数字图像的压缩编码.pptx

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1、预测编码预测编码 DPCM编编码码性性能能的的优优劣劣，很很大大程程度度上上取取决决于于预预测测器器的的设设计计，预预测测器器的的输输出出是是输输入入数数据据的的线线性性组组合合。而而预预测测器器的的设设计计主主要要是是确确定定预预测测器器的的阶阶数数N，以以及及各各个个预预测测系数。系数。例如一个四阶预测器可表示为：例如一个四阶预测器可表示为：当当像像素素距距离离增增大大时时，其其相相关关性性急急剧剧减减弱弱，因因此此预预测测器器的的阶阶数数不不宜宜取取得得过过大大。实实验验表表明明，对对于于一一般般图图像像，取取N=4就就足足够够了了。当当N5时时，预预测测效效果的改善程度已不明显。果的改

2、善程度已不明显。第1页/共54页预测编码预测编码 给给上上式式的的系系数数赋赋予予不不同同的的值值，可可得得到到不不同同的的预预测测器器。4个例子如下：个例子如下：是一个自适应预测器。是一个自适应预测器。第2页/共54页预测编码预测编码 由由上上面面图图可可以以看看出出，视视觉觉感感受受到到的的误误差差随随预预测测器器阶阶数数的增加而减少。的增加而减少。第3页/共54页3.4 3.4 变换编码变换编码第4页/共54页变换编码变换编码 图图像像变变换换编编码码的的基基本本概概念念是是：将将空空间间域域里里描描述述的的图图像像，经经过过某某种种变变换换（常常用用的的是是二二维维正正交交变变换换，如

3、如傅傅立立叶叶变变换换、离离散散余余弦弦变变换换、沃沃尔尔什什变变换换等等）在在变变换换域域中中进行描述，达到进行描述，达到改变能量分布改变能量分布的目的。的目的。将将图图像像能能量量在在空空间间域域的的分分散散分分布布变变为为在在变变换换域域的的能能量量的的相相对对集集中中分分布布，这这样样有有利利于于进进一一步步采采用用其其它它的的处处理理方方式式，如如“之之”字字形形扫扫描描、自自适适应应量量化化、变变长长编编码码等，从而获得对图像信息的有效压缩。等，从而获得对图像信息的有效压缩。第5页/共54页变换编码变换编码 图图像像正正交交变变换换实实现现数数据据压压缩缩的的物物理理本本质质在在于

4、于：经经过过多多维维坐坐标标系系中中适适当当的的坐坐标标旋旋转转和和变变换换，能能够够把把接接近近均均匀匀散散布布在在各各个个坐坐标标轴轴上上的的原原始始图图像像数数据据，变变换换到到新新的的适适当当坐坐标标系系中中，集集中中在在少少数数坐坐标标上上，因因此此可可用用较较少少的的编编码码比比特特来来表表示示一一副副子子图图像像，实现高效率的压缩编码。实现高效率的压缩编码。第6页/共54页变换编码变换编码 大大多多数数图图像像的的统统计计特特性性表表明明，图图像像经经过过正正交交变变换换以以后后，在在变变换换域域中中，数数值值大大的的系系数数往往往往集集中中在在低低频频区区域域，数数值值较较小小

5、的的系系数数分分布布在在高高频频区区域域。也也就就是是说说，通通过过正正交交变变换换，能能量量变变得得相相对对集集中中，选选择择适适合合的的量量化化器器使使大大部部分分系系数数近近似似为为零零，这这些些数数据据不不予予传传送送，从从而而达达到到数数据压缩的目的。据压缩的目的。第7页/共54页变换编码变换编码 一个实例：一个实例：对一幅对一幅88的子图像进行的子图像进行DCT变换：变换：第8页/共54页离散余弦变换编码离散余弦变换编码 离散余弦变换编码离散余弦变换编码 在在目目前前常常用用的的正正交交变变换换中中，DCT变变换换其其性性能能接接近近最最佳佳，仅仅次次于于K-L变变换换，所所以以D

