《數(shù)字圖像處理》習(xí)題參考答案

1、數(shù)字圖像處理 習(xí)題參考答案第1章概述1.1 連續(xù)圖像和數(shù)字圖像如何相互轉(zhuǎn)換？答：數(shù)字圖像將圖像看成是許多大小相同、形狀一致的像素組成。這樣，數(shù)字圖像可以用二維矩陣表示。將自然界的圖像通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)成像并由電子器件或系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為模擬圖像（連續(xù)圖像）信號(hào)，再由模擬 /數(shù)字轉(zhuǎn)化器（adc）得到原始的數(shù)字圖像信號(hào)。圖像的數(shù)字 化包括離散和量化兩個(gè)主要步驟。在空間將連續(xù)坐標(biāo)過(guò)程稱為離散化，而進(jìn)一步將圖像的幅度值（可能是灰度或色彩）整數(shù)化的過(guò)程稱為量化。1.2 采用數(shù)字圖像處理有何優(yōu)點(diǎn)？答：數(shù)字圖像處理與光學(xué)等模擬方式相比具有以下鮮明的特點(diǎn)：1 .具有數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)共有的特點(diǎn)。（1）處理精度高。（2）重現(xiàn)性

2、能好。（3）靈活性高。2 .數(shù)字圖像處理后的圖像是供人觀察和評(píng)價(jià)的，也可能作為機(jī)器視覺(jué)的預(yù)處理結(jié)果。3 .數(shù)字圖像處理技術(shù)適用面寬。4 .數(shù)字圖像處理技術(shù)綜合性強(qiáng)。1.3 數(shù)字圖像處理主要包括哪些研究?jī)?nèi)容？答：圖像處理的任務(wù)是將客觀世界的景象進(jìn)行獲取并轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像、進(jìn)行增強(qiáng)、變換、編碼、恢復(fù)、重建、編碼和壓縮、分割等處理，它將一幅圖像轉(zhuǎn)化為另一幅具有新的意義的 圖像。1.4 討論數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的組成。列舉你熟悉的圖像處理系統(tǒng)并分析它們的組成和功能。答：如圖1.8,數(shù)字圖像處理系統(tǒng)是應(yīng)用計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ脭?shù)字設(shè)備對(duì)圖像信息進(jìn)行處理的信息系統(tǒng)。圖像處理系統(tǒng)包括圖像處理硬件和圖像處理軟件。圖像處理硬件

3、主要由圖像輸入設(shè)備、圖像運(yùn)算處理設(shè)備（微計(jì)算機(jī)） 、圖像存儲(chǔ)器、圖像輸出設(shè)備等組成。軟件系統(tǒng)包括 操作系統(tǒng)、控制軟件及應(yīng)用軟件等。1.5 常見(jiàn)的數(shù)字圖像處理開(kāi)發(fā)工具有哪些？各有什么特點(diǎn)？答 目前圖像處理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的主流工具為 visual c+ （面向?qū)ο罂梢暬晒ぞ撸┖蚼atlab 的圖像處理工具箱（ image processing tool box ） 。兩種開(kāi)發(fā)工具各有所長(zhǎng)且有相互 間的軟件接口。microsoft 公司的 vc+ 是一種具有高度綜合性能的面向?qū)ο罂梢暬晒ぞ撸?用它開(kāi)發(fā)出來(lái)的 win 32 程序有著運(yùn)行速度快、可移植能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。 vc+ 所提供的 microsof

4、t 基礎(chǔ)類庫(kù) mfc 對(duì)大部分與用戶設(shè)計(jì)有關(guān)的 win 32 應(yīng)用程序接口 api 進(jìn)行了封裝，提高了代碼的可重用性，大大縮短了應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)周期，降低了開(kāi)發(fā)成本。由于圖像格式多且復(fù)雜， 為了減輕程序員將主要精力放在特定問(wèn)題的圖像處理算法上， vc+ 6.0 提供的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)imageload.dll 支持 bmp、 jpg、 tif 等常用 6 種格式的讀寫功能。matlab 的圖像處理工具箱matlab 是由 mathworks 公司推出的用于數(shù)值計(jì)算的有力工具， 是一種第四代計(jì)算機(jī)語(yǔ)言， 它具有相當(dāng)強(qiáng)大的矩陣運(yùn)算和操作功能， 力求使人們擺脫繁雜的程序代碼。 matlab 圖像處理工具箱提供

5、了豐富的圖像處理函數(shù)，靈活運(yùn)用這些函數(shù)可以完成大部分圖像處理工作， 從而大大節(jié)省編寫低層算法代碼的時(shí)間， 避免程序設(shè)計(jì)中的重復(fù)勞動(dòng)。 matlab 圖像處理工具箱涵蓋了在工程實(shí)踐中經(jīng)常遇到的圖像處理手段和算法，如圖形句柄、圖像的表示、圖像變換、二維濾波器、圖像增強(qiáng)、四叉樹(shù)分解域邊緣檢測(cè)、二值圖像處理、小波分析、分形幾何、圖形用戶界面等。但是， matlab 也存在不足之處限制了其在圖像處理軟件中實(shí)際應(yīng)用。首先，強(qiáng)大的功能只能在安裝有matlab 系統(tǒng)的機(jī)器上使用圖像處理工具箱中的函數(shù)或自編的 m 文件來(lái)實(shí)現(xiàn)。其次， matlab 使用行解釋方式執(zhí)行代碼，執(zhí)行速度很慢。第三， matlab 擅長(zhǎng)

