图像的编码和压缩分析优秀PPT.ppt

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1、 第第7章章 图像的编码和压缩图像的编码和压缩 Image Coding and Compressionn 图像压缩图像压缩(Image Compression)(Image Compression)的概念的概念n 数据压缩的探讨内容包括数据的表数据压缩的探讨内容包括数据的表示、传输、变换和编码方法，目的是削减示、传输、变换和编码方法，目的是削减存储数据所需的空间和传输所用的时间。存储数据所需的空间和传输所用的时间。n 图像压缩就是在一个可以接受的还图像压缩就是在一个可以接受的还原状况的前提下用完可能少的比特数来表原状况的前提下用完可能少的比特数来表示源信号，即把须要存储或传输的图像数示源信号

2、，即把须要存储或传输的图像数据的比特数削减到最少程度。图像压缩是据的比特数削减到最少程度。图像压缩是通过编码实现的。通过编码实现的。概述概述n 图像数据压缩的必要性图像数据压缩的必要性n 图像数据的特点之一是信息量大。海图像数据的特点之一是信息量大。海量数据须要巨大的存储空间。如多媒体中量数据须要巨大的存储空间。如多媒体中的海量图像数据，不进行编码压缩处理，的海量图像数据，不进行编码压缩处理，一张一张600M600M字节的光盘，只能存放字节的光盘，只能存放2020秒左右秒左右的的640 480640 480像素的视频。没有编码压缩，像素的视频。没有编码压缩，多媒体信息保存有多么困难是可想而知的

3、。多媒体信息保存有多么困难是可想而知的。n 在现代通信中，图像传输已成为在现代通信中，图像传输已成为重要内容之一。接受编码压缩技术，削减重要内容之一。接受编码压缩技术，削减传输数据量，是提高通信速度的重要手段。传输数据量，是提高通信速度的重要手段。可见，没有图像编码与压缩技术的发展，可见，没有图像编码与压缩技术的发展，大容量图像信息的存储与传输是难以实现大容量图像信息的存储与传输是难以实现的，多媒体、信息高速马路等新技术在实的，多媒体、信息高速马路等新技术在实际中的应用会遇到很大困难。际中的应用会遇到很大困难。概述概述n 图像数据压缩的可能性图像数据压缩的可能性概述概述 从信息论观点看，描述图

4、像信源的数据由有从信息论观点看，描述图像信源的数据由有用数据和冗余数据两部分组成。用数据和冗余数据两部分组成。信息量信息量数据量数据量冗余量冗余量 冗余量是可以压缩的，在实际应用中应尽量保证去除冗余量是可以压缩的，在实际应用中应尽量保证去除冗余量而不会削减信息量，即压缩数据在确定条件可以近冗余量而不会削减信息量，即压缩数据在确定条件可以近似复原。似复原。数据冗余数据冗余(Data Redundancy)n 编码冗余编码冗余(Coding Redundancy)等长编码等长编码 平均码长为平均码长为3 3变长编码变长编码 平均码长为平均码长为2.72.7数据冗余数据冗余n 像素间冗余像素间冗余(

5、Interpixel Redundancy)图像是由按确定规则排列起来的像素组成，图像中相图像是由按确定规则排列起来的像素组成，图像中相邻像素的灰度往往相同或相近，这就称为像素间冗余或空邻像素的灰度往往相同或相近，这就称为像素间冗余或空间冗余。间冗余。数据冗余数据冗余n 心理视觉冗余心理视觉冗余(Psychovisual Redundancy)175K 1.46M 受生理和心理上的影响，人眼对黑白和彩色信息的受生理和心理上的影响，人眼对黑白和彩色信息的辨别率是有限的。光学上不一样的图像在视觉上可能是辨别率是有限的。光学上不一样的图像在视觉上可能是一样。一样。图像压缩系统模型图像压缩系统模型信源

6、信源 信源信源编码器编码器信道信道编码器编码器通信线路通信线路或或存储介质存储介质信源信源解码器解码器信道信道解码器解码器信宿信宿 压缩的有效性压缩的有效性编码的可靠性编码的可靠性图像包含大量的数据，但这些数据是高度相关的图像包含大量的数据，但这些数据是高度相关的静止图像静止图像往往含有大量的空间冗余信往往含有大量的空间冗余信息；息；动态图像动态图像不但含有大量的空间冗不但含有大量的空间冗余信息还含有大量的时间冗余信息。余信息还含有大量的时间冗余信息。目的目的消除各种冗余并在给定畸变下使消除各种冗余并在给定畸变下使用尽量少的比特率表示和重建图用尽量少的比特率表示和重建图像，以便更好地传输和存储

