现代图像分析知识点 (31).pdf

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1、Modern Image Analysis6.2 图像压缩基本理论 数据冗余代表无用信息或重复表示了其它数据已经表示过的信息的数据称为数据冗余。常用压缩比和冗余度表示。2n是压缩前的数据量，是压缩后的数据量。设和代表用来表示相同信息的两个数据的容量,那么压缩比可以定义为1n2n1n2n1n用表示的相对冗余度（即相对于）可以定义为：12RnCn 12111RnnDCnR 1n1n1n2n2nModern Image Analysis6.2 图像压缩基本理论其中，的取值范围为(0,)，的取值范围为(0,1)。DRRC数据冗余主要有三种：编码冗余、像素间冗余和心理视觉冗余，减少或消除了其中的一种或多

2、种时，就实现了图像的压缩。21nn 1RC 0DR 1n2n 当时,相对于不包含冗余。,1,RDCR 当时,表示几乎100的压缩和几乎全部的冗余。21nn0,RDCR 21nn 当时，表示没有压缩，几乎100的放大。Modern Image Analysis6.2 图像压缩基本理论对于给定图像其数据量就已确定，即完全确定。因此，图像压缩后的数据量就决定了压缩比。1n2n2avgnLnnavgL其中表示图像像素个数，是平均码字长。由此引入了如下几个概念：编码冗余(1)码字：信息编码中每个符号的二进制编码值。(2)码字长：码字的长度，即其二进制编码值的位数。Modern Image Analysi

3、s6.2 图像压缩基本理论(3)平均码字长:每个像素所需的平均比特数。,0,1,.,1knPkLkn若设图像的灰度级为 k，则 k 出现的概率为:若每个灰度级k 的编码长度（码字长）为l(k)，则平均码字长为：这里 L 是灰度级数，是第 k 个灰度级在图像中出现的次数，n 是图像的总像素个数。kn10()()LavgkLl k P k Modern Image Analysis（4）自然编码：每个灰度级（或每个像素）均用m 位的二进制码表示，也称等长编码，此时()avgLl kmavgLm（5）变长（不等长）编码：对于图像中的不同灰度级采用不同长度的码字表示。此时avgL（6）编码冗余：不同的

4、编码方法可能会有不同的，由此 引出两种编码冗余。6.2 图像压缩基本理论Modern Image Analysis6.2 图像压缩基本理论 相对编码冗余：大的编码相对于小的编码就存在相对编码冗余。avgLavgLminavgLL 绝对编码冗余：使的编码就存在绝对编码冗余。像素间的冗余由于像素间存在相关性，那么对于任一给定的像素值，原理上都可以通过它的相邻像素值预测得到。这就带来了像素间的冗余。如：空间冗余、几何冗余、帧间冗余等可归此类。心理视觉冗余人观察图像是基于目标物特征而不是像素，这就使得某些信息显得不重要，可以忽略，则表示这些可忽略信息的数据就称为心理视觉冗余。电视广播中的隔行扫描就是常

5、见的例子。Modern Image Analysis6.2 图像压缩基本理论例 变长编码与自然编码的对比灰度级k直方图P(k)码字码字长自然编码变长编码自然编码变长编码00.19000003210.25001013220.21010103230.160111103340.0810011103450.06101111103560.031101111103670.0211111111136自然编码的平均码字长为3，表中所示变长编码平均码字长减少为：70()()20.1920.2520.2130.1640.0850.0660.0360.022.7 比特/像素avgkLl k P k Modern I

6、mage Analysis6.2 图像压缩基本理论上图给出了一个信息传输系统的模型，它主要由三部分组成（图中的三个虚线框），即编码器、解码器和信号传输。图像编解码模型信息传输系统模型图6.2-1 信息传输系统模型信 源信源编码信道编码调 制信道传输解 调噪声、干扰信 宿信源解码信道解码输入输出编码器解码器信号传输Modern Image Analysis),(nmf变换器量化器符号编码器信道信道符号解码器反变换器),(nmg)(a)(b6.2 图像压缩基本理论 图像编解码模型图6.2-2 图像编解码模型（a）信源编码器；（b）信源解码器 变换器对输入数据进行转换，以改变数据的描述形式，减少或消

7、除像素间的冗余。（可逆）量化器根据给定的保真度准则降低变换器输出的精度，以进一步减少心理视觉冗余。（不可逆）对应压缩是有损、失真型。Modern Image Analysis6.2 图像压缩基本理论 保真度准则对图像的失真程度或质量进行评价，以便将图像失真限制在限定的范围内。(,)(,)(,)e m ng m nf m n（1）均方根（RMS）误差若原图像为f(m,n)，解压恢复后的图像为g(m,n)，误差图像为：客观保真度准则将信息损失的多少，表示为原始图像与压缩后又解压缩得到的重建图像的函数，就称为客观保真度准则。通常以均方根误差、均方根信噪比和峰值信噪比三种形式来表示。Modern Im

8、age Analysis6.2 图像压缩基本理论1111112222110000,MNMNrmsMNMNmnmneem ng m nf m n111111222200001111220000,MNMNmnmnrmsMNMNmnmngm ngm nSNRem ng m nf m n (,)(,)(,)(,)(,)g m nf m nm nf m ne m n rmsSNR（2）均方根信噪比令即把重建图像g(m,n)和输入图像f(m,n)之间的误差看作是噪声，将重建图像的信噪比SNR作为保真度准则，即Modern Image Analysis6.2 图像压缩基本理论其中，为图像平均值。f11200

9、21100(,)10lg(,)(,)MNmnMNmnf m nfSNRg m nf m n 11001(,)MNmnff m nMN （3）峰值信噪比如果令峰值信噪比为：maxmax(,);0,1,1;0,1,1ff m nmMnN2max2110010lg(,)(,)MNmnfPSNRg m nf m n 实际中使用时常将SNR 归一化并用分贝（dB）表示，即m a xf对于常见的256级灰度图像，255。Modern Image Analysis6.2 图像压缩基本理论（2）成对比较打分法可以按照某种相对的尺度对f(m,n)和g(m,n)进行比较打分，从而获得相对的质量分。比如，可以用-3

10、，-2，-1，0，1，2，3来表示主观评价很差，较差，稍差，相同、稍好、较好、很好。（1）综合评价法不同的观察者对给出的图像进行评价，然后将评价结果加以平均，作为综合评价的结果。如表6.2-2。对于最终作为人的视觉感受使用的视觉图像，一般也采用主观保真度准则进行主观评价，包括综合评价法和成对比较打分法。主观保真度准则Modern Image Analysis6.2 图像压缩基本理论表6.2-2 电视图像质量评价表评分评价说明1优秀图像质量非常好，如同人想象出的最好质量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刚可用图像质量差，干扰有些妨碍观看，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