6、CT变变换换被被认认为为是是一一种种准准最最佳变换。佳变换。另另一一方方面面，DCT变变换换矩矩阵阵与与图图像像内内容容无无关关，而而且且由由于于它它是是构构造造成成对对称称的的数数据据序序列列，从从而而避避免免了了子子图图像像边边界界处处的的跳跳跃跃和和不不连连续续性性，并并且且也也有有快快速速算算法法，所所以以在在图像编码的应用中，往往都采用二维图像编码的应用中，往往都采用二维DCT。第9页/共54页离散余弦变换编码离散余弦变换编码第10页/共54页离散余弦变换编码离散余弦变换编码 根根据据DCT系系数数集集中中在在低低频频区区域域、越越是是高高频频区区域域系系数数值值越越小小的的特特点点

7、，根根据据人人眼眼的的视视觉觉特特性性，通通过过设设置置不不同同的的视视觉觉域域值值或或量量化化电电平平，将将许许多多能能量量较较小小的的高高频频分分量量量量化化为为0，可可以以增增加加变变换换系系数数中中“0”的的个个数数，同同时时保保留留能能量量较较大大的的系系数数分分量量，从从而获得进一步的压缩。而获得进一步的压缩。第11页/共54页离散余弦变换编码离散余弦变换编码 离散余弦变换编码程序实例：离散余弦变换编码程序实例：第12页/共54页离散余弦变换编码离散余弦变换编码 采采用用DCT算算法法的的图图像像压压缩缩编编码码的的基基本本框框图图如如下下图图所所示示。这这实实际际上上是是和和静静

8、止止图图像像压压缩缩编编码码的的国国际际标标准准JPEG的的基基本本压压缩缩系系统统是是一一致致的的。在在JPEG的的基基本本系系统统中中，就就是采用二维是采用二维DCT的算法作为压缩的基本方法。的算法作为压缩的基本方法。第13页/共54页变换编码变换编码 正交变换编码压缩的基本原理：正交变换编码压缩的基本原理：(1)正正交交变变换换是是一一种种数数据据处处理理手手段段，它它将将被被处处理理的的数数据据按按照某种变换规则映射到另一个域中去处理。照某种变换规则映射到另一个域中去处理。(2)正正交交变变换换有有一一维维、二二维维和和多多维维等等不不同同的的处处理理方方式式，由由于于图图像像可可以以

9、看看成成是是二二维维数数据据矩矩阵阵，所所以以在在图图像像编编码码中中多多采用二维正交变换的方式。采用二维正交变换的方式。(3)如如果果将将一一幅幅图图像像作作为为一一个个二二维维矩矩阵阵，则则其其正正交交变变换换的的计计算算量量也也太太大大，难难以以实实现现。所所以以在在实实用用中中，先先将将一一幅幅图图像像分分割割成成一一个个个个小小图图像像块块，通通常常是是88或或1616的的小小方方块块，正交变换就是以这些小图像块为单位进行的。正交变换就是以这些小图像块为单位进行的。第14页/共54页变换编码变换编码(4)统统计计上上彼彼此此密密切切相相关关的的像像素素所所构构成成的的矩矩阵阵通通过过

10、线线性性正正交交变变换换，变变成成统统计计上上彼彼此此较较为为相相互互独独立立、甚甚至至达达到到完完全全独独立立的的变变换换系系数数所所构构成成的的矩矩阵阵，这这就就是是通通常常所所说说的的图图像像变换或变换编码。变换或变换编码。(5)信信息息论论的的研研究究表表明明，正正交交变变换换不不改改变变信信源源的的熵熵值值，变变换换前前后后图图像像的的信信息息量量并并无无损损失失，完完全全可可以以通通过过反反变变换换得得到到原原来来的的图图像像值值。只只是是经经正正交交变变换换后后，数数据据的的分分布布发发生生了了很很大大的的改改变变，系系数数(变变化化后后产产生生的的数数据据)向向新新坐坐标标系系