7、图像像，以便更好地传输和存储图像二值图像传真、静态图像传输、可视电话、会议电二值图像传真、静态图像传输、可视电话、会议电视、视、VCD、DVD、常规数字电视、高清晰度电视、常规数字电视、高清晰度电视、多媒体可视通信、多媒体视频点播与传输等多媒体可视通信、多媒体视频点播与传输等.应用领域应用领域评价评价准则准则客观保真度客观保真度主观保真度主观保真度图像信息图像信息信息论要素信息论要素(Elements of Information Theory)n 熵熵(Entropy)依据依据Shannon无干扰信息保持编码定理，若对原始图像数据的信息进无干扰信息保持编码定理，若对原始图像数据的信息进行无失

8、真图像编码，压缩后平均码长存在一个下限，这个下限是图像信行无失真图像编码，压缩后平均码长存在一个下限，这个下限是图像信息熵息熵H。理论上最佳信息保持编码的平均码长可以无限接近图像信息熵。理论上最佳信息保持编码的平均码长可以无限接近图像信息熵H。但总是大于或等于图像的熵。但总是大于或等于图像的熵H。n 平均码长平均码长(Average Code Length)平均信息量度，图像中各灰度级比特数的统计平均值。平均信息量度，图像中各灰度级比特数的统计平均值。M:灰度级数Pk:灰度级Wk出现的概率n 编码效率编码效率Coding Efficiencyn 冗余量冗余量Redundancy熵编码目的：使熵

9、编码目的：使R尽量削减至尽量削减至H 信息论要素信息论要素(Elements of Information Theory)例题例题设一离散信源如下：设一离散信源如下：信源信源概率概率编码编码求信源求信源X的熵、平均码长和编码效率。的熵、平均码长和编码效率。解：解：比特比特平均码长：平均码长：编码效率：编码效率：比特比特n 变长最佳编码定理变长最佳编码定理 对概率大的消息符号赐予短码字，而对概率小的信对概率大的消息符号赐予短码字，而对概率小的信息符号赐予长码字，则编码的平均码长确定最短。息符号赐予长码字，则编码的平均码长确定最短。如：如：Wm Wn Pm tn tm：长码 tn：短码符合定理的平

10、均码长符合定理的平均码长不符合定理的平均码长不符合定理的平均码长n 唯一可译编码唯一可译编码 所编码字序列能唯一地译出来。单义性、非续长码是所编码字序列能唯一地译出来。单义性、非续长码是唯一可译编码。唯一可译编码。单义性代码：随意一个有限长的码字序列只能被唯一单义性代码：随意一个有限长的码字序列只能被唯一地分割成一个个码字。地分割成一个个码字。非续长代码：集合中的码字不能由其他码字在后面添非续长代码：集合中的码字不能由其他码字在后面添加码元构成。加码元构成。如：如：信源信源 概率概率 码码I 码码II 码码III 码码IV W1 1/2 0 0 0 0 W2 1/4 0 1 10 01 W3

11、1/8 1 00 110 011 W4 1/8 10 11 111 0111码码I：非单义性、续长码：非单义性、续长码 如如：00110 W1W2W3W4 W1W1W3W3W1 W1W1W3W3W2码码II：非单义性、续长码：非单义性、续长码 如：如：010011 W1W2W3W4 W1W2W1W1W4 W1W2W1W3W2W2 W1W2W1W1W2W2码码III：单义性、非续长码：单义性、非续长码 如如：010110111 W1W2W3W4码码IV：单义性、续长码：单义性、续长码 如如：0010110111 W1W2W3W4单义非续长代码平均码长最短单义非续长代码平均码长最短单义代码的充要条

12、件：单义代码的充要条件：D：代码中的码元种类；：代码中的码元种类；n：代码中的码字个数；：代码中的码字个数；ti：第：第i个码字的码长；个码字的码长；如上例：如上例：应用分类应用分类 信息保持型数据压缩信息保持型数据压缩 无损压缩无损压缩压缩图像的比特数和冗余信息，主要用于图像信息压缩图像的比特数和冗余信息，主要用于图像信息保存，要求图像存储能保持信息并能快速存取图像保存，要求图像存储能保持信息并能快速存取图像 保真度型数据压缩保真度型数据压缩传送的图像能够适应通信的通道限制，压缩图像过传送的图像能够适应通信的通道限制，压缩图像过程中允许丢失一些人感觉不到的信息即允许微量失程中允许丢失一些人感

13、觉不到的信息即允许微量失真，主要用于图像传输、数字电视和多媒体中。真，主要用于图像传输、数字电视和多媒体中。特征保持型数据压缩特征保持型数据压缩 有损压缩有损压缩对于不需要图像的全部细节和灰度细节的图像，压对于不需要图像的全部细节和灰度细节的图像，压缩过程中可仅保存图像中的感兴趣的特征信息，压缩过程中可仅保存图像中的感兴趣的特征信息，压缩其不相干和冗余信息，主要用于计算机的特征识缩其不相干和冗余信息，主要用于计算机的特征识别、分析与控制。别、分析与控制。数据域分类数据域分类压缩技术压缩技术空间域编码空间域编码变换域编码变换域编码其他方法其他方法图像压缩图像压缩编码技术编码技术实现实现无损压缩无

