计算机图形图像及其压缩课件.ppt

图形图像压缩的基础 信息熵冗余 数据携带的信息量少于数据本身； 信息熵定义为一组数据所表示的信息量： 其中，E为信息熵，N为数据种类的个数，pi为第i个数据的出现概率。 一组数据的实际数据量为各个数据的二进制位数与该数据出现的概率之积的和： 其中，D为数据量，bi为第i个数据的二进制位数。 图形图像压缩的基础 信息熵冗余 如果希望不出现冗余，则冗余量d=D-E=0，则： 即bi根据不同数据元素出现概率的不同而变化，可操作性很差。 如英文26个字母在文章中的出现概率，已有研究发现差异很大，如果不希望出现冗余，则每个字母在计算机中表示的二进制长度不同，但现实是统一用ASCII码（7位）。 图形图像压缩的基础 结构冗余 有些图像从大面积上或整体上看存在重复出现的相同或相近的纹理结构，称为结构冗余。 图形图像压缩的基础 知识冗余 有许多图像的理解和图像所表现内容的基础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变化。如人像的理解，鼻子上有眼，嘴上有鼻子。 图形图像压缩的基础 视觉冗余 人类的视觉系统实际上只在一定程度上对图像的变化存在敏感，图像中有很多细节人的视觉系统无法感觉或分辨。 同时人类的视觉系统由于生理或环境等因素会出现偏差或不敏感。 图形图像压缩的基础 种类 原因 主要方法 统计 冗余 空间冗余 像素间相关性 变换编码、预测编码 时间冗余 时间方向上的相关性 帧间预测、运动补偿 信息熵冗余 编码造成的冗余 统计编码 结构冗余 图像本身的构造包含的冗余 轮廓编码、区域分割 知识冗余 收发两端对事物的共同认识导致的冗余 基于知识的编码 视觉冗余 人的视觉特性导致的冗余 非线性量化、比特分配 其它 其他因素形成的冗余 图形图像的压缩算法 三代压缩技术 第一代压缩技术：以去除信源信号的冗余为出发点，产生了预测编码、变换编码和统计编码为主的经典编码方法。 第二代压缩方法：突破了信息论的框架，充分利用了人类的视觉和听觉的感知机理和信源信号的各种特征，由波形编码逐渐向模型编码方向发展。 第三代编码技术：更侧重媒体数据的检索和利用效率，将内容描述等方面也加入到编码体系之中。 图形图像的压缩算法 评价压缩算法的指标： 压缩比：压缩倍数；如1024×768图像，每像素8bit，将其分辨率降为512×384，再使每像素用0.5bit，则其压缩倍数为64倍，压缩比为1:64。 算法的复杂性和运算速度 失真度 压缩算法数据编码的分类： 无损压缩 有损压缩 图像保真度（图像重建质量）： 客观评价：均方根误差、均方根信噪比。 主观评价：电视图像质量评价尺度。 图形图像的压缩算法 评分 评价 说明 1 优秀 图像质量非常好，是人能想象出的最好质量。 2 良好 图像质量高，观看舒服，有干扰但不影响观看。 3 可用 图像质量可接受，有干扰但不太影响观看。 4 刚可看 图像质量差，干扰有些妨碍观看，观察者希望改进。 5 差 图像质量很差，妨碍观看的干扰始终存在，几乎无法观看。 6 不能用 图像质量极差，不能使用。 电视图像质量评价 图形图像的压缩算法 无损压缩：又称无失真压缩，在压缩过程中信息没有任何损失，只是去掉数据中的冗余，解压缩时，这些去除的冗余可以重新插入到数据中，是可逆的； 有损压缩：利用人类视觉和听觉器官对图像或声音中某些频率成分不敏感的特性，允许在压缩过程中损失一定的信息，以换取更大的压缩比，广泛用于图像、语音和视频数据的压缩编码过程。 图形图像的压缩算法 压缩和解压缩的速度 对称压缩：压缩与解压的算法基本相同，是相互可逆的；压缩和解压缩需要实时进行，如电视会议的图像传输，压缩和解压缩速度相同； 非对称压缩：压缩与解压的算法不同，解压缩实时，压缩非实时，如CD－ROM的制作与播放，压缩比解压缩速度慢； 数据的计算量：压缩和解压缩都需要大量的计算，通常解压缩比压缩的计算量小。 图形图像的压缩算法 行程长度编码： 行程长度编码RLE又称为游程编码，是压缩文件最简单的方法之一。 将一系列的重复值用单个值加上一个计数值来取代。如aabbbccccccccdddddd的编码为2a3b8c6d。 0000000000000001111111000000000→15 0 7 1 9 0→15 7 9。 应用：一些图像文件格式如TIFF、PCX使用行程长度编码。 节约了9比特 图形图像的压缩算法 哈夫曼编码： 哈夫曼1952年提出，即在变字长编码中，对于出现概率大的信息符号编以短字长的码，对于概率小的符号编以长字长的码。如果码字长度严格按所对应符号出现概率大小逆序排列，则平均码字长度一定小于其他以任何符号顺序排列方式得到的平均码字长度。 出现频率越高，使用的编码字长越短。 哈夫曼编码通常要经过两遍操作，首先进行统计