11、中中的的少少数数坐坐标标集集中中，如如集集中中于于少少数数的的直直流流或或低低频频分分量量的的坐标点。坐标点。第15页/共54页变换编码变换编码(6)尽尽管管正正交交变变换换本本身身并并不不压压缩缩数数据据量量，但但它它为为在在新新坐坐标标系系中中的的数数据据压压缩缩创创造造了了条条件件。因因为为变变换换去去除除了了大大部部分分的的相相关关性性，系系数数分分布布相相对对集集中中，便便于于用用变变长长编编码码等等方法来达到压缩数据的目的。方法来达到压缩数据的目的。第16页/共54页变换方式的比较变换方式的比较 傅傅立立叶叶变变换换是是应应用用最最早早的的变变换换之之一一，具具有有快快速速算算法法

12、，但但它它的的不不足足之之处处在在于于子子图图像像的的变变换换系系数数在在边边界界处处的的不不连连续续而而造造成成恢恢复复的的子子图图像像在在其其边边界界也也不不连连续续，于于是是由由各各恢恢复复子子图图像像构构成成的的整整幅幅图图像像将将呈呈现现隐隐约约可可见见的的子子图图像像的的方方块块状状结结构构，影影响响图图像像质量。质量。傅立叶变换：傅立叶变换：几种变换方式的比较：几种变换方式的比较：第17页/共54页变换方式的比较变换方式的比较 DCT变变换换是是在在实实际际中中应应用用最最多多的的变变换换编编码码，其其性性能能接接近近于于K-L变变换换。另另外外，其其变变换换矩矩阵阵与与图图像像

13、内内容容无无关关，而而且且由由于于它它构构造造对对称称的的数数据据序序列列，避避免免了了子子图图像像边边界界处处的的跳跳跃跃及及引引起起Gibbs效效应应，也也有有快快速速算算法法，并并在在市市场场上上有有许许多多DCT的的ASIC芯芯片片，因因而而是是变变换换的的主主流流，是是许许多多国际编码标准的选择。国际编码标准的选择。DCT变换：变换：沃沃尔尔什什算算法法简简单单（只只有有加加减减法法），因因而而运运算算速速度度快快，适适用用于于高高速速实实时时系系统统，而而且且也也容容易易硬硬件件实实现现，但但性性能能比比DCT变换差一些。变换差一些。沃尔什变换：沃尔什变换：第18页/共54页3.5

14、 3.5 活动图像编码活动图像编码第19页/共54页活动图像编码活动图像编码 活活动动图图像像信信号号，就就是是通通常常所所说说的的电电视视信信号号或或视视频频信信号号，经过数字化以后即数字视频信号，也称为数字序列图像。经过数字化以后即数字视频信号，也称为数字序列图像。对对于于活活动动图图像像的的编编码码有有两两个个基基本本的的要要求求，即即实实时时性性和和高高效效性性。一一方方面面在在活活动动图图像像编编码码系系统统中中，图图像像的的内内容容在在不不断断发发生生变变化化，图图像像传传输输系系统统必必须须能能实实时时地地对对活活动动的的电电视视图图像像进进行行编编码码传传输输，接接收收端端才才

15、能能解解码码恢恢复复连连续续的的活活动动图图像像；另另一一方方面面，由由于于活活动动图图像像的的内内容容丰丰富富，信信息息量量大大，所所需需的的数数码码率率很很高高，因因此此必必须须采采用用高高效效的的适适应应活活动动图图像像的压缩编码。的压缩编码。第20页/共54页活动图像编码活动图像编码 下下图图为为活活动动图图像像编编码码传传输输系系统统的的基基本本框框图图。与与静静态态图图像像传传输输系系统统相相比比，两两者者之之间间的的主主要要差差别别在在于于活活动动图图像的编码传输系统中必须要有一个传输缓冲存储器。像的编码传输系统中必须要有一个传输缓冲存储器。第21页/共54页活动图像编码活动图像

