计算机图像处理_第六章祥解.ppt

* * * * * * * * 计算机图像处理 郭永芳 第六章 图像编码与压缩 6.1 概述 6.1.1 图像数据压缩的必要性与可能性 数据压缩主要研究数据的表示、传输、变换和编码方法，目的是减少存储数据所需的空间和传输所用的时间。 图像编码与压缩就是对图像数据按一定的规则进行变换和组合，达到以尽可能少的代码（符号）来表示尽可能多的信息。 图像数据的特点之一是信息量大。海量数据需要巨大的存储空间。如多媒体中的海量图像数据，不进行编码压缩处理，一张600M字节的光盘，只能存放20秒左右的640×480像素的图像，可见没有编码压缩，多媒体信息的保存有多么困难。 在现代通信中，图像传输已成为重要内容。采用编码压缩技术，减少传输数据量，是提高通信速度、实现实时性的重要手段。 可以说，没有图像编码与压缩技术的发展，大容量图像信息的存储与传输是难以实现的，多媒体、信息高速公路等新技术在实际中的应用会碰到很大困难。 从信息论观点看，描述图像信源的数据由有用数据和冗余数据两部分组成。 冗余数据主要表现为： 编码冗余（信息熵冗余） 象素间冗余（空间冗余、时间冗余、结构冗余） 心理视觉冗余 如果能减少或消除其中的1种或多种冗余，就能取得数据压缩的效果。因此图像信息的压缩是可能的。 但到底能压缩多少，除了和图像本身存在的冗余度大小有关外，很大程度取决于对图像质量的要求。 广播电视 压缩比3∶1 可视电话 压缩比1500∶1 目前高效图像压缩编码技术已能用硬件实现实时处理，在广播电视、工业电视、电视会议、可视电话、传真和互连网、遥感等多方面得到应用。 6.1.2 图像编码压缩的分类 根据解压重建后的图像和原始图像之间是否具有误差，图像编码压缩分为无误差（亦称无失真、无损、信息保持）编码和有误差（有失真或有损）编码两大类。 根据编码作用域划分，图像编码为空间域编码和变换域编码两大类。 图像压缩 无损编码 有损编码 霍夫曼编码 行程编码 算术编码 预测编码 变换编码 其它编码 6.2 图像保真度准则 描述解码图像相对原始图像偏离程度的测度称为保真度。可分以下两类： 6.2.1 客观保真度准则 最常用的客观保真度准则是原图像和解码图像之间的均方根误差和均方根信噪比两种。 6.2.2 主观保真度准则 很多解压图最终是供人观看的，一种常用的方法是对一组（不少于20人）观察者显示图像，并将他们对该图像的评分取平均，用来评价一幅图像的主观质量。 原图 100:1 400:1 600:1 图像的熵为 图像的平均码长为 冗余度为 编码效率为 6.3 统计编码方法 6.3.1 图像冗余度和编码效率 根据Shannon无干扰信息保持编码定理，若对原始图像数据的信息进行信源的无失真图像编码，压缩后平均码率存在一个下限，这个下限是信源信息熵H。理论上最佳信息保持编码的平均码长可以无限接近信源信息熵H。但总是大于或等于图像的信息量H（熵）。 6.3.2 霍夫曼编码 Huffman编码是1952年由Huffman提出的一种编码方法。这种编码方法根据源数据符号发生的概率进行编码。 在源数据中出现概率越大的符号，编码以后相应的码长越短；出现概率越小的符号，其码长越长，从而达到用尽可能少的码符表示源数据。它在无损变长编码方法中是最佳的。下面通过实例来说明此方法。 设输入数据为 ，其频率分布分别为P(x1)=0.4，P(x2)=0.3，P(x3)=0.1，P(x4) =0.1，P(x5)=0.06，P(x6)=0.04。求其最佳霍夫曼编码 编码方法是： ① 把输入元素按概率从小到大排列起来，然后把概率最小的两个元素概率加起来; ② 把它同其余元素概率由小到大排序，然后把两个最小概率加起来，再重新排队; ③ 重复②，直到最后只剩下一个和为1的概率为止。 ④ 在上述工作完毕之后，从最后两个概率开始逐步向前进行编码。对于概率大的消息赋予0，小的赋予1。 一般用二叉树方法实现Huffman编码较为便利。 问题：计算该信源的熵、编码后的平均码长，编码效率及冗余度，并思考对于同一图像采用Huffman编码，编码是否唯一？ 元 素xi 概率P(xi) 编 码wi x1 x2 x3 x4 x5 x6 0.4 0.3 0.1 0.1 0.06 1 00 011 0100 01010 元 素xi 概率P(xi) 编 码wi x1 x2 x3 x4 x5 x6 0.4 0.3 0.1 0.1 0.06 0.04 1 00 011 010