图像的编码和压缩.pptx

图像的编码和压缩概述 图像压缩(Image pression)的概念 数据压缩的研究内容包括数据的表示、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。 图像压缩就是在一个能够接受的还原状况的前提下用尽估计少的比特数来表示源信号,即把需要存储或传输的图像数据的比特数减少到最少程度。图像压缩是通过编码实现的。 概述 图像数据压缩的必要性 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600M字节的光盘,只能存放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。 在现代通信中,图像传输已成为重要内容之一。采纳编码压缩技术,减少传输数据量,是提高通信速度的重要手段。可见,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,多媒体、信息高速公路等新技术在实际中的应用会遇到特别大困难。信息量数据量冗余量概述 图像数据压缩的估计性 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。 冗余量是能够压缩的,在实际应用中应尽量保证去除冗余量而可不能减少信息量,即压缩数据在一定条件能够近似恢复。数据冗余(Data Redundancy) 编码冗余(Coding Redundancy)等长编码 平均码长为3变长编码 平均码长为2、7数据冗余 像素间冗余(Interpixel Redundancy) 图像是由按一定规则排列起来的像素组成,图像中相邻像素的灰度往往相同或相近,这就称为像素间冗余或空间冗余。 175K 1.46M数据冗余 心理视觉冗余(Psychovisual Redundancy) 受生理和心理上的影响,人眼对黑白和彩色信息的分辨率是有限的。光学上不一致的图像在视觉上估计是一样。信源编码器信道编码器信源通信线路或存储介质压缩的有效性编码的可靠性信道解码器信源解码器信宿图像压缩系统模型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。常用的保真度准则可分为两大类:客观保真度准则和主观保真度准则。 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。 主观保真度准则 特别多解压图最终是供人观看的,一种常用的方法是让一组(不少于20人)观察者观察图像并给该图像评分,将他们对该图像的评分取平均,作为这幅图像的质量。信息论要素(Elements of Information Theory) 熵(Entropy)平均信息量度,图像中各灰度级比特数的统计平均值。M: 灰度级数Pk:灰度级Wk出现的概率 平均码长(Average Code Length)依照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无失真图像编码,压缩后平均码长存在一个下限,这个下限是图像信息熵H。理论上最佳信息保持编码的平均码长能够无限接近图像信息熵H。但总是大于或等于图像的熵H。信息论要素(Elements of Information Theory) 编码效率Coding Efficiency 冗余度Redundancy熵编码目的:使R尽量减少至H 信源概率编码例题设一离散信源如下: 求信源X的熵、平均码长和编码效率。解: 比特平均码长:比特编码效率: 变长最佳编码定理 对概率大的消息符号赋予短码字,而对概率小的信息符号赋予长码字,则编码的平均码长一定最短。 如:Wm Wn Pm< Pn Pm:概率低Pn:概率高 tm> tn tm:长码tn:短码符合定理的平均码长不符合定理的平均码长 唯一可译编码 所编码字序列能唯一地译出来。单义性、非续长码是唯一可译编码。单义性代码:任意一个有限长的码字序列只能被唯一地分割成一个个码字。非续长代码:集合中的码字不能由其他码字在后面添加码元构成。如: 信源 概率 码I码II码III码IV W1 1/2 0 0 0 0 W2 1/4 0 1 10 01 W3 1/8 1 00 110 011 W4 1/8 10 11 111 0111码I:非单义性、续长码 如:00110 W1W2W3W4 W1W1W3W3W1 W1W1W3W3W2码II:非单义性、续长码 如: 010011 W1W2W