16、编码 活活动动图图像像的的压压缩缩编编码码主主要要从从两两方方面面着着手手，既既考考虑虑利利用用每每幅幅图图像像内内部部的的相相关关性性进进行行所所谓谓的的帧帧内内压压缩缩编编码码，又又要要考考虑虑利利用用相相邻邻帧帧之之间间的的相相关关性性进进行行所所谓谓帧帧间间压压缩缩编编码码，这样得到的码率才可能达到最佳。这样得到的码率才可能达到最佳。帧帧内内编编码码即即对对单单幅幅图图像像进进行行编编码码，原原则则上上说说，主主要要有有变变换换编编码码和和预预测测编编码码两两种种基基本本类类型型；帧帧间间编编码码主主要要有有以以下两种方法：下两种方法：帧间预测编码帧间预测编码 运动估计与补偿预测运动估

17、计与补偿预测第22页/共54页帧间预测编码帧间预测编码 帧间预测的依据帧间预测的依据 如如果果编编码码时时能能充充分分利利用用序序列列图图像像在在时时间间轴轴方方向向的的相相关关性性进进行行预预测测，就就可可望望获获得得更更高高的的压压缩缩比比，这这就就是是帧帧间间预预测测编编码码的的出出发发点点。帧帧间间预预测测编编码码是是目前数字视频压缩编码采用的标志性技术。目前数字视频压缩编码采用的标志性技术。对对于于活活动动图图像像，由由于于相相邻邻帧帧的的时时间间间间隔隔很很短短(1/251/30s)，因因而而在在景景物物的的运运动动不不是是很很剧剧烈烈的的场场合合，相相邻邻帧帧的的相相似似的的部部

18、分分较较多多，即即它它们们之之间间的的相相关性很强。关性很强。第23页/共54页帧间预测编码帧间预测编码第24页/共54页帧间预测编码帧间预测编码对活动图像序列进行帧间编码的另一方面依据：对活动图像序列进行帧间编码的另一方面依据：在在活活动动图图像像编编码码中中，还还可可以以利利用用人人的的视视觉觉（信信宿宿）特特性性根根据据景景物物的的活活动动性性适适当当调调整整码码率率，这这即即所所谓谓空空间间分辨率与时间分辨率的交换分辨率与时间分辨率的交换。第25页/共54页帧间预测编码帧间预测编码 研研究究表表明明，人人类类视视觉觉对对图图像像中中的的静静止止部部分分有有较较高高的的分分辨辨率率，必必

19、须须给给予予充充分分的的空空间间（Spatial）分分辨辨率率，即即在在传传输输静静止止图图像像或或序序列列图图像像的的静静止止部部分分时时，要要保保证证较较高高的的水水平平和和垂垂直直分分辨辨率率；与与此此同同时时，可可以以减减少少传传输输帧帧数数，在在接接收收端端依依靠靠帧帧存存储储器器把把未未传传输输的的帧帧补补充充出出来来，而周期传输的数据对帧存储器起定期刷新的作用。而周期传输的数据对帧存储器起定期刷新的作用。第26页/共54页帧间预测编码帧间预测编码 另另一一方方面面，人人类类视视觉觉对对于于序序列列图图像像中中的的运运动动物物体体的的分分辨辨率率将将随随着着物物体体运运动动速速率率