14、损压缩PCM编码编码-脉冲编码调制脉冲编码调制对连续图像信号的空间进行采样、幅值量化并用适当码对连续图像信号的空间进行采样、幅值量化并用适当码字将其量化编码。编码方法有字将其量化编码。编码方法有等长等长和和变长编码变长编码两种。两种。DPCM编码编码-差分脉冲编码调制差分脉冲编码调制空间域中最成熟也是最通用的编码技术。其结构和语音空间域中最成熟也是最通用的编码技术。其结构和语音信号中运用的线性预料编码完全相同。与信号中运用的线性预料编码完全相同。与 PCM 不同的是不同的是它编码的是图像像素值和其预料值的差分。该编码系统它编码的是图像像素值和其预料值的差分。该编码系统会引起斜率过载、颗粒噪声和

15、轮廓噪声。会引起斜率过载、颗粒噪声和轮廓噪声。将模拟图像信号变为数字图像信号的基本手段将模拟图像信号变为数字图像信号的基本手段预料编码预料编码 Huffman编码是编码是1952年由年由Huffman提出的一种编码提出的一种编码方法。这种编码方法是依据信源数据符号发生的概率进行方法。这种编码方法是依据信源数据符号发生的概率进行编码的。编码的。哈夫曼编码哈夫曼编码(Huffman Coding)思想：思想：在信源数据中出现概率越大的符号，编码以后在信源数据中出现概率越大的符号，编码以后相应的码长越短；出现概率越小的符号，其码长越相应的码长越短；出现概率越小的符号，其码长越长，从而达到用完可能少的

16、码符表示信源数据。它长，从而达到用完可能少的码符表示信源数据。它在无损变长编码方法中是最佳的。在无损变长编码方法中是最佳的。1.把输入符号按出现的概率从大到小排列起来把输入符号按出现的概率从大到小排列起来,接着把概接着把概 率最小的两个符号的概率求和率最小的两个符号的概率求和;2.把它（概率之和）同其余符号概率由大到小排序把它（概率之和）同其余符号概率由大到小排序,然后然后把两个最小概率求和把两个最小概率求和;3.重复重复2,直到最终只剩下两个概率为止。直到最终只剩下两个概率为止。在上述工作完毕之后，从最终两个概率起先逐步向前进行编码。对于在上述工作完毕之后，从最终两个概率起先逐步向前进行编码

17、。对于概率大的消息赐予概率大的消息赐予0，小的赐予，小的赐予1。在反向进行的过程中，若概率不变，。在反向进行的过程中，若概率不变，保留原码字；若概率分裂为两个，前几位保留原码字，最终一位一个保留原码字；若概率分裂为两个，前几位保留原码字，最终一位一个赋赋“0”，另一个赋，另一个赋“1”码。码。编码方法编码方法：符号集符号集x1x2x3x4x5x6概率分布概率分布0.400.200.120.110.090.08Huffman编码编码符号集符号集经排序的经排序的概率分布概率分布 第一次合第一次合并后排序并后排序第二次合第二次合并后排序并后排序第三次合第三次合并后排序并后排序第四次合第四次合并后排序

18、并后排序第五次合第五次合并后排序并后排序x10.400.400.400.400.601x20.200.200.230.370.40 x30.120.170.200.23x40.110.120.17x50.090.11x60.08符号集符号集经排序经排序的概率的概率分布分布 第一次第一次合并后合并后排序排序第二次第二次合并后合并后排序排序第三次第三次合并后合并后排序排序第四次第四次合并后合并后排序排序第五次第五次合并后合并后排序排序x10.400.400.400.400.601x20.200.200.230.370.40 x30.120.170.200.23x40.110.120.17x50.0

19、90.11x60.0801100010100000111100000000101001101001100100011符号集符号集x1x2x3x4x5x6概率分布概率分布0.400.200.120.110.090.08Huffman编码编码100001001100100011 用二叉树方法实现用二叉树方法实现Huffman编码方法也较为便利。编码方法也较为便利。计算该信源的熵、编码后的平均码长，并思索对计算该信源的熵、编码后的平均码长，并思索对于同一图像接受于同一图像接受Huffman编码，编码是否唯一？编码，编码是否唯一？0.230.4 x10.6 0.11 x4 1 0 1 00.37 0.

