数字图像处理图像编码.ppt
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1、第第七七章章 图图像像压压缩缩7.3.2 LZWLZW编码编码1.背背景景:是是Lemple、Ziv最最早早提提出出,然然后后由由Welch充实的有专利保护的充实的有专利保护的LZW算法。算法。2.基本思想:基本思想:去除像素间冗余。去除像素间冗余。第第七七章章 图图像像压压缩缩(1)在压缩过程中动态地形成一个在压缩过程中动态地形成一个字串表字串表(字典字典)。(2)(2)(a)每当压缩扫描图像发现一个字典中没有每当压缩扫描图像发现一个字典中没有的的 字符序列,就把该字符序列存到字典中。字符序列,就把该字符序列存到字典中。(b)并用字典的地址(编码)作为这个字符序并用字典的地址(编码)作为这个
2、字符序 列的代码,替换原图像中的字符序列。列的代码,替换原图像中的字符序列。(c)下次再碰到相同的字符序列,就用字典的下次再碰到相同的字符序列,就用字典的 地址代替字符序列。地址代替字符序列。7.3.2 LZWLZW编码编码第第七七章章 图图像像压压缩缩3 LZW编码例子:编码例子:第第七七章章 图图像像压压缩缩7.3.2 LZWLZW编码编码 压压缩缩的的结结果果,除除了了压压缩缩图图像像外外,不不需需要要传传输输压压缩缩过过程程中中形形成成的的字字典典,而而在在解解压压缩缩时时,临临时时恢恢复这个字典。复这个字典。第第七七章章 图图像像压压缩缩 1.预测编码的基本思想预测编码的基本思想 通
3、过仅提取每个像素中的新信息通过仅提取每个像素中的新信息,并对它们编并对它们编码来消除像素间的冗余。码来消除像素间的冗余。一个像素的新信息定义为该像素的当前值与预一个像素的新信息定义为该像素的当前值与预测值的差。测值的差。正是由于像素间有相关性,所以才使预测成为正是由于像素间有相关性,所以才使预测成为可能。可能。7.3.4 无损预测编码无损预测编码第第七七章章 图图像像压压缩缩 fn2.无损预测编码无损预测编码 无损预测编解码系统无损预测编解码系统预测器预测器最接近最接近的整数的整数+-符号符号编码编码压缩图像en输入图像fn预测器预测器符号符号解码解码+压缩图像en解压缩图像fn fn解码解码
4、编码编码第第七七章章 图图像像压压缩缩7.3.4 无损预测编码无损预测编码第第七七章章 图图像像压压缩缩7.3.4 无损预测编码无损预测编码第第七七章章 图图像像压压缩缩1.有损压缩概述:有损压缩概述:有损压缩是:有损压缩是:牺牲图像复原的准确度以换取压缩能力的增加。牺牲图像复原的准确度以换取压缩能力的增加。如果产生的失真可以容忍,则压缩能力的增加是有效的。如果产生的失真可以容忍,则压缩能力的增加是有效的。有损压缩方法的压缩比:有损压缩方法的压缩比:在图像压缩比大于在图像压缩比大于30:1时,仍然能够重构图像。时,仍然能够重构图像。在图像压缩比为在图像压缩比为10:1到到20:1时,重构图像与
5、原图几乎没有时,重构图像与原图几乎没有差别。差别。无损压缩的压缩比很少有能超过无损压缩的压缩比很少有能超过3:1的。的。有损压缩和无损压缩的根本差别在于有没有量化模块。有损压缩和无损压缩的根本差别在于有没有量化模块。7.4 有损压缩有损压缩第第七七章章 图图像像压压缩缩 有损预测编码和变换编码都是有损压缩。有损预测编码和变换编码都是有损压缩。有损预测编码系统:有损预测编码系统:直接对像素在图像空间进行直接对像素在图像空间进行操作操作,称为空域方法。称为空域方法。变换编码:变换编码:基于图像变换的编码方法,称为变换基于图像变换的编码方法,称为变换域(频域)方法。域(频域)方法。7.4.1 有损预
