图像的信息量和信息冗余编码技术

图像编码图像的信息量和信息冗余编码技术静止图像压缩编码标准（JPEG）MPEG图像数据量计算公式： Q=N*M*b计算信息量图像的信息量码长计算不同编码方案的数据量图像数据方案1方案2灰度级概率编码码长编码码长r0=00.190003112r1=1/70.250013012r2=2/70.210103102r3=3/70.1601130013r4=4/70.08100300014r5=5/70.061013000015r6=6/70.0311030000016r7=10.0211130000006计算平均码长p=[0.190.250.210.160.080.060.030.02];cl1=3*ones(size(p));cl2=[22234566];

clAve1=p*cl1'clAve2=p*cl2'信息冗余编码冗余空间冗余心理视觉冗余编码冗余编码冗余如前表所示。选择不同的编码方案就可以实现数据压缩。存在原因：图像中各灰度级出现的概率不完全相同。利用哈夫曼编码来消除编码冗余。空间冗余产生原因：图像中存在许多灰度级均匀一致的连续区域。图7-1P112行程长度编码和预测编码心理视觉冗余视觉感知时对信息的接受是有选择的。有些信息相对不重要——视觉冗余信息去除这些信息并不会明显地降低对图像质量的感受。心理视觉冗余是复杂过程，有时因人而异。图像编码技术分类有损编码解码后重新构造的图像与原始图像存在不同利用心理冗余和空间冗余容易取得较好的压缩比无损编码重构图像与原图像完全一样对原始信号的准确程度要求高的场合数据压缩技术的评价指标均方根误差均方信噪比主观保真度准则编码技术哈夫曼编码行程长度编码哈夫曼编码算法将图像灰度值按概率大小排列；把最小的概率加起来作为新符号的概率遍历所有概率组成（灰度值）每次合并符号的时候，大概率赋1，小概率赋0确定从树根到原始信源符号的路径组成码字0.3750.1750.1750.1500.12510011010概率1哈夫曼编码的特点两次读取图像计算频率码字转换编码的不唯一性编码效率高只在图像灰度分布不均匀的时候必须通过查表来确定码字转换关系编码实例(16色bmp数据)：第一行：2424243060400922…46…46第二行：64656788888888…90780000：表示该行图像数据已结束0001：表示整个图像结束0002：用来转义后面两个字节，即表示其后的两个字节分别表示下一个像素从当前位置开始的水平与垂直位移00N：表示从当前位置起，图像数据存在连续N个不同的值（存放于N/2个字节中）行程长度编码5个行程编码原理在给定的图像数据中寻找连续重复的数值，然后用两个字符值取代这些连续值“aaabbbbccccddd”=>”3a4b4c3d”处理包含大量重复信息时可以得到很好的压缩效率，但在连续重复数据少时效果差PCX图像文件的RLE压缩算法图像的预测编码着眼于消除空间冗余利用相连像素间的相关性，根据一个或多个像素的灰度值预测它的下个像素的可能数值，再求其预测值与真实值的差值，然后将差值量化，编码，从而消除空间冗余预测编码原理图预测器符号编码器∑输入图像压缩图像预测器符号解码器∑压缩图像重构图像+-++变换编码的基本原理变换编码解码工作流程P7-5P122基本思想：将空域中的图像数据经过某种正交变换（fft，DCT等）转换到另一个变换域进行描述对变换系数进行编码处理，从而达到压缩图像数据的目的实验中的DCT压缩程序与图7-7比较静止图像压缩技术（JPEG）JPEG：JointPhotographicExpertsGroupJPEG标准中的三层次定义：基本系统扩展系统特殊无损系统静止图像压缩技术（JPEG）JPEG标准中的四种操作模式：基本顺序模式：左-〉右，上-〉下扫描DCT累进模式编码：多次扫描模糊-〉清晰无损预测模式：保证精确再现图像分层模式编码：多种分辨率图像编码的要求必须将图像质量控制在可视保真度范围内，同时编码器可以被参数化，允许设置压缩或质量水平压缩标准可以应用于任何一类数字图像压缩标准可以从完全无损到有损范围内可选无损预测编码方法JPEG无损预测编码：差分脉冲编码调制优点：硬件易于实现，重建图像质量好缺点：压缩比小（2：1）具体预测方法：共8种方法，见图7-8差值编码采用哈夫曼编码DCT变换的编码步骤颜色空间转换正向DCT变换量化直流系数的差分编码和交流系数的行程编码熵编码（哈夫曼编码）DCT累进操作模式DCT顺序模式编码：对每一图像子块（8X8）按从左至右，上到下的顺序一次扫描完成编码。DCT累进操作模式：多次扫描粗扫-〉细扫频谱选择法位逼近法MPEG标准简介MPEG标准及其应用MPEG－1：低码率的多媒体编码MPEG－2：移动图像和伴音的通用编码MPEG－4：甚低码率视频音频编码MPEG－7：多媒体内容描述接口MPEG－21：超越压缩MHEG：超越媒体MPEG标准及其应用利用通信技术和计算机技术的信息交流的必然发展方向是多媒体。多媒体五大趋势：多媒体的表示、处理、传送和服务全部数字化。信号容量大导致传输困难，必须进行压缩。按照摩尔定律发展的半导体工业使得可以实时执行软件压缩算法。多媒体的标准化进程逐渐加快。多媒体的应用和服务大量涌现。MPEG标准及其应用多媒体技术中的关键部分是多媒体信息处理技术。多媒体信息处理：各种媒体信息的压缩和处理基本技术：图像处理技术和声音处理技术图像处理技术静态图像和动态图像的产生、获取及变换图像的压缩还原三维动画的生成声音处理技术语音的输入和输出声音的压缩和还原自然语音合成多媒体信息处理的基本任务为了有效地存储和传输这些媒体信息，需要进行信息压缩编码编码一般要求高压缩率、高容错性以及高保真度。MPEG各标准比较MPEG－1：DCT运动估计运动补偿MPEG－2：场/帧DCTMC预测可调节MPEG－4：小波对象和结构QoSMPEG－7：内容管理描述和组织搜索和代理MPEG－21：数字对象的声明、内容的表示、数字对象的认证和描述、内容管理与使用、知识产权管理、网络和终端、事件报告信号特征语义知识发展阶段MPEG的基本思想和方法在空间方向上：图像数据采用JPEG（jointphotographicexpertsgroup）压缩算法来去掉冗余信息。在时间方向上：图像数据压缩采用运动补偿（MotionCompensation）算法来去掉冗余信息。MPEG－1：低码率的多媒体编码制定于1992年，适用于CD－ROM，Video－CD，CD－R等。主要针对1.5mbps以下数据传输率的数字存储媒质运动图像及其伴音编码。可以优化为中等分辨率：NTSC：352X240PAL：352X2881.5mbps，30帧，CD音质，与VHS相当。MPEG－1：低码率的多媒体编码编码速率最高可达4Mbps～5Mbps视频压缩率：26：1120分钟的电影压缩到1.2GMPEG－1的处理对象是标准图像交换格式SIF：StandardInterchangeFormatOr:SourceInputFormatMPEG－1的组成部分标准号：ISO/IEC11172五个部分：系统：规定电视图像数据、声音数据及其他相关数据的同步电视图像：规定电视数据的编码和解码声音：规定声音数据的编码和解码一致性测试：测试比特流和解码器是否满足规定要求软件模拟：用软件执行前三个部分的技术报告。MPEG－1视频数字化视频的存储空间问题：PAL电视：未经压缩的数字信息数据高达30Mbps，650兆光盘仅能存储几十秒钟。保存大量的冗余信息。思