第4章图像压缩编码2分解.ppt

信息工程系 数字电视原理 信息工程系 数字电视原理 第四章 图像压缩编码 第四章 图像压缩编码 4.3 预测编码 预测编码： 预测编码是基于图像数据的空间和时间冗余特性，用相邻的已知像素(或图像块)来预测当前像素(或图像块)的取值，然后再对预测误差进行量化和编码。 预测编码的关键在于预测算法的选取，这与图像信号的概率分布有关。 根据预测算法的不同有不同的预测编码方法，例如： DPCM的前值预测、一维预测、二维预测以及三维预测等 后向预测、双向预测 运动补偿 4.3.1 差分脉冲编码调制(DPCM) 在预测编码时，不直接传送图像样值本身，而是对实际样值与它的一个预测值间的差值进行编码、传送。如果这一差值--预测误差被量化后再编码，这种预测编码方式叫DPCM。 DPCM预测方法（预测公式）： 设XN为被编码图像信号，则对XN的预测值 为： 其中： a1, a2 ,…,an为预测系数 XN-1,XN-2,…,XN-n为参考样值 从预测公式可看出这是一种线性预测 4.3.1 差分脉冲编码调制(DPCM) 预测误差eN eN= XN－ 预测误差eN的值的概率分布呈拉普拉斯分布： 4.3.1 差分脉冲编码调制(DPCM) DPCM系统方框图 4.3.2预测编码的类型 几种常用的线性预测方案 前值预测 一维预测 二维预测 4.3.2预测编码的类型 三维预测 4.3.3 预测器 预测器的设计 预测公式为： 图中的D1,D2,…DN-1 为延迟器 4.3.3 预测器 例子：设计一个线性预测器，其预测公式为： 4.3.4 后向预测和双向预测 根据参考帧与被编码帧的位置，预测编码可分为： 前向预测：参考帧位于被编码帧之前 后向预测：参考帧位于被编码帧之后 双向预测：参考帧位于被编码帧的前后两个方向 4.3.4 后向预测和双向预测 MPEG标准所采用的预测编码 I帧：帧内帧 P帧：前向预测帧 B帧：双向预测帧 4.3.7运动补偿预测 运动物体的帧间位移 4.3.7运动补偿预测 块匹配运动位移估值 如何有哪些信誉好的足球投注网站电视图像中的运动部分是运动补偿预测的关键 块匹配法是最常用的一种方法。多个国际标准都采用这种 方法，包括：H.261,MPEG-1,MPEG-2等 4.3.7运动补偿预测 最佳匹配块 最佳匹配块的判决依据（判据）： 最小均方误差(MSE) 平均绝对帧差（MAD ） 4.3.7运动补偿预测 块匹配法的快速有哪些信誉好的足球投注网站 三步法有哪些信誉好的足球投注网站 4.3.7运动补偿预测 共轭有哪些信誉好的足球投注网站法 4.3.7运动补偿预测 分级有哪些信誉好的足球投注网站法 有哪些信誉好的足球投注网站步骤分为两级： 第一级：粗有哪些信誉好的足球投注网站 先对低分辨率图像进行全有哪些信誉好的足球投注网站 第二级：细有哪些信誉好的足球投注网站 以低分辨率图像有哪些信誉好的足球投注网站的结果作为起点，在高分辨率图像中进行 细有哪些信誉好的足球投注网站 MPEG-2标准中的分级有哪些信誉好的足球投注网站： 4.4 变换编码 变换编码是消除图像信号结构冗余度的一种方法 4.4.1变换的物理意义（目的） 4.4.1变换的物理意义 变换的关键在于去除相关性，即使得变换后的图像数据互相之间都不相关，互相独立 图像数据的协方差矩阵（如何找到合适的变换矩阵？） 协方差矩阵表示图像信号的相关程度 图像样值序列组成的随机向量： 其协方差矩阵定义为 ： E表示求数学期望， 是X的平均值， i,j =0,1,…，N-1 4.4.1变换的物理意义 协方差矩阵中： 主对角线上的元素是各随机变量的方差，它反映了各随机变量的能量大小 主对角线以外的各个元素则是表示两个随机变量和之间相关程度的协方差 若图像内容相关性弱甚至不相关，则在协方差矩阵中除了对角线上值不为零外，其余的值都接近于零或等于零 4.4.1变换的物理意义 从线性代数理论知道，若用协方差矩阵ΣX的特征向量作变换的基向量，即由ΣX的特征向量矩阵作为正交变换的变换矩阵T，就可以得到对角线型的变换域协方差矩阵ΣY 4.4.1变换的物理意义 K-L变换 4.4.1变换的物理意义 自然图像的协方差矩阵 经过大量统计试验发现： 自然图像的协方差矩阵ΣX很近似一种称为Toeplitz型的矩阵 由此想到用这种Toeplitz型矩阵的特征向量做为自然图像的变换矩阵进行变换，可以得到近似于对角线型矩阵的变换系数矩阵 4.4.2 二维离散余弦变换(DCT) 二维N×N 图像块的DCT变换 正变换 DCT 图像样值 其中u,v=0,1,…,N-1。 反变换 IDCT 4.4.2 二维离散余弦变换(DCT) 二维DCT的矩阵表示式 正变换DCT： 正交变换矩阵