6、测编码有损预测编码第第七七章章 图图像像压压缩缩2 有损预测的基本思想有损预测的基本思想 对对预预测测误误差差进进行行量量化化,通通过过消消除除视视觉觉心心理理冗冗余,达到对图像进一步压缩的目的。余,达到对图像进一步压缩的目的。3 算法的演变算法的演变a)a)无损预测压缩的基础是:无损预测压缩的基础是:原图像值原图像值f fn n与预测值与预测值 之间的误差之间的误差e en n。有公式:有公式:解码与编码使用相同的预测器解码与编码使用相同的预测器b)有损预测编码的演变有损预测编码的演变引入量化引入量化第第七七章章 图图像像压压缩缩4 有损预测编码系统有损预测编码系统 +符号符号符号符号编码编
7、码编码编码预测器预测器预测器预测器压缩图像压缩图像输入图像输入图像enfn fn+-量化器量化器量化器量化器编码编码+符号符号符号符号解码解码解码解码预测器预测器预测器预测器解压缩图像解压缩图像压缩图像压缩图像 fn解码解码第第七七章章 图图像像压压缩缩7.4.1 有损预测编码有损预测编码 量化器插在符号编码器和预测误差产生处之量化器插在符号编码器和预测误差产生处之间,把原来无损编码器中的整数舍入模块吸收了进间,把原来无损编码器中的整数舍入模块吸收了进来来 量化器将预测误差映射到输出量化器将预测误差映射到输出 中,中,确定确定了了有损预测编码中的压缩量和失真量有损预测编码中的压缩量和失真量 反
8、馈环的输入是过去预测和与其对应的量化反馈环的输入是过去预测和与其对应的量化误差的函数误差的函数第第七七章章 图图像像压压缩缩 基于基于图像变换图像变换的编码方法。的编码方法。用一个可逆的、线性的变换(如傅立叶变换),用一个可逆的、线性的变换(如傅立叶变换),把图像映射到变换系数集合,然后对该系数集合把图像映射到变换系数集合,然后对该系数集合进行量化和编码。进行量化和编码。大多数图像变换得到的系数值都很小,这些系数大多数图像变换得到的系数值都很小,这些系数可以较粗地量化,或忽略不计,且仅以较小的图可以较粗地量化,或忽略不计,且仅以较小的图像失真为代价。像失真为代价。虽然失真很小,信息仍然不能完全
9、复原,所以还虽然失真很小,信息仍然不能完全复原,所以还是有损压缩。是有损压缩。7.4.2 变换编码变换编码7.4.2.1 变换编码的基本思想变换编码的基本思想第第七七章章 图图像像压压缩缩变换编码的基本思想变换编码的基本思想举例举例 原始图像原始图像相应的相应的DCTDCT系数系数52 55 61 66 70 61 64 7363 59 66 90 109 85 69 7262 59 68 113 144 104 66 7363 58 71 122 154 106 70 6967 61 68 104 126 88 68 7079 65 60 70 77 68 58 7585 71 64 59
10、55 61 65 8387 79 69 68 65 76 78 94-415-29-6225 55-20-1 3 7 -21-629 11-7 -6 6-46 8 77 -25 -30 10 7-5-50 13 35 -15 -9 6 0 3 11 -8 -13 -2 -1 1 -4 1-10 1 3 -3 -1 0 2-1-4 -1 2 -1 2-3 1-2-1 -1 -1 -2 -1-1 0-17.4.2.1 变换编码的基本思想变换编码的基本思想第第七七章章 图图像像压压缩缩变换编码系统变换编码系统7.4.2.2 变换编码系统变换编码系统输入图像输入图像(N N N)N)正向变换正向变换正
11、向变换正向变换量化器量化器量化器量化器符号符号符号符号编码器编码器编码器编码器构造构造构造构造n n n n n n n n的子图的子图的子图的子图压缩图像压缩图像编码器编码器符号符号符号符号解码器解码器解码器解码器逆向变换逆向变换逆向变换逆向变换合成合成合成合成n n n n n n n n的子图的子图的子图的子图压缩的图像压缩的图像解压图像解压图像解码器解码器第第七七章章 图图像像压压缩缩 构造子构造子图图像:像:一幅一幅N N图图像先被分解成尺寸像先被分解成尺寸为为n n的子的子图图像,通像,通过变换这过变换这些子些子图图像,得到像,得到(N/n)2个个n n的子图像变的子图像变换数组。
