图像处理和分析教程 章毓晋 第10章资料

1、共二十六页第10章第10章图像编码技术(jsh)和标准在图像编码中也有对应空域(kngy)技术的预测编码方法和对应频域技术的变换编码方法。前者可以无损也可以有损，后者总是有损的 随着图像工程研究的深入和图像技术的广泛应用，特别是图像编码技术的快速发展，人们也制订了多个图像编码国际标准。这些图像编码国际标准综合利用了图像编码技术的最新进展，也与图像存储和传输应用密切相关 共二十六页第10章第10章图像编码技术(jsh)和标准10.1预测编码(bin m)10.2变换编码10.3静止图像压缩国际标准10.4运动图像压缩国际标准 共二十六页第10章10.1 预测(yc)编码基本思想是通过仅对每个像素

2、中提取的新信息编码来消除像素间的冗余这里1个像素的新信息定义为该像素的当前或现实值与对它预测值的差注意这里正是由于像素间有相关性，所以(suy)才使预测成为可能 预测编码可分为无损预测编码和有损预测编码两类共二十六页第10章10.1 预测(yc)编码无损预测编码1个无损预测编码系统主要(zhyo)由1个编码器和1个解码器组成共二十六页第10章10.1 预测(yc)编码无损预测编码当输入图像的像素序列fn (n = 1, 2, )逐个进入(jnr)编码器时，预测器会根据若干个过去的输入数据计算产生对当前输入像素的预测（估计）值 预测误差解压图像的像素序列 共二十六页第10章10.1 预测(yc)

3、编码无损预测(yc)编码线性预测器对当前像素值的预测设扫描沿行进行最简单的1-D线性预测编码是一阶的共二十六页第10章10.1 预测(yc)编码有损预测(yc)编码与无损预测编码系统相对应的有损预测编码系统共二十六页第10章10.1 预测(yc)编码有损预测编码预测器放在1个反馈(fnku)环中，环的输入德尔塔调制（DM）方法预测器量化器表10.1.2，图10.1.3 共二十六页第10章10.1 预测(yc)编码有损预测编码(bin m)最优预测器：4个例子（例10.1.3）共二十六页第10章10.1 预测(yc)编码有损预测编码最优量化函数设计就是要在给定优化准则和输入(shr)概率密度函数

4、p(s)的条件下选择最优的判别和重建电平最小误差条件 共二十六页第10章10.2 变换编码变换编码方法总是非信息保持型的基于DCT的变换编码编码部分由4个操作模块构成：构造子图像、变换、量化和符号编码。解码(jim)部分由与编码部分相反排列的一系列逆操作模块构成 共二十六页第10章10.2 变换编码基于DCT的变换编码最常用的子图像尺寸是8 8和16 16结合考虑压缩效率和计算复杂度，DCT比其他几种变换要优越量化程度和所截除的变换系数的数量(shling)和相对重要性以及用来表示所保留系数的精度有关最大方差准则，称为分区编码最大幅度准则，称为阈值编码 共二十六页第10章10.2 变换编码基于

5、DWT的变换编码离散小波变换利用离散小波变换可将离散序列f(x)展开成一系列近似系数和细节系数对2-D图像的离散小波变换将图像划分成多个子图像的集合(jh)，所以也称小波分解。小波分解是逐层进行的图10.2.42-D图像的二级小波分解示意图 共二十六页第10章10.2 变换编码基于DWT的变换编码基本思路也是通过(tnggu)变换减小各像素间的相关性以获得压缩数据的效果小波变换替代了正交变换系统中没有图像分块的模块 共二十六页第10章10.3 静止图像压缩(y su)国际标准JPEG由ISO和原CCITT两个组织1986年成立的联合图像专家组（joint picture expert grou

6、p）所制定的静止灰度或彩色图像的压缩标准(1)基于DCT的有损编码基本系统(xtng)，可用于绝大多数压缩应用场合(2)基于分层递增模式的扩展/增强编码系统，用于高压缩比、高精确度或渐进重建应用场合(3)基于预测编码中DPCM方法的无损系统，用于无失真应用的场合共二十六页第10章10.3 静止图像压缩(y su)国际标准JPEG2000由ISO和原CCITT两个组织的联合图像专家组于1997年开始征集提案，于2000年问世运用新标准将不仅能提高对图像的压缩质量，尤其是低码率时的压缩质量，而且还将得到许多增加了的功能，包括根据图像质量、视觉感受(gnshu)和分辨率进行渐进压缩传输，对码流的随机