20、的的增增大大而而显显著著降降低低，而而且且摄摄像像器器件件和和电电路路灵灵敏敏度度的的积积分分式式灵灵敏敏度度也也会会造造成成运运动动部部分分的的灵灵敏敏度度下下降降。此此外外，电电视视监监视视器器中中的的显显示示器器件件也也有有一一定定的的积积分分模模糊糊效效应应。这这样样，在在传传输输序序列列图图像像中中的的运运动动物物体体时时，可可以以降降低低这这部部分分图图像像的的清清晰晰度度，且且物物体体的的运运动动速速度度愈高，就可用更低的清晰度进行传输愈高，就可用更低的清晰度进行传输。第27页/共54页帧间预测编码帧间预测编码 根根据据图图像像的的内内容容在在清清晰晰度度和和活活动动性性（帧帧间

21、间）之之间间进进行行调调整整，可可以以使使重重建建图图像像在在视视觉觉上上保保持持一一致致的的主主观观效效果果，这这种种方方法法就就叫叫做做空空间间分分别别率率和和时时间间分分别别率率的交换。的交换。第28页/共54页运动估计与补偿预测运动估计与补偿预测 简简单单的的帧帧间间预预测测（帧帧差差FD）可可以以对对于于静静止止区区域域进进行行很很好的预测，但对于图像序列中的活动物体则无能为力。好的预测，但对于图像序列中的活动物体则无能为力。这这种种考考虑虑了了对对应应区区域域的的位位移移或或运运动动的的预预测测方方式式就就称称为为运动补偿预测编码。运动补偿预测编码。对对于于运运动动的的物物体体，如

22、如果果能能估估计计出出物物体体在在相相邻邻帧帧内内的的相相对对位位移移，那那么么用用上上一一帧帧中中物物体体的的对对应应区区域域对对当当前前帧帧物物体体进进行行预预测测，编编码码传传输输位位移移预预测测的的误误差差部部分分，就就可可以以压压缩缩这部分区域的码率。这部分区域的码率。运动估计与补偿预测运动估计与补偿预测第29页/共54页运动估计与补偿预测运动估计与补偿预测 基于块的运动补偿预测基于块的运动补偿预测 由由于于实实际际的的序序列列图图像像内内容容千千差差万万别别，把把运运动动物物体体以以整整体体形形式式划划分分出出来来是是极极其其困困难难的的，目目前前广广泛泛应应用用的的是是块块匹匹配

23、运动补偿预测。配运动补偿预测。基基于于块块的的运运动动补补偿预测示意图：偿预测示意图：这这种种方方法法是是：把把一一幅幅图图像像分分为为互互不不重重叠叠的的NN个个像像素素子子块块，然然后后对对每每个个子子块块估估计计所所谓谓位位移移矢矢量量或或运运动动矢矢量量D(dx,dy)，并将它编码传送到接收端。，并将它编码传送到接收端。第30页/共54页3.6 3.6 有关图像压缩编码有关图像压缩编码的国际标准的国际标准第31页/共54页图像压缩编码标准图像压缩编码标准 从从1948年年Oliver提提出出PCM(Pulse Code Modulation,脉脉冲冲编编码码调调制制)编编码码理理论论开

24、开始始，数数字字图图像像压压缩缩编编码码的的研研究究迄迄今今已已有有半半个个多多世世纪纪的的历历史史，人人们们已已经经研研究究并并提提出出各各种种各各样样的的压压缩缩方方法法。到到70年年代代末末，图图像像编编码码日日臻臻成成熟熟，其其标标志志就是各种图像编码的国际标准的制定。就是各种图像编码的国际标准的制定。ITU(原原CCITT)关关于于电电视视电电话话/会会议议电电视视的的视视频频编编码码标准标准H.261/H.263标准标准ISO/IEC关于静止图像的关于静止图像的JPEG系列标准系列标准ISO/IEC关于运动图像的关于运动图像的MPEG系列标准系列标准第32页/共54页图像压缩编码标