12、换数组。正向变换:正向变换:目的是解除每个子图像内部像素之间的相关性,目的是解除每个子图像内部像素之间的相关性,或将尽可能多的信息集中到尽可能少的变换系数上。或将尽可能多的信息集中到尽可能少的变换系数上。量化:量化:有选择地消除或较粗糙地量化携带信息最少的系数,有选择地消除或较粗糙地量化携带信息最少的系数,因为它们对重建的子图像的质量影响最小。因为它们对重建的子图像的质量影响最小。符号编码:符号编码:对量化的系数进行编码(常利用变长码)。对量化的系数进行编码(常利用变长码)。7.4.2.2 变换编码系统变换编码系统第第七七章章 图图像像压压缩缩 变换的选择变换的选择 子图尺寸的选择子图尺寸的选
13、择 位分配位分配7.4.2.3 实现实现变换压缩算法的主要问题变换压缩算法的主要问题第第七七章章 图图像像压压缩缩 1.变换的选择变换的选择可以选择的变换可以选择的变换1)Karhunen-Loeve变换变换(KLT)2)离散傅立叶变换(离散傅立叶变换(DFT)3)离散余弦变换(离散余弦变换(DCT)4)Walsh-Hadamard变换(变换(WHT)5)小波变换等小波变换等7.4.2.3 实现实现变换压缩算法的主要问题变换压缩算法的主要问题第第七七章章 图图像像压压缩缩对变换的评价对变换的评价按信息封装能力排序:按信息封装能力排序:KLT,DCT,DFT,WHT 但但KLT的基图像是数据依赖
14、的,计算量大,因的基图像是数据依赖的,计算量大,因而很少使用。而很少使用。DFT的块效应严重。常用的是的块效应严重。常用的是DCT,已被国际标准采纳,作成芯片。其优点有:已被国际标准采纳,作成芯片。其优点有:(1)基本没有块效应。基本没有块效应。(2)信息封装能力强,把最多的信息封装在最少信息封装能力强,把最多的信息封装在最少的系数中。的系数中。7.4.2.3 实现实现变换压缩算法的主要问题变换压缩算法的主要问题第第七七章章 图图像像压压缩缩7.4.2.3 实现实现变换压缩算法的主要问题变换压缩算法的主要问题2.子图像尺寸的选择子图像尺寸的选择子图像尺寸的选择有两个原则:子图像尺寸的选择有两个
15、原则:子子图图的的长长和和宽宽n应应该该是是2的的整整数数次次幂幂,为为便便于于降降低低计计算算复杂度。复杂度。n一般选为一般选为8 8或或16 16。由实践得到:由实践得到:随着随着n的增加,块效应相应减少。的增加,块效应相应减少。N N N Nn nn nn nn nn nn n第第七七章章 图图像像压压缩缩3.53.53.03.02.52.52.02.0 1.5 1.5 1.0 1.0 0.5 0.5 0 0 2 2 2 42 4 4 84 8 8 8 16 16 16 3216 32 3232均均方方根根误误差差子图像尺寸子图像尺寸FourierWalsh-HadamardCosine
16、变换编码重建误差与子图像尺寸的关系变换编码重建误差与子图像尺寸的关系7.4.2.3 实现实现变换压缩算法的主要问题变换压缩算法的主要问题第第七七章章 图图像像压压缩缩1BMP图像文件格式图像文件格式 不进行任何压缩。不进行任何压缩。2PCX图像文件格式编码形式图像文件格式编码形式 图像数据以压缩的方式存放,采用扫描线游程图像数据以压缩的方式存放,采用扫描线游程压缩编码。以重复数据为压缩对象。压缩编码。以重复数据为压缩对象。7.5 静态图像的一些主要数据文件压静态图像的一些主要数据文件压缩方式缩方式第第七七章章 图图像像压压缩缩3TIFF图像文件格式编码形式图像文件格式编码形式 TIFF不是一种
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- 数字图像 处理 图像 编码
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