20、20 x2 0.08 x60.09 x50.17 1 0 1 0 1 00.12 x3行程编码行程编码RLE(Run-length Encoding)思想：思想：有些图像具有很多颜色相同的图块，在这些有些图像具有很多颜色相同的图块，在这些图块中，很多连续的扫描行都具有同一颜色，或图块中，很多连续的扫描行都具有同一颜色，或者同一扫描行上有很多连续的像素都具有相同的者同一扫描行上有很多连续的像素都具有相同的颜色值。这种状况下就可以不须要存储每一个像颜色值。这种状况下就可以不须要存储每一个像素的颜色值，而仅仅存储一个像素值以及具有相素的颜色值，而仅仅存储一个像素值以及具有相同颜色的像素数目。同颜色的

21、像素数目。基本原理：基本原理：用一个符号值和串长代替具有相同值的连续符号（连用一个符号值和串长代替具有相同值的连续符号（连续符号构成了一段连续的续符号构成了一段连续的“行程行程”。行程编码因此得名），。行程编码因此得名），使符号长度少于原始数据长度。使符号长度少于原始数据长度。不足：不足：假如图像中每两个相邻点的颜色都不相同，用行程编假如图像中每两个相邻点的颜色都不相同，用行程编码不但不能压缩，反而数据量增加一倍。码不但不能压缩，反而数据量增加一倍。适用性适用性适用性适用性 单一图像单一图像单一图像单一图像 二值图像；打印文件；地图；工程图；等高图二值图像；打印文件；地图；工程图；等高图二值图

22、像；打印文件；地图；工程图；等高图二值图像；打印文件；地图；工程图；等高图.适合行程编码的图像适合行程编码的图像无损压缩无损压缩无损压缩无损压缩-行程行程行程行程编码编码编码编码适合行程编码的图像适合行程编码的图像无损压缩无损压缩无损压缩无损压缩-行程行程行程行程编码编码编码编码（一）一维行程编码 对图象进行行扫描时，行内各像素的对图象进行行扫描时，行内各像素的灰度级可组成一个整数序列灰度级可组成一个整数序列x x1 1,x x2 2,x xN N 。在行程编码中，可。在行程编码中，可将这个序列映射成整将这个序列映射成整数对数对(gk,lk)，其中，其中gk表示灰度级，表示灰度级，lk表示表示

23、行程长度，等于具有相同灰度级的相邻像行程长度，等于具有相同灰度级的相邻像素的数目。素的数目。无损压缩无损压缩无损压缩无损压缩-行程行程行程行程编码编码编码编码（二）二维行程编码（二）二维行程编码 一维行程编码只考虑消退每行内像素一维行程编码只考虑消退每行内像素（或水平分解元素）的相关性，未考虑行间（或水平分解元素）的相关性，未考虑行间像素（垂直分解元素）的相关性。二维行程像素（垂直分解元素）的相关性。二维行程编码考虑两个方向分解元素之间的相关性。编码考虑两个方向分解元素之间的相关性。无损压缩无损压缩无损压缩无损压缩-行程行程行程行程编码编码编码编码（1 1）预料微重量化编码（）预料微重量化编码

24、（PDQPDQ）分解元素阵列分解元素阵列整数对（整数对（1,21,2）序列）序列11相继行行程起始点之间的差值相继行行程起始点之间的差值22相继行行程长度之间的差值相继行行程长度之间的差值l2-l1l2-l1 它它们们与与“新新起起始始”和和“消消逝逝”标标记记符符一一起起，用用来表示亮面积的开端和结束；然后对它们进行编码来表示亮面积的开端和结束；然后对它们进行编码预料微重量化编码图示预料微重量化编码图示l2l11新起始新起始消逝2=l2-l1无损压缩无损压缩无损压缩无损压缩-行程行程行程行程编码编码编码编码（2 2）双重增量编码）双重增量编码（DDC）对对1 1和和3 3进行编码进行编码 3

25、 3后边界在相继行上的差分后边界在相继行上的差分 无损压缩无损压缩无损压缩无损压缩-行程行程行程行程编码编码编码编码（二）二维行程编码（二）二维行程编码双重增量编码图示双重增量编码图示1新起始新起始消逝3一般用B码对PDQ、DDC编码。无损压缩无损压缩无损压缩无损压缩-行程行程行程行程编码编码编码编码 变换本身变换本身 被压缩图像的性质被压缩图像的性质变换核选择变换核选择 有损压缩有损压缩-变换域编码变换域编码变换图像编码变换图像编码 图像变换后图像变换后删去删去那些那些接近于零接近于零的系数，的系数，粗量化粗量化那些那些较小的系数较小的系数，由此将传输和存储的数据集中，由此将传输和存储的数据

