5-Lecture-图像编码1

计算机图像处理

Ch5背景：

图像编码

图像数据：2D数组表示，数据量大，存储、处理、传输图像信息量大、海量信息处理，对信息的存储、处理和传输带来很多问题。设法减少表达图像信息的数据量：图像编码。图像编码解决图像数据量大的问题，因此又称图像压缩。图像编码：图像压缩、图像存储、图像传输数据与信息：不同的概念

数据是信息载体。给定量的信息可用不同数据表示。----图像冗余

图像编码与解码图像编码，消除图像冗余，将图像数据转换成尽可能不相关的数据图像解码，解压缩，重建图像

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图像编码分类数据压缩方法根据问题具体确定信息保存、信息损失信息论中的信源编码统计模型无失真编码有失真编码允许图像具有一定失真度，应用各种编码技术，使压缩比最大 C= m/ n m,n为压缩前后像素的平均bit数

理论基础信息论图象处理的概念与技术图像编码的依据：图像存在信息冗余度。象素间的相关性；视觉特性对颜色的敏感存在局限性。数据压缩:对于给定的信息量，按照某种规则设法减少表达这些信息的数据量。

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信息冗余度图像质量要求 80年代静止图像 90年代运动图像 DCT DPCM(Differential pulse code modulation)应用数据压缩信息保持，研究如何在保证一定的质量情况下，减少图像的bit数。数据传输保持合理的保真度特征提取减少数据量、保持主要信息压缩比图像压缩前后的每个像素的平均比特数之比 C= m/n目前，电视的压缩比 C=3/1比较难可视电话 C=1500/1可以硬件实现方法平均信息量预测法变换法其他方法帧间编码帧内编码

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信源编码无失真编码香农定理有失真编码允许图像在一定失真度情况下，应用各种编码技术，使压缩比达到最大图像压缩多少除与图像本身的冗余度有关外，很大程度上与图像质量要求有关。

利用图像冗余度，从解除图像相关性进行信息压缩编码有两种主要方法：正交变换编码预测编码另一个分类方法帧内编码帧间编码

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基础

基本概念与理论

简单编码方法图像编码技术预测编码方法变换编码方法

应用

国际编码标准

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z

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编码冗余码本表达一定量信息或一组事件的系列符号(字母，数字等)码字对每个信息或事件所赋的码符号序列码长每个码字中的符号的个数

l(sk)表示灰度sk的比特数

如果用较少的比特数表示出现概率较大的灰度级，用较多的比特数表示较少

的灰度级 ---变长编码

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最简单的二元码本称为自然码码字：每个信息或事件所赋的码为2^m个m比特的二元码中的一个，码长m

一般说来，如果编码没有充分利用编码对象的概率特性就会产生编码冗余。像素冗余像素间相关性密切相关的数据冗余几何冗余空间冗余

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上述图像具有相同的目标、几乎相同的直方图，但图像间的相关性大不相同。与像素间相关性直接联系的数据冗余 ----像素间冗余(空间/几何冗余)

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心理视觉冗余眼睛并非对所有的视觉信息具有相同的敏感度。电视中的隔行扫描---视觉冗余

图像信息的冗余空间冗余：像素间的相关性时间冗余：图像序列间的相关性信息熵冗余：编码冗余结构冗余：纹理的相似性知识冗余：根据几个特征数据就可以判断物体.视觉冗余：视觉的局限性其它冗余：图像空间的其他特征的冗余。

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保真度准则客观保真度 e( x, y )= f ( x, y ) f ( x, y )

ε ( x, y )= 1

N

2

∑∑ e ( x, y)2

e( x, y )= g ( x, y ) f ( x, y ) erms=[e 2]1/ 2 ( SNR ) rms=∑∑ g 2 ( x, y )/∑∑ e 2 ( x, y )x y x y

g ( x, y )= f ( x, y )+ e( x, y )

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主观保真度准则主观评价：优、好、pass、边缘、劣、不可用

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图像

映射变换器

量化器

编码器

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图像编码模型

输入图像

信源编码器编码器

信道编码器

信道

信道解码器

信源解码器解码器

输出图像

如果信道没有噪声，信道编码/解码不需要编码器：由除去冗余的信源编码器和增强信源编码器输出抗噪能力的信道编码器组成解码器：信道解码与信源解码器组成

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1.信源编码器与信源解码器减少或消除输入图像中的编码冗余、像素间冗余、心理视觉冗余一般情况下，编码器包括3个独立操作，解码器包括2个独立操作信源编码器输入图像

映射器

量化器

符号编码器

信道

信道

符号解码器

反映射器

输出图像

信源解码器

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映射器量化器

输入数据变换减少数据冗余----可反转根据保真度准则减少映射器输出精度，可减少视觉冗余---不可逆量化器不可用在无失真编码中！!

符号器

产生表达量化器输出的码本，并根据码本输出一般情况下可采用变长编码表达映射和量化后的数据将最短的码赋给最频繁出现的输出值---减少编码冗余编码器中不一定都包含上述三个模块另外,物理实现上可能将不同模块结合起来

解码器主要是对符号解码器和映射器的逆操作

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信道编码器和解码器信源编码器输出的数据一般很少数据冗余，对信道传输中的噪声很敏感。信道编码器作用：把可控制的冗余加入信源编码后的码字以减少信道噪声影响。最常用的信道编码技术 Hamming

提出原理：在编码的码字后增加足够比特位保证各个正确的码字之间至少有一定数量的比特位不相同。让正确的码字间最小距离大于某个特定值。码字间距离码字转换改变的码的位数 Hamming指出 3个比特的冗余加到4比特的码字上，那么任意两个正确的码字之间的距离为3