1、2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,1 / 32,图像处理和分析技术,章毓晋 清华大学电子工程系 100084 北京,2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,2 / 32,第6章 图像编码技术,6.1 数据冗余和压缩6.2 图像保真度6.3 无失真编码定理6.4 哈夫曼编码6.5 算术编码6.6 位平面编码6.7 无损预测编码6.8 有损预测编码6.9 变换编码,2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,3 / 32,6.1 数据冗余和压缩,对给定量的信息，设法减少表达这些信息的数据量称为数据压缩冗余数据指那些代表了无用的信息，或者重复地表示了其它数据已表示信息的数据压缩数
2、据量的重要方法是消除冗余 压缩率,2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,4 / 32,像素相关冗余与像素间相关性直接联系着的数据冗余映射：一种减少像素间冗余的转换编码冗余图像编码：用符号根据一定规则来表达图像平均比特数：,6.1 数据冗余和压缩,2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,5 / 32,编码冗余（续）用较少的比特数表示出现概率较大的灰度级 用较多的比特数表示出现概率较小的灰度级 心理视觉冗余眼睛并不是对所有视觉信息有相同的敏感度 人也不是对所有视觉信息有相同的关心程度与实在的视觉信息联系定量信息的损失,6.1 数据冗余和压缩,2019/6/12,ZYJ-TH-EE-I
3、E,6 / 32,客观保真度准则所损失的信息量可用编码输入图与解码输出图的某个确定函数表示均方根（rms）误差：,6.2 图像保真度,2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,7 / 32,客观保真度准则压缩解压缩图的均方信噪比（signal-to-noise ratio，SNR） ：,6.2 图像保真度,2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,8 / 32,主观保真度准则,6.2 图像保真度,2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,9 / 32,信息和信源自信息用(B, u)可以完全描述信源信源符号集B = b1, b2, , bJ概率矢量u = P(b1) P(b2) P(
4、bJ )T,6.3 无失真编码定理,2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,10 / 32,无失真编码定理确定了对零记忆信源的每个信源符号编码可达到的最小平均码字长度,6.3 无失真编码定理,2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,11 / 32,哈夫曼编码步骤：第1步消减信源符号数量,6.4 哈夫曼编码,2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,12 / 32,哈夫曼编码步骤：第2步对每个信源符号赋值,6.4 哈夫曼编码,2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,13 / 32,哈夫曼编码,6.4 哈夫曼编码,2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,14 / 32,
5、6.5 算术编码,算术编码1种从整个符号序列出发，采用递推形式连续编码的方法不存在源符号和码字间的一一对应关系 1个算术码字要赋给整个信源符号序列，而每个码字本身确定了0和1之间的1个实数区间算术编码过程只需用到加法和移位运算,2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,15 / 32,6.5 算术编码,算术编码步骤,2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,16 / 32,6.5 算术编码,算术编码例6.5.1 二元序列的二进制算术编码解码具有唯一性例6.5.2 哈夫曼编码和算术编码的比较示例哈夫曼编码的效率比算术编码的效率低,2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,17 / 3
6、2,6.5 算术编码,算术解码,2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,18 / 32,6.6 位平面编码,位平面分解将一幅具有m bit灰度级的图像分解成m幅1 bit的二值图像灰度码灰度值的微小变化不会对位平面的复杂度产生较明显的影响,2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,19 / 32,6.6 位平面编码,位平面编码1-D游程编码用一系列描述0或1像素游程（连续的0或1像素段）的长度值来表示位平面中的每1行 当游程较长时，其压缩效率会很高进一步，通过用变长码对游程的长度编码还有可能取得更高的压缩率,2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,20 / 32,6.7 无损预
7、测编码,无损预测编码系统,2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,21 / 32,6.7 无损预测编码,无损预测编码系统预测误差解压图像的像素序列借助预测器可将原来对原始图像序列的编码转换成对预测误差的编码预测误差的动态范围会远小于原始图像序列的动态范围,2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,22 / 32,6.7 无损预测编码,线性预测器1-D线性预测器一阶1-D线性预测器,2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,23 / 32,6.8 有损预测编码,有损预测编码系统,2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,24 / 32,6.8 有损预测编码,DM编码预测器量化器
8、a是预测系数（一般小于等于1），c是1个正的常数 由DM方法得到的码率是1比特/像素,2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,25 / 32,6.8 有损预测编码,DM编码预测器量化器a是预测系数（一般小于等于1），c是1个正的常数 由DM方法得到的码率是1比特/像素,2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,26 / 32,6.8 有损预测编码,最优预测器自适应预测器,2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,27 / 32,6.8 有损预测编码,最优量化函数最小误差条件,2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,28 / 32,6.9 变换编码,基于DCT的变换编码图6.
9、9.1 典型的变换编码系统框图 在DFT和DCT以及WHT和KL变换中，信息集中能力从大到小依次为KLT，DCT，DFT和WHT；但所需计算量从大到小也依次为KLT，DCT，DFT和WHT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,2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,29 / 32,6.9 变换编码,基于DCT的变换编码保留系数根据下列2个准则之一来确定： 最大方差准则，称为分区编码 最大幅度准则，称为阈值编码3种对变换子图像取阈值的方法： (1) 对所有子图像用1个全局阈值(2) 对各个子图像分别用不同的阈值(3) 根据子图像中各系数的位置选取阈值,2019/6/12
10、,ZYJ-TH-EE-IE,30 / 32,6.9 变换编码,基于DWT的变换编码小波变换编解码系统中没有图像分块的模块 小波变换的计算效率很高 本质上具有局部性 小波变换编码中需考虑的几个影响因素： (1) 小波选择(2) 分解层数选择(3) 量化设计,2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,31 / 32,本章要点,6.1节 数据冗余的概念和图像压缩的原理 6.2节 图像保真度的概念和主客观保真度准则 6.3节 信息量和熵的概念以及基本编码定理 无失真编码定理 6.4节 哈夫曼编码的方法步骤和其简化方式 6.5节 算术编解码的原理方法和与哈夫曼编码比较 6.6节 位平面的概念和基于位平面的编码方法 6.7节 预测编码的原理和预测方法 6.8节 有损预测编码的方法和会产生的问题 6.9节 变换编码的原理和方法,2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,32 / 32,作者联系信息,通信地址：北京清华大学电子工程系（100084） 办公地址：清华大学东主楼，9区307室 办公电话：(010)62781430 传真号码：(010)62770317 电子邮件： 个人主页：