26、集中到那些包含图像主要信息的系数上。在重构图像中，重到那些包含图像主要信息的系数上。在重构图像中，重要内容很少会有损失。要内容很少会有损失。图像图像正交变换正交变换图像编码技术图像编码技术应应用用FFTFFT，DSTDST，DCTDCT，斜变换，斜变换，哈尔变换，哈尔变换，K-L K-L 变换变换变换域编码变换域编码-K-L变换变换K-L变换编码变换编码求图像向量求图像向量X的的K_L变换，就是求图像协方差变换，就是求图像协方差矩阵矩阵Cx的特征向量的特征向量 i i，也称特征向量变换。也称特征向量变换。图像像素变换成非相关的系数；变换图像像素变换成非相关的系数；变换系数能按方差大小排列；用系

27、数能按方差大小排列；用M个变换个变换系数重建图像可得到最小均方差。系数重建图像可得到最小均方差。优优点点操作操作复杂复杂缺缺陷陷为了减少运算量，通常将一幅图像分为了减少运算量，通常将一幅图像分成成若干等尺寸块若干等尺寸块，如果图像是平稳的，如果图像是平稳的随机图像，该图像所有子图像的协方随机图像，该图像所有子图像的协方差矩阵都相同，求得任意一个子图像差矩阵都相同，求得任意一个子图像的的K-L变换图像，然后，可以由该变变换图像，然后，可以由该变换图像的前换图像的前M个元素重建该子图像。个元素重建该子图像。块编码块编码变换域编码变换域编码-余弦变换余弦变换原图像原图像FDCTFDCT量化器量化器编

28、码器编码器压压缩缩图图像像数数据据解码器解码器解量化器解量化器IDCTIDCT重建图像重建图像编码过程编码过程解码过程解码过程DCT编码编码DCT来进行块变换编码，舍去高频的系数，来进行块变换编码，舍去高频的系数，对余下的系数进行量化以进一步减少数据量。对余下的系数进行量化以进一步减少数据量。最后，使用最后，使用RLE和和Huffman 编码来完成压缩。编码来完成压缩。JPEGJPEG算法算法图像图像DCTDCT变换后，大多数的变换后，大多数的DCTDCT系系数值特别接近数值特别接近0 0，舍弃这些系数，舍弃这些系数对重构图像质量影响不大。对重构图像质量影响不大。变换域编码性能比较变换域编码性

29、能比较图像大小图像大小子图像太小，各变换误差较大；子图像太小，各变换误差较大；子图像尺寸子图像尺寸16 16，误差变小；，误差变小；误差最小是误差最小是 K-L变换变换，最差的，最差的是是哈尔变换哈尔变换；傅立叶变换随子；傅立叶变换随子图像的尺寸变大，其性能变得图像的尺寸变大，其性能变得越好。越好。重构误差与子图像尺寸比较重构误差与子图像尺寸比较有损压缩有损压缩-矢量量化编码矢量量化编码编码器编码器在量化时用码书中的一组码字代替一在量化时用码书中的一组码字代替一组输入矢量，依据确定的失真测度在组输入矢量，依据确定的失真测度在码书中搜寻出与输入矢量失真最小的码书中搜寻出与输入矢量失真最小的码字的

30、索引。在传输时仅传输这些索码字的索引。在传输时仅传输这些索引，接收方依据码字索引在码书中查引，接收方依据码字索引在码书中查找对应码字，从而再现矢量。找对应码字，从而再现矢量。解码器解码器 训练码书训练码书：码书设计是关键码书设计是关键。用。用M个训练个训练矢量生成含矢量生成含NM个码字的码书，既把个码字的码书，既把M个训练矢个训练矢量分成量分成N类最佳分类，将各类中心矢量作为码书类最佳分类，将各类中心矢量作为码书的码字。常用的有效方法是的码字。常用的有效方法是LBG算法算法。编码编码：完成码字的搜索过程。对于给定的完成码字的搜索过程。对于给定的输入矢量在码书中查找与其失真最小的码字。输入矢量在

31、码书中查找与其失真最小的码字。解码解码：进行码书索引分配。进行码书索引分配。矢量量化过程矢量量化过程图像压缩中的矢量量化n标量量化：把每个像素的颜色用一个标量量化：把每个像素的颜色用一个0 0到到255255之间的整数值之间的整数值表示。表示。n矢量量化：把几个像素组成的像素块，用一个特定码书中矢量量化：把几个像素组成的像素块，用一个特定码书中的码字来表示，码书中码字的数目，一般远小于这些像素的码字来表示，码书中码字的数目，一般远小于这些像素块全部可能颜色的组合。块全部可能颜色的组合。n在图像压缩中的矢量量化：在图像压缩中的矢量量化：原图像原图像将图像分割成将图像分割成nxn的方块的方块（矢量

