第4章 图像压缩编码0

数字电视原理第四章图像压缩编码2/28/20241信息工程系第四章图像压缩编码4.1图像压缩编码概述图像压缩编码技术是学习数字电视的重点内容1.为什么要进行图像压缩？（图像压缩的目的）一路彩色电视未经压缩时的数据量为：Y13.5MHz×8bit=108Mb/sU6.75MHz×8bit=54Mb/sV6.75MHz×8bit=54Mb/s合计=216Mb/s此速率已经超过四次群的传输速率，相当于3000多个话路图像信号是有必要也有可能被压缩2/28/20242信息工程系4.1.1图像数据压缩基理1.图像数据压缩基理来自两个方面：图像信号中存在大量冗余度可供压缩，并且这种冗余度在解码后还可无失真地恢复利用人的视觉特性，在不被主观视觉察觉的容限内，通过减少表示信号的精度，以一定的客观失真换取数据压缩。2/28/20243信息工程系4.1.1图像数据压缩机理2.图像信号的冗余度图像信号的冗余度存在于结构和统计两方面。图像信号的结构冗余度图像信号结构上的冗余度表现为很强的空间(帧内的)和时间(帧间的)相关性帧内相邻点的相关性帧间相邻点的相关性2/28/20244信息工程系4.1.1图像数据压缩机理图像信号帧内相关性×8倍2/28/20245信息工程系4.1.1图像数据压缩机理信号统计上的冗余度来源于被编码信号概率密度分布的不均匀预测编码：不直接传送图像信号，而传送图象信号之间的差值。这种差值呈拉普拉斯分布。帧内相邻点的相关性2/28/20246信息工程系4.1.1图像数据压缩机理预测编码时，对出现概率高的预测误差信号(0及小误差)用短码，对概率低的大预测误差用长码，使总的平均码长要比用固定码长编码短很多。2/28/20247信息工程系4.1.1图像数据压缩机理3.利用人眼的视觉特性进行压缩人眼对图像的细节分辨率、运动分辨率和对比度分辨率都有一定的限度2/28/20248信息工程系4.1.2图像编码过程图像编码过程分三步完成:映射：即变换一下描写信号的方式。 目的：去除相关性，降低图像的结构冗余度。量化：在满足对图像质量一定要求的前提下，减小表示信号的精度 目的：利用人眼主观视觉特性压缩图像统计编码 目的：消除图像的统计冗余度。2/28/20249信息工程系4.1.2图像编码过程2/28/202410信息工程系4.1.3图像编码算法的分类1.传统的图像编码技术脉码调制量化法空间和时间子抽样编码预测编码变换编码熵编码

矢量量化子带编码塔型编码

混合编码方案（MPEG-1，MPEG-2）空间和时间子抽样统计编码基于运动估计和补偿的DPCM游程长度编码二维DCT2/28/202411信息工程系4.1.3图像编码算法的分类2.新一代编码压缩算法模型基编码分形编码小波变换编码神经网络编码2/28/202412信息工程系4.1.3图像编码算法的分类3.总结无损压缩方法仅仅删除图像数据中的冗余信息，回放压缩文件时，能够准确无误地恢复原始数据。它可分为两大类:基于统计概率的方法和基于字典方法。有损压缩算法靠丢掉大量冗余信息来降低数字图像所占的空间，回放时也不能完整地恢复原始图像，而将有选择地损失一些细节，损失多少信息由需要多高的压缩率决定。2/28/202413信息工程系4.1.3图像编码算法的分类2/28/202414信息工程系4.2熵编码熵编码的基本原理是给出现概率较大的符号一个短码字，而给出现概率较小的符号一个长码字熵编码的目的：使得最终的平均码长最短常用的熵编码方法：游程编码RLE(run-lengthcoding)Huffman编码算术编码2/28/202415信息工程系4.2.1前缀码 设有一个由K个信源符号(以下简称符号)组成的离散、无记忆符号集:

其中每一符号通过一个二进制码字(代码)表示，但字长不等。各符号出现的概率分别为:

若符号以个码元(位)编码，则在变字长编码时编码每个符号的平均码长为

2/28/202416信息工程系4.2.1前缀码编码要求：编码必须是单译和可逆的编码的平均码长最短

码III是前缀码: 0111100可以唯一地解码为a1a4a2a12/28/202417信息工程系4.2.1前缀码前缀码的定义:

在码表中没有码字与任何一个比它长的码字的前缀(码头)相同，即不存在能在短码字后面续加若干码元构成的长码字，所以前缀码又称非续长码。

前缀码的码树:2/28/202418信息工程系4.2.2离散无记忆信源的信息量离散无记忆信源离散：信源产生信号是不连续的，某一时刻只产生一个符号无记忆：某符号在某时刻出现的概率与在此之前信源的状态无关符号ak的信息量I(ak)：

单位为bit

p(ak)为ak出现的概率2/28/202419信息工程系4.2.2离散无记忆信源的信息量一个离散、无记忆信源产生的一个符号的平均信息量

H(U)被称做信源的熵2/28/202420信息工程系4.2.3无失真信源编码定理无失真信源编码定理： 设单符号、离散、无记忆信源的熵为H(U)，若用二进制码对其作变字长、非续长编码，一定可以找到一种编码方式，其平均码长满足：

H(U)≤≤H(U)+1即：如果符号ak用等于其信息量的码长编码 则可以使平均码长达到其下限--熵

2/28/202421信息工程系4.2.4Hufman码Huffman码是冗余度最小(平均码长最小)的编码a1a2a3a4a5a60.250.250.200.150.100.50.250.250.200.150.150.300.250.250.200.450.300.250.550.4511001001111101110000000111112/28/202422信息工程系4.2.4Hufman码对于图4.2.2中所给的例子，计算平均码长=2.45bit/符号熵H(U)=2.42bit/符号经Huffman编码后，剩余的冗余度

=0.03bit/符号2/28/202423信息工程系4.2.5准可变字长编码双字长编码 将信源符号按出现概率从大到小排列：

a1,a2,a3…aK

再将a1,a2,a3…aK信源符号分为两部分：

a1,a2,a3…ak