数字图像处理预测编码霍夫曼编码学习教案

1、会计学1数字图像处理预测数字图像处理预测(yc)编码霍夫曼编码编码霍夫曼编码第一页，共24页。图像压缩图像压缩预测预测(yc)(yc)编码编码DPCMDPCM编码编码(bin m)(bin m)预测预测(yc)(yc)编码的基本原理编码的基本原理2第1页/共24页第二页，共24页。 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，预测当前的像的时刻的像素值，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，而是对预测误素值，预测编码通常不直接对信号编码，而是对预测误差进行差进行

2、(jnxng)(jnxng)编码。当预测比较准确，误差较小时编码。当预测比较准确，误差较小时，即可达到编码压缩的目的。，即可达到编码压缩的目的。 原理：对图象的一个像素的离散幅度的真实值，利原理：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，预测它的下一个象素的可能值，再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，量化，编码求两者差，对这种具有预测性质的差值，量化，编码(bin (bin m)m)，就可以达到压缩的目的。，就可以达到压缩的目的。预测预测(yc)(yc)编码的基本原理编码的基本原理3第2页/共24页第三页，共24页。预测预

3、测(yc)(yc)编码示编码示意图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预测预测(yc)(yc)编码的基本原理编码的基本原理第3页/共24页第四页，共24页。预测器：),(21knnnnfffFfnf是根据前面(qin mian)几个像素的亮度值knnnfff,21nnnff预测(yc)而得预测(yc)误差量化器：对n进行(jnxng)舍入，整量化编码器：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第4页/共24页第五页，共24页。例

4、例：2468842102435786324331-4-47246884210f预测器5 .0,),(1221knnkkknnnafaffFf6预测预测(yc)(yc)编码的基本原理编码的基本原理第5页/共24页第六页，共24页。 收端解码时的预测过程与发端相同，所用(su yn)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(zh y)(zh y)：1 1）多点预）多点预测测x1x2x3x)3()2() 1()(321xfaxfaxfaxf7预测预测(yc)(yc)编码的基本原理编码的基本原理第6页/共24页第七页，共24页。 3）预测系数随着不同的图

5、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(y su)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(kish)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预测预测(yc)(yc)编码的基本原理编码的基本原理第7页/共24页第八页，共24页。预测预测(yc)编码法是一种设备简单、质量较佳的高效编码法。预测编码法是一种设备简单、质量较佳的高效编码法。预测(yc)编码方法主要有二种：编码方法主要有二种：增量调制编码增量调制编码(Delta modula

6、tion)或或 DM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 Modulation)或或 DPCM 编码法。编码法。9预测编码的基本预测编码的基本(jbn)(jbn)方法方法第8页/共24页第九页，共24页。DPCM编码编码(bin m)(Differential Pulse Code Modulation)，实际上是，实际上是M和和PCM两种技术相结合的两种技术相结合的编码编码(bin m)方法。方法。DPCM DPCM 有损预测有损预测(yc)(yc)编码编码 10第9页/共24页第十页，共24页。 DPCM编码(bin m)

7、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本值预测现样本值，并且把现样本值与其(yq)估计值的差值进行量化和编码。这就是DPCM的基本设计思想。 DPCM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。11DPCM DPCM 有损预测有损预测(yc)(yc)编码编码 第10页/共24页第十一页，共24页。)(tf)(te)(nS)(tf)(nS)(te)(tf)(tfDPCM编、译码原理(yunl)框图编码器编码器预测器预测器解码器解码器预测器预测器12DPCM DPCM 有损预测有损预测(yc)(yc)编码编码 第11页/共24页第十二页，共24页。输入信号

8、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(sh de)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(bin m)过程：13DPCM DPCM 有损预测有损预测(yc)(yc)编编

9、码码 )(tf)(te)(nS)(tf量化器量化器编码器编码器预测器预测器第12页/共24页第十三页，共24页。( )f t译码过程(guchng)：14DPCM DPCM 有损预测有损预测(yc)(yc)编码编码 )(nS)(tf)(tf解码器解码器预测器预测器)(te第13页/共24页第十四页，共24页。 DPCM编码编码(bin m)的量化信噪比的量化信噪比 在DPCM中，由于系统的量化误差(wch)不再在范围内，而是在（ ）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15DPCM DPCM 有损预测有损预测(yc)(

10、yc)编码编码 第14页/共24页第十五页，共24页。 在所有有损预测压缩中都会出现误差。误差的严重(ynzhng)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16DPCM DPCM 有损预测有损预测(yc)(yc)编码编码 第15页/共24页第十六页，共24页。例：例：DPCMDPCM编码中不同编码中不同(b tn)(b tn)预测器预测器效果比较效果比较17DPCM DPCM 有损预测有损预测(yc)(yc)编编码码 第16页/共24页第十七页，共24

11、页。例：例：DPCMDPCM编码中不同量化器效果编码中不同量化器效果(xiogu)(xiogu)比较比较18DPCM DPCM 有损预测有损预测(yc)(yc)编编码码 第17页/共24页第十八页，共24页。19图像压缩图像压缩霍夫曼编码霍夫曼编码(bin m)(bin m) 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(y wn)，提出Huffman编码算法。是可变长编码(bin m)(VLC)的一种。 霍夫曼编码(Hu

12、ffman Coding)第18页/共24页第十九页，共24页。20图像压缩图像压缩霍夫曼编码霍夫曼编码(bin m)(bin m)基本(jbn)思想：完全(wnqun)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第19页/共24页第二十页，共24页。21图像压缩图像压缩霍夫曼编码霍夫曼编码(bin m)(bin m)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(chngxn)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。第20页/共24页第二十一页，共24页。22图像压缩图像压缩霍夫曼编码霍夫曼编码(bin m)(bin m)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率表；(2) 构建霍夫曼树a.从2个概率最小的开始做父节点， b.循环操作a,最终(zu zhn)做到根节点1的位置结束；