32、）（矢量）对每个方块矢量，对每个方块矢量，寻找与之最接近的寻找与之最接近的码矢量，即码矢量，即d(x,xk)最小最小码书：码书：xi i=1,2,c用用k编码方块编码方块n假如一个假如一个2x2像素的小块，每像素有像素的小块，每像素有8位表示，则位表示，则全部的像素块的可能取值有：全部的像素块的可能取值有：232=4G种，可以选种，可以选择一个远远小于这个数的数择一个远远小于这个数的数n，作为码书中码的个，作为码书中码的个数，然后对图像中的每个块（矢量），用一个码数，然后对图像中的每个块（矢量），用一个码书中的码来近似，只需用这个码的编号来编码这书中的码来近似，只需用这个码的编号来编码这个图像

33、矢量即可，因此每一个小块，最终都只需个图像矢量即可，因此每一个小块，最终都只需用用log2n个位来表示，由此达到压缩的目的。个位来表示，由此达到压缩的目的。图像压缩中的矢量量化矢量量化编码示例矢量量化编码示例原始原始压缩压缩 只传递码字下标，编码效率高只传递码字下标，编码效率高 同速率下，比标量量化失真小同速率下，比标量量化失真小 同失真情况下，比标量量化所同失真情况下，比标量量化所需传输速率高需传输速率高优点优点码书大小为码书大小为512，码字大小为码字大小为4 4。图像大小为图像大小为 256 256，图像分割成，图像分割成4 4子图像块，子图像块，共有共有64 64块。可以计算原图块。可

34、以计算原图像存储空间为像存储空间为256 256 8。利用矢量量化压缩后，需要利用矢量量化压缩后，需要64 64 9，既压缩比为，既压缩比为14.2。过程过程1个矢量个矢量 4 4 8 bits 9 bits小波变换编码小波变换编码利用小波分解，去掉图像利用小波分解，去掉图像高频部分而保留低频部分高频部分而保留低频部分压缩比高，能保持图压缩比高，能保持图像特征基本不变，抗像特征基本不变，抗干扰实力强。干扰实力强。高高频频子子图图像像上上大大部部分分点点数数值值接接近近零零第第一一次次压压缩缩第第二二次次压压缩缩图图像像作作小小波波分分解解后后，得得到到一一系系列列不不同同分分辨辨率率 的的 子

35、子 图图 像像高频高频低低频频原图原图新发展的编码技术新发展的编码技术用一个或几个公式表示一个纹理用一个或几个公式表示一个纹理或形状图像。一个分形是一个几或形状图像。一个分形是一个几何形状，其不规则形状可用不同何形状，其不规则形状可用不同的尺度和角度重复出现的尺度和角度重复出现分形分形分形图像生成即根据给定的公分形图像生成即根据给定的公式产生一幅图像的逆过程。寻式产生一幅图像的逆过程。寻求求一幅图像的一组分形一幅图像的一组分形，该组，该组分形能够重构原整幅图像。分形能够重构原整幅图像。仅需存储少量的数据，压缩比高仅需存储少量的数据，压缩比高分形变换编码分形变换编码优点优点 训练完成，其计算过训

36、练完成，其计算过程简单程简单 压缩以学习完成，能压缩以学习完成，能提高编码压缩比提高编码压缩比 对信号统计特征无要对信号统计特征无要求，适合于任何图像的求，适合于任何图像的压缩，压缩比和信噪比压缩，压缩比和信噪比可预先设置可预先设置优点优点神经网络编码神经网络编码Hopfield网网：将图像作为输入矢量，二进制代码将图像作为输入矢量，二进制代码为输出的最优化求解问题。为输出的最优化求解问题。前向网络法前向网络法-BP网网：用前向网络表示广义变换，再：用前向网络表示广义变换，再用适当的学习算法学习训练，完成图像压缩。用适当的学习算法学习训练，完成图像压缩。客观保真度评价准则客观保真度评价准则以输

37、入图像和重建图像之间数据的误差为基础，导出各种以输入图像和重建图像之间数据的误差为基础，导出各种失真测度，如均方差、均方根误差或均方信噪比的各种保失真测度，如均方差、均方根误差或均方信噪比的各种保真度准则。保真度准则可作为检验图像系统的一种量度。真度准则。保真度准则可作为检验图像系统的一种量度。平方误差测度平方误差测度最常见失真测度最常见失真测度信噪比信噪比均方误差均方误差原始图像原始图像重建图像重建图像主观保真度评价准则主观保真度评价准则图像质量的优劣既与图像的客观保真度图像质量的优劣既与图像的客观保真度有关，又与人的视觉生理特征有关。有关，又与人的视觉生理特征有关。评优尺度评优尺度 评劣尺