7、存取和处理（可以便捷、快速地访问压缩码流的不同点或不同部分），在解压缩的同时解码器可以缩放、旋转和裁剪图像，开放结构，向下兼容等 共二十六页第10章10.4 运动(yndng)图像压缩国际标准Motion JPEG用JPEG的方法对运动视频/电视信号进行编码，这也称为运动JPEG这样使用的一个(y )限制是由于它对每一帧独立工作，所以它并不能减少各帧之间的冗余JPEG仅进行帧内压缩也可以是个优点，因为这样就提供了一个快速访问视频中任意帧的方法。使用JPEG时，人们只需要等待对一帧的解码时间，即0.04 s 共二十六页第10章10.4 运动(yndng)图像压缩国际标准H.261运动灰度图像压缩

8、标准。它主要为电视会议和可视电话等应用而制定H.261将一个图像序列分成许多组对每组的第一帧图进行帧内编码(bin m)，得到的编码帧称为初始帧I-frame对每组的剩余帧图进行帧间编码，得到的编码帧称为预测帧P-frame对I-帧独立编码，对P-帧则参照上一帧编码 共二十六页第10章10.4 运动(yndng)图像压缩国际标准MPEG-1运动(yndng)图像专家组（MPEG）制定的第1个运动图像压缩标准。它是一种娱乐质量的视频压缩标准，主要用于数字媒体上压缩视频数据的存储和提取标准包括3部分：系统；视频；音频所压缩的码流基本上可达1.5到2 M bit/s分别采用3种不同的方式对3种类型的

9、图像进行编码，I图像，P图像 ，B图像 共二十六页第10章10.4 运动(yndng)图像压缩国际标准MPEG-2运动图像专家组（MPEG）制定的第2个运动图像压缩标准，是用于视频传输的压缩标准MPEG-2包含5个档次（profile），每个档次又分为4个等级（level） MPEG-2既可以处理逐行扫描图像也可以处理隔行扫描图像（既有场的概念也有帧的概念），其对运动的估计(gj)包括场预测、帧预测、双场预测和16 8的运动补偿 共二十六页第10章10.4 运动(yndng)图像压缩国际标准MPEG-4运动图像专家组（MPEG）制定的又一个运动图像压缩标准，适应在窄带宽（一般指 64 Kbps

10、）通信线路上对动态（可低于视频）图像进行传输的要求，主要面向低码率图像压缩它的总目标是对各种音频视频AV，主要包括：静止图像、序列图像，计算机图形、3D模型、动画、语言(yyn)、声音等进行统一有效的编码MPEG-4从技术上讲的一个特点是引入了视觉对象/目标（分层目标区域）的概念共二十六页第10章10.4 运动(yndng)图像压缩国际标准H.264/AVCJVT（joint video team）制定的一个面向未来IP和无线环境下的视频压缩的国际标准它的目标(mbio)是在提高压缩效率的同时，提供网络友好的视频表达方式，既支持“会话式”（如可视电话）也支持“非会话式”（如广播或流媒体）视频应

11、用H.264/AVC以H.26L为基础，其基本的编码框架仍类似H.261的编码框架共二十六页第10章10.4 运动(yndng)图像压缩国际标准H.264/AVCH.264/AVC在编码方面采用的主要技术(1)多帧多模式运动预测(2)整数(zhngsh)变换(3)熵编码(4)自适应环内消块效应滤波器H.264/AVC与MPEG-2编码的视频流相比要节省64%的比特率，与H.263或MPEG-4的简单档次的视频流相比平均可节省40%到50%的比特率 共二十六页第10章教程作者(zuzh)（章毓晋）联系信息 通信地址：北京清华大学电子工程系 邮政编码：100084 办公地址：清华大学东主楼，9区307室 办公电话(dinhu)：(010)62781430 传真号码：(010)62770317 电子邮件：zhang- 个人主页： （下载更新的讲稿和教程修改表）共二十六页内容摘要第10章。前者可以无损也可以有损，后者总是有损的。这些图像编码国际标准(u j bio zhn)综合利用了图像编码技术的最新进展，也与图像存储和传输应用密切相关。解码部分由与编码部分相反排列的一系列逆操作模块构成。利用离散小波变换可将离散序列f(x)展开成一系列近