25、准图像压缩编码标准 ISO/IEC的的联联合合技技术术委委员员会会自自20世世纪纪90年年代代以以来来，先先后后颁颁布布了了一一系系列列图图像像和和视视频频编编码码的的国国际际标标准准，进进一一步步促促进进了了多多媒媒体体与与图图像像业业务务的的全全面面发发展展。主主要要包包括括两两个个方面：方面：JPEG与与MPEG 关于静止图像编码的关于静止图像编码的JPEG标准标准 关于运动图像编码的关于运动图像编码的MPEG标准标准第33页/共54页图像压缩编码标准图像压缩编码标准JPEG标准标准 JPEG(Joint Photographic Expert Group)即即联联合合图图像像专专家家小

26、小组组，其其中中联联合合的的含含义义是是指指CCITT和和ISO。该该专专家家组组多多年年来来一一直直致致力力于于标标准准化化工工作作，他他们们开开发发研研制制出出连连续续色色调调、多多级级灰灰度度、静静止止图图像像的的数数字字图图像像压压缩缩编编码码方方法法，这这些些编编码方法称为码方法称为JPEG算法。算法。JPEG算算法法被被确确定定为为JPEG国国际际标标准准，它它是是彩彩色色、灰灰度度、静静止止图图像像压压缩缩编编码码的的第第一一个个国国际际标标准准。JPEG标标准准是是一一个个适适用用范范围围很很广广的的通通用用标标准准，它它不不仅仅广广泛泛应应用用于于诸诸如如卫卫星星图图片片、图

27、图像像文文献献资资料料、医医疗疗图图片片以以及及新新闻闻图图片片等等静静止止图图像像的的保保存存和和传传输输领领域域，而而且且也也被被应应用用于于电电视视图图像像序序列列的的帧帧内内图图像编码。像编码。第34页/共54页图像压缩编码标准图像压缩编码标准 JPEG算算法法使使用用了了两两类类压压缩缩编编码码方方法法：无无失失真真编编码码与与失失真编码。真编码。无无失失真真编编码码主主要要是是由由熵熵编编码码实实现现，包包括括Huffman编编码码(又又包括固定方式和自适应方式包括固定方式和自适应方式)和算术编码。和算术编码。第35页/共54页图像压缩编码标准图像压缩编码标准 失失真真编编码码主主

28、要要包包括括：预预测测编编码码(包包括括帧帧内内和和帧帧间间预预测测)、正正交交变变换换(包包括括K-L变变换换、DFT变变换换、DCT变变换换等等)、矢矢量量量量化化(包包括括多多段段VQ、分分离离VQ和和全全搜搜索索VQ等等)、分分层层编编码码(包包括括位位平平面面法法、四四叉叉树树法法和和逐逐次次生生成成法法等等)、频频带带分分割割法法(包包括括子子带带编编码码和和块块切切割割法法)以以及及模模型型编编码码(包包括括轮轮廓廓编编码码、分分形形编码以及其它基于模型编码的方法编码以及其它基于模型编码的方法)。第36页/共54页图像压缩编码标准图像压缩编码标准MPEG标准标准 MPEG(Mov

29、ing Picture Expert Group)即即运运动动图图像像专专家家小小组组，该该专专家家组组成成立立于于1988年年，在在ISO和和IEC的的管管辖辖下下，有有约约300名名专专家家分分11个个小小组组进进行行工工作作。现现已已公公布布的的标标准准有有MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7，2000年年3月月，MPEG会会议议成成立立MPEG-21工工作作组组，进进行新一代行新一代MPEG标准的研究开发。标准的研究开发。第37页/共54页图像压缩编码标准图像压缩编码标准 MPEG-1建建议议用用于于数数字字存存储储回回放放系系统统的的音音视视频频编编码码，其其典典型

30、型的的应应用用场场合合为为视视频频家家电电设设备备，如如VCD，以以及及在在一一些居民小区的视频点播些居民小区的视频点播VCD系统；系统；MPEG-2是是通通用用的的音音视视频频编编码码系系统统，其其主主要要应应用用的的范范围围是是数数字字电电视视广广播播，包包括括标标准准清清晰晰度度和和高高清清晰晰度度电电视视等等，以以及及DVD系系统统，使使广广播播电电视视从从模模拟拟体体制制转转向向数数字字体制。体制。可可以以说说ITU的的H.320标标准准把把数数字字视视频频引引入入企企业业、办办公公室，室，ISO的的MPEG-1、2则把数字视频引入到千家万户。则把数字视频引入到千家万户。第38页/共

