[工学]数字图像处理四.ppt

数字图像处理（四） 计算机学院：陈媛媛 chenyuanyuan@scu.edu.cn 6 图像压缩编码 6.1 概述和分类 6.2 数据压缩基础 6.3 无损压缩编码 6.4 有损压缩编码 6.5 图像压缩标准 图像压缩的必要性 存储 传输 Eg： 768×576 彩色图像 不压缩时所需要的存储容量： 768×576×3≈1.3M Bytes 一张700M的光盘，可以存储约550幅图像； 如果将图像压缩至32K,可以存储2万幅图像。 实时传输： 在10M带宽网上实时传输的话，需要压缩到原来数据量的0.045。 存储： 1张CD可存640M 如果不进行压缩，1张CD则仅可以存放2.89秒的数据。 Eg:传真数据量 由于通信方式和通信对象的改变带来的最大问题是： 传输带宽、速度、存储器容量的限制。 给我们带来的一个难题，也给了我们一个机会： 如何用软件的手段来解决硬件上的物理极限。 图像压缩的可能性 数据冗余 编码冗余 像素间冗余 心理视觉冗余 减少/消除其中的一种/多种冗余，就能取得数据压缩的效果 你的妻子，Helen，将于明天晚上6点零5分在上海的虹桥机场接你。 (23*2+10=56个半角字符) 你的妻子将于明天晚上6点零5分在虹桥机场接你 (20*2+2=42个半角字符） Helen将于明晚6点在虹桥接你 (10*2+6=26个半角字符） 图像压缩编码的分类 分类标准：解压后的图像和原始图像之间是否存在误差 无损压缩：利用数据的统计冗余进行压缩 (冗余度压缩/ 信息保持编码/ 熵编码) 哈夫曼编码 算数编码 行程编码 优点：不引入任何失真 缺点：压缩率受到数据统计冗余度的限制 有损压缩： （信息量压缩方法/ 失真度编码/ 熵压缩编码） 预测编码 频率域方法 其他编码方法 优点：通常能获得较大的压缩比 缺点：原始数据有损失（对理解图像的影响较小） 图像冗余有损压缩的原理 6 图像压缩编码 6.1 概述和分类 6.2 数据压缩基础 6.3 无损压缩编码 6.4 有损压缩编码 6.5 图像压缩标准 数据冗余 压缩率： 数据冗余： 编码冗余 ：与灰度分布的概率特性有关 像素间冗余：空间冗余，几何冗余 心理视觉冗余：与主观感觉有关 编码冗余 编码：需建立码本来表达数据 码本：用来表达一定量的信息或一组事件所需的一系列符号（如字母、数字等） 码字：对每个信息或事件所赋的码符号序列 码字的长度（字长）：每个码字里的符号个数 图像中灰度出现的概率: 不同灰度出现的概率不同 平均比特数 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 自然码：对每个信息赋的码是从2m个m比特的二元码中选出的一个 特点：对出现概率不同的各灰度级都赋予相同数量的比特数 不能使Lavg达到最小，从而产生编码冗余 像素间冗余：直接与像素间相关性联系 心理视觉冗余 主观：因人而异，因应用要求而异 其存在与人观察图像的方式有关，眼睛对某些视觉信息更敏感，人对某些视觉信息更关心 心理视觉冗余与实在的视觉信息有联系 （损失不可逆转） 图像保真度 图像保真度 描述解码图像相对于原始图像的偏离程度 对信息损失的测度 客观保真度准则 用编码输入图与解码输出图的某个确定函数表示损失的信息量，便于计算或测量 主观保真度准则 主观测量图像的质量，因人而异，应用不方便 客观保真度准则 点误差 图误差 均方根误差 均方信噪比 主观保真度准则 观察者对图像综合评价的平均 电视图像质量评价尺度 图像编解码系统模型 两个通过信道级连的结构模块 输出图是输入图的精确复制？ 信息保持型：是，无失真 信息损失型：不是，有一定的失真 信息论基础 信息公理： 事件的信息应该由事件的不确定性的某种程度来度量； 确定性小的事件比确定性大的事件应该含有更大的信息量； 如两个事件集同时存在且相互独立，他们提供的联合信息量等于两个独立事件信息量综合。 信息量 概率为P(E)的随机事件 E 的信息量 I(E )称为E的自信息（随概率增加而减少） 特例：P(E ) = 1（即事件总发生），那么I(E ) = 0 信息的单位：比特（log以2为底） 1个比特：即2个相等可能性的事件之一发生 图像熵 设图像像素灰度级的集合为{d1,d2，…，dN}，其对应的概率分别为P1，P2，…，PN，图像熵定义为： 单位：比特/字符 计算单值（全黑、全白、全灰）图像的熵。 H = -1×log21 = 0 计算半