数字图像处理-预测编码、霍夫曼编码【】

1、精选课件1预测编码、霍夫曼编码预测编码、霍夫曼编码2017级研讨交流精选课件2图像压缩图像压缩预测编码预测编码DPCMDPCM编码编码预测编码的基本原理预测编码的基本原理精选课件3 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

2、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精选课件4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nfnfnfnf预测编码的基本原理预测编码的基本原理精选课件5预测器：),(21knnnnfffFfnf是根据前面几个像素的亮

3、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：预测编码的基本原理预测编码的基本原理精选课件6例：例：2468842102435786324331-4-47246884210f预测器5 .0,),(1221knnkkknnnafaffFf预测编码的基本原理预测编码的基本原理精选课件7 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

4、预测x1x2x3x)3()2() 1()(321xfaxfaxfaxf预测编码的基本原理预测编码的基本原理精选课件8 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预测编码的基本原理预测编码的基本原理精选课件9预测编码法是一种预测编码法是一种设备简单、质量较佳设备简单、质量较佳的高效编码法。预的高效编码法。预测编码方法主要有二种：测编码方法主

5、要有二种： 增量调制编码增量调制编码( (Delta modulation)Delta modulation)或或 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。预测编码的基本方法预测编码的基本方法精选课件10DPCM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。DPCMDPC

6、M 有损有损预测编码预测编码 精选课件11 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。DPCMDPCM 有损有损预测编码预测编码 精选课件12)(tf)(te)(nS)(tf

7、)(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DPCMDPCM 有损有损预测编码预测编码 精选课件13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

8、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：DPCMDPCM 有损有损预测编码预测编码 )(tf)(te)(nS)(tf量化器量化器编码器编码器预测器预测器精选课件14 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。译码器译码器收到码字后首先经收到码字后首先经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：DPCMDPCM 有损有损预测编码预测编码 )(nS)(tf)(t

9、f解码器解码器预测器预测器)(te精选课件15 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DPCMDPCM 有损有损预测编码预测编码 精选课件16 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

10、DPCMDPCM 有损有损预测编码预测编码 精选课件17例：例：DPCM编码中不同预测器效果比较DPCMDPCM 有损有损预测编码预测编码 精选课件18例：例：DPCM编码中不同量化器效果比较DPCMDPCM 有损有损预测编码预测编码 精选课件19图像压缩图像压缩霍夫曼编码霍夫曼编码 1952年，年，David A. Huffman在麻省理工攻读博士时发表在麻省理工攻读博士时发表了了一种构建极小多余编码的方法一种构建极小多余编码的方法（A Method for the Construction of Minimum-Redundancy Codes）一文，）一文，提出提出Huffman编码算法

11、。编码算法。是可变长编码是可变长编码(VLC)的一种。的一种。 霍夫曼编码霍夫曼编码(Huffman Coding)精选课件20图像压缩图像压缩霍夫曼编码霍夫曼编码基本思想：基本思想： 完全依据字符出现概率完全依据字符出现概率进行编码进行编码 出现概率出现概率高高的字符使用较的字符使用较短短的编码的编码 出现概率出现概率低低的字符使用较的字符使用较长长的编码的编码 编码后平均码字长最短编码后平均码字长最短精选课件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：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；信源符号按概率分布大小，以递减次序排列； (2) 取两个取两个最

12、小的概率最小的概率，分别赋以，分别赋以“0”,“1”;然后把这两个概率值然后把这两个概率值相加相加，作为新概率值与其他概率，作为新概率值与其他概率重新排序重新排序(3) 按重排概率值，按重排概率值，重复重复(2)，直到概率和达到，直到概率和达到1为止；为止；(4) 由后向前由后向前排列码序，即得霍夫曼编码。排列码序，即得霍夫曼编码。精选课件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：哈夫曼编码具体步骤：(1) 统计像素出现的概率统计像素出现的概率得到由大到小排列的像素概率表；得到由大到小排列的像素概率表；(2) 构建霍夫曼树构建霍夫曼树a.从从2个概率最小的开始做父节点，个概率最小的开始做父节点， b.循环操作循环操作a,最终做到根节点最终做到根节点1的位置结束；的位置结束；(3) 对图像进行编码对图像