31、54页图像压缩编码标准图像压缩编码标准 MPEG-4中中引引入入了了音音、视视频频对对象象的的概概念念，可可以以处处理理各各种种不不同同性性质质的的音音视视频频对对象象，包包括括自自然然的的、综综合合的的、静静止止的的、活活动动的的，以以及及二二维维、三三维维等等各各种种情情况况，通通过过对对象象的的组组合合描描述述场场景景，因因此此非非常常适适合合各各种种多多媒媒体体的的应应用用；特特别别是是对对于于视视觉觉对对象象，通通过过引引入入基基于于对对象象的的描描述述，用用形形状状参参数数描描述述任任意意形形状状的的视视频频对对象象，使使得得把把多多种种不不同同的的视视频频、图图像像内内容容任任意

32、意组组合合成成新新的的显显示示图图像像成成为为可可能能，突突破破了了原原来来只只能能以以帧帧为为单单位位进进行行描描述述的的限限制制。因因此此，MPEG-4的的应用更为广泛。应用更为广泛。第39页/共54页3.7 3.7 几种新兴的几种新兴的图像压缩编码方法图像压缩编码方法第40页/共54页新兴压缩编码方法新兴压缩编码方法小波变换编码小波变换编码模型基编码模型基编码分形图像编码分形图像编码第41页/共54页小波变换编码小波变换编码 小波变换编码小波变换编码 小小波波分分析析技技术术是是数数学学界界和和工工程程界界在在共共同同研研究究数数据据表表示示技技术术的的过过程程中中所所发发展展起起来来的

33、的理理论论，它它摒摒弃弃了了传传统统Fourier分分析析所所必必须须的的前前提提平平稳稳性性，成成为为分分析析非非平平稳稳信信号号的的有有力力工工具具。它它的的出出现现导导致致了了人人们们从从新新的的视视角角去去研研究究信信号号压压缩缩、噪噪声声滤滤波波等等信信号处理问题。号处理问题。第42页/共54页小波变换编码小波变换编码 图图像像的的傅傅立立叶叶变变换换，只只能能在在频频率率域域上上进进行行分分析析，是是完完整整的的时时间间域域和和频频率率域域相相对对应应的的变变换换。小小波波变变换换具具有有自自适适应的时频局部化特性。应的时频局部化特性。第43页/共54页小波变换编码小波变换编码 小

34、小波波具具有有“数数学学显显微微镜镜”之之称称，它它具具有有良良好好的的时时频频域域局局部部化化特特性性，小小波波基基的的紧紧支支性性和和小小波波分分解解的的多多尺尺度度结构，使小波能够以可变的分辨率对信号进行分析。结构，使小波能够以可变的分辨率对信号进行分析。小小波波变变换换就就是是一一种种将将图图像像分分解解成成与与人人类类视视觉觉特特性性相相匹匹配配的的不不同同分分辨辨率率、不不同同方方向向特特性性的的子子带带,并并使使能能量量集集中中在在某某些些子子带带的的变变换换,因因此此为为图图像像的的压压缩缩提提供供了了巨巨大大的的可能性。可能性。第44页/共54页小波变换编码小波变换编码 小波

35、变换编码示例小波变换编码示例第45页/共54页模型基编码模型基编码 模型基编码模型基编码 模模型型基基编编码码主主要要是是一一种种参参数数编编码码方方法法，因因此此它它与与基基于于保保持持信信号号原原始始波波形形的的所所谓谓波波形形编编码码相相比比有有着着本本质质的的区区别别。相相对对于于对对像像素素进进行行编编码码而而言言，对对参参数数的的编编码码所所需需的的比比特特数数少少得得多多，因因此此可可以以节节省省大大量量的的编编码数据。码数据。第46页/共54页模型基编码模型基编码 模模型型基基编编码码主主要要依依据据对对图图像像内内容容的的先先验验知知识识的的了了解解，根根据据掌掌握握的的信信

