第4章图像压缩编码1.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 4.1图像压缩编码概述 图像压缩编码技术是学习数字电视的重点内容 为什么要进行图像压缩？（图像压缩的目的） 一路彩色电视未经压缩时的数据量为： Y 13.5MHz×8bit=108Mb/s U 6.75MHz×8bit=54Mb/s V 6.75MHz×8bit=54Mb/s 合计=216Mb/s 此速率已经超过四次群的传输速率，相当于3000多个话路 图像信号是有必要也有可能被压缩 4.1.1 图像数据压缩机理 1.图像数据压缩机理来自两个方面： 图像信号中存在大量冗余度可供压缩，并且这种冗余度在解码后还可无失真地恢复 利用人的视觉特性，在不被主观视觉察觉的容限内，通过减少表示信号的精度，以一定的客观失真换取数据压缩。 4.1.1 图像数据压缩机理 2.图像信号的冗余度 图像信号的冗余度存在于结构和统计两方面。 图像信号的结构冗余度 图像信号结构上的冗余度表现为很强的空间(帧内的)和时间(帧间的)相关性 4.1.1 图像数据压缩机理 图像信号帧内相关性 4.1.1 图像数据压缩机理 信号统计上的冗余度来源于被编码信号概率密度分布的不均匀 预测编码：不直接传送图像信号，而传送图象信号之间的差值。这种差值呈拉普拉斯分布。 4.1.1 图像数据压缩机理 预测编码时，对出现概率高的预测误差信号(0及小误差) 用短码，对概率低的大预测误差用长码，使总的平均码长要比用固定码长编码短很多。 4.1.1 图像数据压缩机理 3.利用人眼的视觉特性进行压缩 人眼对图像的细节分辨率、运动分辨率和对比度分辨率都有一定的限度 4.1.1 图像数据压缩机理 图像信号在空间、时间以及在幅度方面进行数字化的精细程度只要达到了这个限度即可，超过是无意义的 编码时只编码、传输人眼分辨力内的图像内容 4.1.2 图像编码过程 图像编码过程分三步完成: 映射：即变换一下描写信号的方式。 目的：去除相关性，降低图像的结构冗余度。 量化：在满足对图像质量一定要求的前提下，减小表示信号的精度 目的：利用人眼主观视觉特性压缩图像 统计编码 目的：消除图像的统计冗余度。 4.1.2 图像编码过程 4.1.3 图像编码算法的分类 1.传统的图像编码技术 脉码调制 量化法 空间和时间子抽样编码 预测编码 变换编码 熵编码 矢量量化 子带编码 塔型编码 4.1.3 图像编码算法的分类 4.1.3 图像编码算法的分类 2.新一代编码压缩算法 模型基编码 分形编码 小波变换编码 神经网络编码 4.1.3 图像编码算法的分类 3.总结 无损压缩方法仅仅删除图像数据中的冗余信息，回放压缩文件时，能够准确无误地恢复原始数据。它可分为两大类:基于统计概率的方法和基于字典方法。 有损压缩算法靠丢掉大量冗余信息来降低数字图像所占的空间，回放时也不能完整地恢复原始图像，而将有选择地损失一些细节，损失多少信息由需要多高的压缩率决定。 4.1.3 图像编码算法的分类 4.2 熵编码 熵编码的基本原理是给出现概率较大的符号一个短码字，而给出现概率较小的符号一个长码字 熵编码的目的：使得最终的平均码长最短 常用的熵编码方法： 游程编码RLE(run-length coding) Huffman编码 算术编码三种 4.2.1 前缀码 设有一个由K个信源符号(以下简称符号)组成的离散、无记忆符号集: 其中每一符号通过一个二进制码字(代码)表示，但字长不等。各符号出现的概率分别为: 若符号 以个 码元(位)编码，则在变字长编码时编码每个符号的平均码长为 4.2.1 前缀码 编码要求： 编码必须是单译和可逆的 编码的平均码长最短 码III是前缀码: 0111100可以唯一地解码为a1a4a2a1 4.2.1 前缀码 前缀码的定义: 在码表中没有码字与任何一个比它长的码字的前缀(码头)相同，即不存在能在短码字后面续加若干码元构成的长码字，所以前缀码又称非续长码。 前缀码的码树: 4.2.2离散无记忆信源的信息量 离散无记忆信源 离散：信源产生信号是不连续的，某一时刻只产生一个符号 无记忆：某符号在某时刻出现的概率与在此之前信源的状态无关 符号ak的信息量I(ak)： 单位为bit p(ak)为ak出现的概率 4.2.2离散无记忆信源的信息量 一个离散、无记忆信源产生的一个符号的平均信息量 H(U)被称做信源的熵 4.2.3无失真信源编码定理 无失真信源编码定理： 设单符