数字图像处理10图像编码1PPT.ppt

1 10 图像编码 10.1 图像编码概述 10.2 编码方法 10.3 JPEG编码 10.4 图像编码新技术 2 模拟图像与数字图像：噪声、图像处理及信息交换 信息论中的通信过程： – 信源编码：有效性 压缩、扰乱、加密、力求用最小的数目传输最大的信息 – 信道编码：可靠性 – 尽量在传输过程中不出错或少出错。 图像编码属于信源编码范畴 图：图像传输与存储原理 3 • 1843年莫尔斯最早的电报码的变长压缩。 • 1938年里夫斯⎯脉冲编码调制器（PCM）。 • 1939年达德利通道声码器⎯语音压缩系统。 • 1946年德劳雷恩⎯增量编码调制器（ΔM） • 1948年信息率失真函数。 • 1952年卡特勒⎯差分脉冲编码调制器（DPCM） • 1952年霍夫曼⎯最优变长码的构造。 • 1965年安德鲁斯⎯二维离散傅立叶变换沃尔什-哈达码变换、斜变换、K－L变换、离散余弦变换 • 1984年法国数学家Morlet 小波变换 • 1988年曼德尔勃罗特⎯分形 历史综述 4 图像压缩的必要性 图像数据的特点之一是数据量庞大。给存储和传输带来许多困难 1.彩色视频信息 例1.1： 对于电视画面的分辨率640*480的彩色图像，每秒30帧，则一秒钟的数据量为： 640*480*24*30=221.12M 所以播放时，需要221Mbps的通信回路。 5 例1.2：实时传输 在宽带网上（10M）实时传输的话，需要压缩到原来数据量的0.045。 即0.36bit/pixel。 例1.3：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。 存2小时的信息则需要压缩到原来数据量的0.0004,即：0.003bit/pixel。 221.12M 7 图像压缩的可能性 数据冗余 例1： 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） 结论：只要接收端不会产生误解，就可以减少承载信息的数据量。 8 描述语言 1） “这是一幅2*2的图像，图像的第一个像素是红的，第二个像素是红的，第三个像素是红的，第四个像素是红的”。 2）“这是一幅2*2的图像，整幅图都是红色的”。 由此我们知道，整理图像的描述方法可以达到压缩的目的。 例2： 9 图像冗余无损压缩的原理 RGB RGB RGB RGB RGB RGB RGB RGB RGB RGB RGB RGB RGB RGB RGB RGB 从原来的16*3*8=284bits压缩为：(1+3)*8=32bits 例3： 10 图像冗余有损压缩的原理 36 35 34 34 34 34 34 32 34 34 33 37 30 34 34 34 34 34 34 34 34 35 34 34 31 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 25 34 11 图像压缩的可能性 数量可观的冗余信息及不相关信息，为数据压缩技术提供可能。如果能够消除一种或多种冗余，就可取得数据压缩效果。 空间、时间、视觉、信息熵、结构、知识冗余 图像压缩的可能性 图像中存在很大的冗余度。 用户通常允许图像失真。 12 图像压缩的主要应用 很多领域，都会遇到对大量图像数据进行传输和存储的问题,没有图像压缩技术的发展，大容量图像数据的存储与传输难以实现。 多媒体 电视会议、数字电视，可视电话 遥感图像 医学图像教育商业管理等图文资料 …… 13 图像压缩的主要应用 存储：在存储时压缩原始数据，而在使用时再解压缩，这样能够大大增加存储介质的存储量。 传输：在发送端压缩原始数据，在接收端将压缩数据解码，减少传输时间 在现代通信中，图像传输已成为重要内容之一。采用编码压缩技术，减少传输数据量，是提高通信速度的重要手段。 14 图像压缩的技术指标 1.图像熵与平均码长 图像熵：图像含有的平均信息量。 编码后的平均码长： 要保持信源的全部信息就必须有： 否则解压时，一定会产生图像的失真。 N种灰度 灰度xi出现的概率为p(xi) 15 2.编码效率: 对于无失真编码来说，平均码长越接近图像熵，编码效率就越高。 3.压缩比：压缩前图像的平均码长与压缩后的平均码长之比，即 若Cr1，则Cr值越大，压缩效率越高。 16 4.压缩后图像的质量：均方误差MSE和峰值信噪比