36、息息，编编码码器器对对图图像像内内容容进进行行复复杂杂的的分分析析，并并借借助助于于一一定定的的模模型型，用用一一系系列列模模型型的的参参数数对对图图像像内内容容进进行行描描述述，并并把把这这些些参参数数进进行行编编码码传传输输到到解解码码器器。解解码码器器根根据据接接收收到到的的参参数数和和同同样样方方法法建建立立的的模模型型可可以以重重建建图图像像内内容容。因因此此，此此类类编编码码器器也可称为分析综合编码器。也可称为分析综合编码器。第47页/共54页模型基编码模型基编码第48页/共54页分形编码分形编码 分形编码分形编码 分分形形是是20世世纪纪70年年代代出出现现的的一一门门非非线线性

37、性学学科科。分分形形一一词词最最早早由由数数学学家家Mandelbrot提提出出，用用以以描描述述这这样样的的几几何何外外形形，它它与与欧欧几几里里德德外外形形相相反反，处处处处无无规规则则可可言言，但但在在各各种尺度上都有同样程度的不规则性。种尺度上都有同样程度的不规则性。第49页/共54页分形编码分形编码 20世世纪纪80年年代代中中期期，Barnsley提提出出了了迭迭代代函函数数系系统统(IFS)的的分分形形图图像像压压缩缩编编码码方方法法，为为图图像像编编码码提提供供了了一一个个全全新新的的思思路路。在在此此之之后后，他他的的学学生生Jacquin又又提提出出分分块块的的迭迭代代变变

38、换换算算法法理理论论，为为利利用用计计算算机机自自动动进进行行分分形形压缩奠定了基础。压缩奠定了基础。从从分分形形的的角角度度，许许多多视视觉觉上上感感觉觉非非常常复复杂杂的的图图形形其其信信息息量量并并不不大大，可可以以用用算算法法和和程程序序集集来来表表示示，在在借借助助计计算算机机可可以以显显示示其其结结合合形形态态，这这就就是是可可以以用用分分形形的的方方法进行图像压缩的原因。法进行图像压缩的原因。第50页/共54页分形编码分形编码 对对于于分分形形图图像像压压缩缩，它它是是一一个个逆逆问问题题，即即把把欲欲编编码码的的图图像像当当作作一一组组压压缩缩仿仿射射变变换换的的迭迭代代极极限

39、限，假假如如能能够够找找到到这这些些压压缩缩仿仿射射变变换换的的参参数数，就就可可以以重重建建原原始始图图像像。为为此此寻寻找找一一个个压压缩缩仿仿射射变变换换，使使它它对对原原图图像像进进行行压压缩缩仿仿射射变变换换后后的的结结果果能能与与原原图图像像的的一一部部分分吻吻合合。如如果果原原图图像像各各个个部部分分均均可可被被对对原原图图的的不不同同压压缩缩仿仿射射变变换换的的结结果果所所覆覆盖盖，则则就就找找到到了了一一个个将将图图像像映射成自身的变换。映射成自身的变换。分分形形编编码码由由于于其其计计算算量量的的繁繁复复、庞庞大大，在在实实际际应应用中受到了限制。用中受到了限制。第51页/共54页Matlab软件介绍软件介绍 数字图像处理实验（一）：数字图像处理实验（一）：图像变换与基于变换的压缩编码图像变换与基于变换的压缩编码第52页/共54页Matlab软件介绍软件介绍 图像质量评价参数图像质量评价参数压缩比：压缩比：信号噪声比：信号噪声比：第53页/共54页感谢您的观看！第54页/共54页