据。,它在无损变长编码方法中是最佳的。,下面通过实例来说明这种编码方法。,设输入编码为 ，其频率分布分别为,P(x,1,)=0.4,，,P(x,2,)=0.3，P(x,3,)=0.1，P(x,4,) =0.1，P(x,5,)=0.06，P(x,6,)=0.04。,求其最佳霍夫曼编码,8,编码方法,：,把输入元素按概率,从大到小排列,起来,然后把概率,最小的,两个元素概率,加起来,;,把它同,其余元素,概率由大到小,排序,然后把,两个最小,概率,加起来,再,重新排队,;,重复,直到最后只,剩下两个概率为止,。,在上述工作完毕之后，从最后两个概率开始逐步向前进行编码。对于概率大的消息赋予0，小的赋予1。,9,元 素,x,i,概率,P,(,x,i,),编 码,w,i,x,1,x,2,x,3,x,4,x,5,x,6,0.4,0.3,0.1,0.1,0.06,1,00,011,0100,01010,元 素,x,i,概率,P,(,x,i,),编 码,w,i,x,1,x,2,x,3,x,4,x,5,x,6,0.4,0.3,0.1,0.1,0.06,0.04,1,00,011,0100,01010,01011,该信源的熵,H=2.14bit,，平均码长,= 2.2bit,，冗余度,r=0.02,，编码效率,=0.98,10,用二叉树方法实现,Huffman,编码方法：,编码方法：,统计,出每个元素出现的,频率,；,从左到右把上述频率按,从大到小,的顺序,排列,；,选出频率最小的两个值，作为二叉树的两个,叶子节点,，将其和作为它们的根节点，两个叶子节点不再参与排序，新的根节点同,其余元素,出现的频率,排序,；,重复,，直到最后得到和为,1,的,根节点；,按照“,大者为,0,、小者为,1,、左大右小,”的原则赋值,从根节点到叶子节点遇到的,0,、,1,序列串起来,，就得到各个元素的编码。,11,12,霍夫曼编码方法的特点：,1,、霍夫曼编码构造出来的编码值不是唯一的，但不影响解码的唯一性；,2,、霍夫曼编码效率与图像灰度分布均匀程度有关，越不均匀、效率越高；,3,、霍夫曼编码必须先计算图像数据的频率特征表，因而缺乏构造性。即不能用某种数学模型建立信源符号与编码之间的对应关系。,作业,1,：,P131,第,3,小题,13,