数字图像处理-预测编码、霍夫曼编码【PPT】

1、12017级研讨交流图像压缩图像压缩预测编码预测编码DPCMDPCM编码编码预测编码预测编码的的基本原理基本原理2 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，预测当前的的时刻的像素值，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码，而是对预测像素值，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误差进行编码。当预测比较准确，误差较小时，即可达当预测比较准确，误差较小时，即可达到编码压缩的目的。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对图象的一

2、个像素的离散幅度的真实值，利用其相邻象素的相关性，预测它的下一个象素值，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，对这种具有预测性质的差值，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的。量化，编码，就可以达到压缩的目的。预测编码的基本原理预测编码的基本原理3预测编码示意图预测编码示意图输入图象预测器n量化器编码器n解码器传输n输出图象预测器nfnfnfnf4预测编码的基本原理预测编码的基本原理预测器：),(21knnnnfffFfnf是根据前面几个像素的亮度值knnnfff,21nnnff预测而得预测误差量化器：对n进行舍入，整量化编码

3、器：可采用成熟的编码技术，如Huffman编码等解码器：编码器的逆1,),(121knlkkkknnnnafafffFf线性预测器：5预测编码的基本原理预测编码的基本原理例：例：2468842102435786324331-4-47246884210f预测器5 .0,),(1221knnkkknnnafaffFf6预测编码的基本原理预测编码的基本原理 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，两者的误差是 nnnnnnnffff注意注意：1 1）多点预测）多点预测x1x2x3x)3()2() 1()(321xfaxfaxfaxf7预测编码的基本原理预测编码

4、的基本原理 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标准(JPEG)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。 2) 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需要的额外操作8预测编码的基本原理预测编码的基本原理预测编码法是一种预测编码法是一种设备设备简单简单、质量质量较佳较佳的高效编码法。预的高效编码法。预测编码方法主要有测编码方法主要有二种：二种： 增量调制编码增量调制编码( (Delta Delta modulation)modulation)或或

5、DMDM编码法；编码法； 差分脉冲编码调制编码差分脉冲编码调制编码( (Differential Pulse Code Differential Pulse Code Modulation)Modulation)或或 DPCMDPCM 编码法。编码法。9预测编码的基本方法预测编码的基本方法DPCM编码编码(Differential Pulse Code Modulation)，实，实际上是际上是M和和PCM两种技术相结合的编码方法。两种技术相结合的编码方法。DPCMDPCM 有损有损预测编码预测编码 10 DPCM编码的基本原理编码的基本原理 在卡特勒的专利中提出利用积分器根据一行上前样在卡特

6、勒的专利中提出利用积分器根据一行上前样本值预测现样本值，并且把现样本值与其估计值的差值本值预测现样本值，并且把现样本值与其估计值的差值进行量化和编码。这就是进行量化和编码。这就是DPCMDPCM的基本设计思想。的基本设计思想。 DPCMDPCM编码器原理框图由取样器、比较器、量化器、编码器原理框图由取样器、比较器、量化器、预测器、编码器五个部分组成。预测器、编码器五个部分组成。11DPCMDPCM 有损有损预测编码预测编码 )(tf)(te)(nS)(tf)(nS)(te)(tf)(tfDPCM编、译码原理框图量化器量化器编码器编码器预测器预测器解码器解码器预测器预测器12DPCMDPCM 有

7、损有损预测编码预测编码 输入信号输入信号f(t)经采样后将样值送入经采样后将样值送入 比较器，使得比较器，使得f(t)与预测值相减得出误差信号，即与预测值相减得出误差信号，即 。然后，将然后，将e(t)送入量化器量化。送入量化器量化。量化后的样值再送入量化后的样值再送入PCM编码器中编码，以便传输。编码器中编码，以便传输。另外一路是将另外一路是将e(t)送入相加器，在这里送入相加器，在这里e(t)与与 相加后再送入预测器，相加后再送入预测器，以便预测下一个样值。以便预测下一个样值。e tf tf t( )( )( )( )f t编码过程：13DPCMDPCM 有损有损预测编码预测编码 )(tf

8、)(te)(nS)(tf量化器量化器编码器编码器预测器预测器 译码器的原理框图如图译码器的原理框图如图(b)所示。所示。译码器收到码字后首先经译码器收到码字后首先经PCM译码，译码，得到得到 e(t) 后再送入相加器与预测值后再送入相加器与预测值 相加得到相加得到 f(t)。另外，另外，f(t)又送到预测器以便预测下一个样值。又送到预测器以便预测下一个样值。( )f t译码过程：14DPCMDPCM 有损有损预测编码预测编码 )(nS)(tf)(tf解码器解码器预测器预测器)(te DPCM编码的量化信噪比编码的量化信噪比 在在DPCM中，由于系统的量化误差不再在中，由于系统的量化误差不再在范

9、围内，而是在范围内，而是在（ ）范围内，其中）范围内，其中 。22, 21M mcsqfffMNNS23228) 1(3而而DPCM的量化信噪比为的量化信噪比为15DPCMDPCM 有损有损预测编码预测编码 在所有有损预测压缩中都会出现误差。误差的严重程度取决于使用的量化方法和预测方法之间的相互作用 尽管存在这种相互作用定义预测函数时仍然假定没有量化误差定义量化函数时仅是尽可能地降低它自身的误差即量化函数和预测函数是分别定义的16DPCMDPCM 有损有损预测编码预测编码 例：例：DPCM编码中不同预测器效果比较17DPCMDPCM 有损有损预测编码预测编码 例：例：DPCM编码中不同量化器效

10、果比较18DPCMDPCM 有损有损预测编码预测编码 19图像压缩图像压缩霍夫曼编码霍夫曼编码 1952年，David A. Huffman在麻省理工攻读博士时发表了一种构建极小多余编码的方法（A Method for the Construction of Minimum-Redundancy Codes）一文，提出Huffman编码算法。是可变长编码(VLC)的一种。 霍夫曼编码(Huffman Coding)20图像压缩图像压缩霍夫曼编码霍夫曼编码基本思想： 完全依据字符出现概率进行编码 出现概率高的字符使用较短的编码 出现概率低的字符使用较长的编码 编码后平均码字长最短21图像压缩图像压缩霍夫曼编码霍夫曼编码哈夫曼编码算法：(1) 信源符号按概率分布大小，以递减次序排列； (2) 取两个最小的概率，分别赋以“0”,“1”;然后把这两个概率值相加，作为新概率值与其他概率重新排序(3) 按重排概率值，重复(2)，直到概率和达到1为止；(4) 由后向前排列码序，即得霍夫曼编码。22图像压缩图像压缩霍夫曼编码霍夫曼编码哈夫曼编码具体步骤：(1) 统计像素出现的概率得到由大到小排列的像素概