38、度评劣尺度 相对评价尺度相对评价尺度电视电影协会对电视电影协会对重建图像评价重建图像评价主观评价常受到图像的内容、类型主观评价常受到图像的内容、类型困难程度、测试环境等因素的影响困难程度、测试环境等因素的影响测试条件及环境选择测试条件及环境选择电视屏的亮度和最高亮度，背景亮度、室内照度、电视屏的亮度和最高亮度，背景亮度、室内照度、图像对比度、观看距离、屏幕宽度图像对比度、观看距离、屏幕宽度压缩标准压缩标准 1990年年12月通过的有关图像（视频）压缩编码的第一个国际月通过的有关图像（视频）压缩编码的第一个国际标准化建议，其中文名称为标准化建议，其中文名称为“p 64kbit/s声像服务用的视频

39、编声像服务用的视频编解码器解码器”。H261主要对象是主要对象是m 64k bit/s 和和n 384kbit/s两类两类码率，可用于可视电话、会议电视，图像质量要求不高，能在码率，可用于可视电话、会议电视，图像质量要求不高，能在ISDN的的p 64kbit/s信道上进行可视电话、会议电视等声像服务。信道上进行可视电话、会议电视等声像服务。H261 建议建议JPEG标准标准-Joint Photographic Expert Group1986年成立的联合图片专家组简称。年成立的联合图片专家组简称。1992年作为静止图像压缩年作为静止图像压缩算法的国际标准正式推出，中文名称为算法的国际标准正式

40、推出，中文名称为“连续色调静止图像的连续色调静止图像的数字压缩与编码数字压缩与编码”。它适合于各种不同类型、分辨率要求的彩。它适合于各种不同类型、分辨率要求的彩色和黑白静止图像，有多种编码模式和数据格式。主要应用于色和黑白静止图像，有多种编码模式和数据格式。主要应用于彩色传真、静止图像、可视通信、印刷出版、新闻图片、医学彩色传真、静止图像、可视通信、印刷出版、新闻图片、医学和卫星图像的传输、检索和存储。和卫星图像的传输、检索和存储。压缩标准压缩标准MPEG-1标准标准-Moving Picture Expert Group活动图像专家组简称。活动图像专家组简称。1993年正式通过为国际标准，中

41、文名称年正式通过为国际标准，中文名称为为“用于数字存储媒体码率约为用于数字存储媒体码率约为1.5M bit/s活动图像及其伴音的活动图像及其伴音的编码编码”。它包括系统、视频、音频以及测试和软件实现等；主。它包括系统、视频、音频以及测试和软件实现等；主要面向数字存储媒体，应用于多媒体计算机要面向数字存储媒体，应用于多媒体计算机MPC、教育与训练、教育与训练、演示与咨询、创作与娱乐、电子出版物、数字视听系统、交互演示与咨询、创作与娱乐、电子出版物、数字视听系统、交互式电视等领域。式电视等领域。MPEG-1技术比技术比H261有重大改进发展。有重大改进发展。MPEG-2标准标准1993年年11月正

42、式推出月正式推出,中文名称为中文名称为“活动图像及其伴音信息的活动图像及其伴音信息的通用编码通用编码”。它包括系统、视频、音频以及测试和软件实现等。它包括系统、视频、音频以及测试和软件实现等,与与MPEG-1后向兼容；其视频编码部分码率为后向兼容；其视频编码部分码率为410M bit/s，图像，图像质量接近演播室质量；技术比质量接近演播室质量；技术比MPEG-1和和H261有重大改进和发展，有重大改进和发展，成为一种从多媒体计算机到家用数字音像电子产品成为一种从多媒体计算机到家用数字音像电子产品,从宽带数从宽带数字通信到视频广播及字通信到视频广播及HDTV的通用共性关键技术。的通用共性关键技术

43、。压缩标准压缩标准MPEG-4 交互式的多媒体交互式的多媒体内容交互性；多媒体数据访问；码流操作和编辑；内容交互性；多媒体数据访问；码流操作和编辑；高效压缩算法；高效压缩算法；自然的与合成的图像编码及其混合编码；自然的与合成的图像编码及其混合编码；通用的可接性。通用的可接性。特点特点MPEG-7 多媒体信息内容的描述接口多媒体信息内容的描述接口数字化图书馆（图像库、音乐字典等）数字化图书馆（图像库、音乐字典等）多媒体目录服务多媒体目录服务广播式媒体选择（广播和电视频道选择）广播式媒体选择（广播和电视频道选择）多媒体编辑（电子新闻）多媒体编辑（电子新闻）压缩标准压缩标准JBIG标准标准 Join

44、t Bi-level Image Group联合二值化图像专家组简称。联合二值化图像专家组简称。1991年年9月推出，用于二值月推出，用于二值图像压缩编码，是一种传真图像压缩新标准。图像压缩编码，是一种传真图像压缩新标准。无失真编码，编码效率高，能自适应图像特征；无失真编码，编码效率高，能自适应图像特征；适用于图像数据库的阅读；适用于图像数据库的阅读；灰度和彩色图像的信息保持型编码。效率不低于灰度和彩色图像的信息保持型编码。效率不低于 JPEG 的无失真模式。的无失真模式。特点特点压缩标准压缩标准评价图像压缩技术评价图像压缩技术压缩比（比特率）压缩比（比特率）压缩时间压缩时间压缩质量（保真度）

