第8章数字图像压缩编码.ppt

多媒体通信 北京科技大学 杨 扬 第8章 图像压缩编码 图像数据压缩基础 图像压缩编码算法 静态图像压缩标准 动态图像压缩标准 H.26X标准 1、图像数据压缩基础 色彩的基本概念 彩色空间及其变换 图像数据压缩的可能性 1.1 色彩的基本概念 从人的视觉系统看，色彩可用色调、饱和度和亮度来描述。人眼看到的任一彩色光都是这三个特性的综合效果，这三个特性可以说是色彩的三要素。其中： 色调与光波的波长有直接关系； 亮度和饱和度与光波的幅度有关。 1.1 色彩的基本概念—色调 绘画中要求有固定的色彩感觉，有统一的色调，否则难以表现画面的情调和主题。 例如我们说一幅画具红色调，是指它在色彩上总体偏红。 计算机在图像处理上采用数字化，可以非常精确地表现色彩的变化，色调是相对连续变化的。 用一个圆环来表现色谱的变化，就构成了一个色彩连续变化的色环。 1.1 色彩的基本概念—亮度 亮度可以说是指各种纯正的色彩相互比较所产生的明暗差别。 在纯正光谱中，黄色的明度最高，显得最亮；其次是橙、绿；再其次是红、蓝；紫色明度最低，显得最暗。 1.1 色彩的基本概念—饱和度 饱和度是指颜色色调的表现程度。 饱和度越高，色彩越艳丽、越鲜明突出，越能发挥其色彩的固有特性。但饱和度高的色彩容易让人感到单调刺眼。饱和度低，色感比较柔和协调，可混色太杂则容易让人感觉浑浊，色调显得灰暗。 对于同一色调的彩色光，饱和度越深，颜色越鲜明或说越纯，相反则越淡。 1.1 色彩的基本概念 1.1 色彩的基本概念—图像深度与色彩类型 图像深度是指位图中记录每个像素点所占的位数，它决定了彩色图像中可出现的最多颜色数，或者灰度图像中的最大灰度等级数。 每个像素点的图像深度的分配还与图像所用的色彩空间有关。 以最常用的RGB色彩空间为例，图像深度与色彩的映射关系主要有真彩色、伪彩色和调配色。 1.1 色彩的基本概念—图像深度与色彩类型 真彩色（true-color）是指图像中的每个像素值都分成R、G、B三个基色分量，每个基色分量直接决定其基色的强度，这样产生的色彩称为真彩色。 例如图像深度为24，用R：G：B＝8：8：8来表示色彩，则R、G、B各占用8位来表示各自基色分量的强度，每个基色分量的强度等级为28＝256种。图像可容纳224＝16 M种色彩。这样得到的色彩可以反映原图的真实色彩，故称真彩色。 1.1 色彩的基本概念—图像深度与色彩类型 伪彩色（pseudo-color）图像的每个像素值实际上是一个索引值或代码，该代码值作为色彩查找表CLUT（Color Look-Up Table）中某一项的入口地址，根据该地址可查找出包含实际R、G、B的强度值。 用这种方式产生的色彩本身是真的，不过它不一定反映原图的色彩。在VGA显示系统中，调色板就相当于色彩查找表。从16色标准VGA调色板的定义可以看出这种伪彩色的工作方式。 1.1 色彩的基本概念—图像深度与色彩类型 调配色（direct-color）的获取是通过每个像素点的R、G、B分量分别作为单独的索引值进行变换，经相应的色彩变换表找出各自的基色强度，用变换后的R、G、B强度值产生的色彩。 1.2 图像编码概述 能够对多媒体数据进行压缩编码的前提是因为数据存在大量的冗余，尤其是声音和图像。数据压缩的目的就是尽可能消除这些冗余。 冗余一般分以下几类： 统计冗余 (空间冗余和时间冗余） 信息熵冗余 结构冗余 知识冗余 视觉冗余 1.2图像编码概述—统计冗余 图像数据存在大量的统计特征的重复，这种重复包括静态单帧图像数据在空间上的冗余和音频、视频数据在时间上的冗余。 在动态图像序列中，前后两帧图像之间具有较大的相关性，表现出帧与帧之间的重复，因而存在时间冗余。 1.2图像编码概述—信息熵冗余 信息熵定义为一组数据所表示的信息量，即 式中，E为信息熵，N为数据的种类(或称码元)个数，pi为第i个码元出现的概率。 一组数据的数据量显然等于各记录码元的二进制位数(即编码长度)与该码元出现的概率乘积之和，即 式中，D为数据量，为第i个码元的二进制位数。 一般取b0=b1=…bN-1(如ASCII编码把所有码元都编码为7比特)，这样得到的D必然大于E。这种因码元编码长度的不经济带来的冗余称为信息熵冗余或编码冗余。 1.2图像编码概述—结构冗余 有些图像从大面积上或整体上看存在着重复出现的相同或相近的纹理结构，例如布纹图像和草席图像，被称为结构冗余。 1.2图像编码概述—知识冗余 有许多图像的理解与图像所表现内容的基础知识(先验或背景知识)有相当大的相关性，从这种知识出发可以归纳出图像的某种规律性