45、压缩质量（保真度）图像图像文件文件格式格式TIFFGIFBMPJPEGGIF图像文件格式图像文件格式1987年，年，CompuServe 公司为便利网络以及公司为便利网络以及BBS用户传送图像数据而设计的文件格式用户传送图像数据而设计的文件格式-Graphics Interchange Format特点特点文字叠加功能；文字叠加功能；改进的改进的LZW压缩算法处理图像数据；压缩算法处理图像数据；一个文件同时存储多幅图像；一个文件同时存储多幅图像；支持交织图像生成，适合于图像传输类应用；支持交织图像生成，适合于图像传输类应用；为图像传输格式设计，运用依次文件组织方式。为图像传输格式设计，运用依次

46、文件组织方式。GIF图像文件结构图像文件结构文件标识块文件标识块逻辑屏幕描述块逻辑屏幕描述块可选择的调色板数据块可选择的调色板数据块图像数据块图像数据块结束码的尾块结束码的尾块固固定定顺顺序序五五大大部部分分特殊的特殊的标识码标识码或或特征码特征码块块GIF图像文件格式图像文件格式J 优点优点J多幅图像的保存多幅图像的保存J 供应足够的信息，结构性好供应足够的信息，结构性好J允许差别较大的允许差别较大的I/O设备交换图设备交换图像像J 缺点缺点J 不供应保存灰度或彩色校正表不供应保存灰度或彩色校正表J 不能保存不能保存CMYK 数据或数据或HIS数数据据J 只能保存只能保存256种种24位彩色

47、位彩色TIFF图像文件格式图像文件格式1986年，年，Aldus 公司设计的一种通用的位映公司设计的一种通用的位映射图像文件格式射图像文件格式-Tagged Image File Format特点特点 一个文件中保存多幅图像；一个文件中保存多幅图像；支持任何尺寸的图像；支持任何尺寸的图像；支持多种压缩方法，敏捷性好，适应范围广；支持多种压缩方法，敏捷性好，适应范围广；为图像存储格式设计，运用随机组织方式；为图像存储格式设计，运用随机组织方式；独立于计算机结构，操作系统和图形硬件。独立于计算机结构，操作系统和图形硬件。TIFF文件结构文件结构 文件头文件头-图像文件头图像文件头IFH，8个字节组

48、成，个字节组成，必需位于和必需位于和0相对的固定位置；相对的固定位置；标识信息区标识信息区-图像文件书目图像文件书目IFD，每一，每一组都由固定长度组都由固定长度12字节的标记指针组成，字节的标记指针组成，指向指向IFD书目的信息指针；书目的信息指针；图像数据区图像数据区-存放图像数据的部分，并存放图像数据的部分，并指示指示TIFF图像文件的压缩与保存、数据的图像文件的压缩与保存、数据的排列方式以及图像分割的方法等信息。排列方式以及图像分割的方法等信息。TIFF图像文件格式图像文件格式J 优点优点C 适用范围广；适用范围广；C 独立于计算机结构，操作系统和图形硬件；独立于计算机结构，操作系统和

49、图形硬件；C 能保存黑白、灰度及彩色图像；能保存黑白、灰度及彩色图像；C 用作进行数据交换的位图格式。用作进行数据交换的位图格式。L 缺点缺点I TIFF的任选项及变种带来解码困难；的任选项及变种带来解码困难；I TIFF文件格式可定义而变得文件格式可定义而变得“模糊模糊”BMP图像文件格式图像文件格式微软公司为微软公司为Windows环境设置的标准图像格环境设置的标准图像格式，而且式，而且Windows系统软件中内含了一系列系统软件中内含了一系列支持支持BMP图像处理的图像处理的API函数函数-Bitmap特点特点一个文件中只保存一幅图像；一个文件中只保存一幅图像；压缩处理成为图像文件的一个

50、选项；压缩处理成为图像文件的一个选项；非压缩格式是非压缩格式是BMP图接受的通用格式，图接受的通用格式，压缩格式接受压缩格式接受RLE4（16色）或色）或RLE8（256色）方色）方式。式。支持多种图像的存储；支持多种图像的存储；数据排列依次以图像的左下角为起点，数据排列依次以图像的左下角为起点，RGB三基色数据的排列依次与其它图像格式相反。三基色数据的排列依次与其它图像格式相反。设备独立性，以一种独立于设备的方法描述位图。设备独立性，以一种独立于设备的方法描述位图。BMP文件结构文件结构 文件头文件头-固定长度值固定长度值54个字节，由两个数据结构个字节，由两个数据结构 BITMAPFILE