6、矩陣運(yùn)算，但對(duì)于循環(huán)處理和圖形界面的處理不及 c+等語(yǔ)言。為此，通應(yīng)用程序接口api和編譯器與其他高級(jí)語(yǔ)言（如 c、c+、java等）混合編程將會(huì)發(fā)揮各種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言之長(zhǎng)協(xié)同完成圖像處理任務(wù)。api支持matlab 與外部數(shù)據(jù)與程序的交互。 編譯器產(chǎn)生獨(dú)立于 matlab 環(huán)境的程序， 從而使其他 語(yǔ)言的應(yīng)用程序使用 matlab 。1.6 常見(jiàn)的數(shù)字圖像應(yīng)用軟件有哪些？各有什么特點(diǎn)？ 答： 圖像應(yīng)用軟件是可直接供用戶使用的商品化軟件。 用戶從使用功能出發(fā)， 只要了解軟件的操作方法就可以完成圖像處理的任務(wù)。 對(duì)大部分用戶來(lái)說(shuō)， 商品化的圖像應(yīng)用軟件無(wú)需用戶進(jìn)行編程，操作方便，功能齊全，已經(jīng)能滿

7、足一般需求，因而得到廣泛應(yīng)用。常用圖像處理應(yīng)用軟件有以下幾種：1 photoshop ： 當(dāng)今世界上一流的圖像設(shè)計(jì)與制作工具，其優(yōu)越性能令其產(chǎn)品望塵莫及。 photoshop 已成為出版界中圖像處理的專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。高版本的 photoshop 支持多達(dá) 20 多種圖像格式和twain 接口，接受一般掃描儀、數(shù)碼相機(jī)等圖像輸入設(shè)備采集的圖像。 photoshop 支持多圖層的工作方式，只是photoshop 的最大特色。使用圖層功能可以很方便地編輯和修改圖像，使平面設(shè)計(jì)充滿創(chuàng)意。利用 photoshop 還可以方便地對(duì)圖像進(jìn)行各種平面處理、 繪制簡(jiǎn)單的幾何圖形、 對(duì)文字進(jìn)行藝術(shù)加工、 進(jìn)行圖像格式和

8、顏色模式的轉(zhuǎn)換、改變圖像的尺寸和分辨率、制作網(wǎng)頁(yè)圖像等。2 coreldraw ：一種基于矢量繪圖、功能強(qiáng)大的圖形圖像制作與設(shè)計(jì)軟件。位圖式圖像是由象素組成的，與其相對(duì)，矢量式圖像以幾何、 色彩參數(shù)描述圖像， 其內(nèi)容以線條和色塊為主。 可見(jiàn)，采用不同的技術(shù)手段可以滿足用戶的設(shè)計(jì)要求。 位圖式圖像善于表現(xiàn)連續(xù)、豐富色調(diào)的自然景物，數(shù)據(jù)量較大；而矢量式圖像強(qiáng)于表現(xiàn)線條、色塊的圖案，數(shù)據(jù)量較小。合理的利用兩種不同類型的圖像表現(xiàn)方式，往往等收到意想不到的藝術(shù)效果。 coreldraw 是 2當(dāng)今流行的圖像處理軟件中為數(shù)不多的特點(diǎn)明顯、 功能強(qiáng)大的基于矢量繪圖的軟件包。 利用 它，可以方便地制作精美的名

9、片、賀卡、書簽、圖書封面、廣告、宣傳畫等作品。3 acdsee ：快速、高性能的看圖程序，是目前最享盛名的圖片瀏覽器。它能廣泛應(yīng)用于圖片的獲取、管理、瀏覽和優(yōu)化，支持bmp 、 gif、 jpg、 tga、 tif 等超過(guò) 50 種常見(jiàn)的圖形文件格式，圖片打開(kāi)速度極快，可以直接查看動(dòng)畫 gif ，處理如 mpeg 之類常用的視 頻文件， 還可以為每一個(gè)目錄建立一個(gè)相冊(cè)。 acdsee 可以從數(shù)碼相機(jī)和掃描儀高效獲取圖 片，并進(jìn)行便捷的查找、組織和預(yù)覽。 acdsee 還是得心應(yīng)手的圖片編輯工具，輕松處理數(shù) 碼影像，擁有去紅眼、剪切圖像、銳化、浮雕特效、曝光調(diào)整、旋轉(zhuǎn)、鏡像等功能，還能進(jìn)行批量處

10、理。1.7 討論數(shù)字圖像處理的主要應(yīng)用。 進(jìn)一步查找資料， 寫一篇關(guān)于你感興趣的應(yīng)用方面 的短文。答：圖像處理的應(yīng)用幾乎滲透科學(xué)研究、工程技術(shù)和人類社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域。教師可以分組對(duì)學(xué)生布置以下6 個(gè)方面的課題， 通過(guò)閱讀參考文獻(xiàn)、 網(wǎng)絡(luò)資源等手段寫數(shù)字圖像處理的主要應(yīng)用的短文，并安排交流機(jī)會(huì)。1航天和航空技術(shù)方面的應(yīng)用2生物醫(yī)學(xué)工程方面的應(yīng)用3通信工程方面的應(yīng)用4工業(yè)自動(dòng)化和機(jī)器人視覺(jué)方面的應(yīng)用5軍事和公安方面的應(yīng)用6生活和娛樂(lè)方面的應(yīng)用第2章 圖像的數(shù)字化與顯示2.1 設(shè)圖像的大小為32 32的圖標(biāo)，每個(gè)像素有16種顏色，共有多少種不同的圖標(biāo)？如果每 100 萬(wàn)個(gè)可能的圖標(biāo)中有一個(gè)有意義，

11、 識(shí)別一個(gè)有意義的圖標(biāo)需要1 秒鐘， 則選出所有有意義的圖標(biāo)需要多長(zhǎng)時(shí)間？解：1632丐106 = 161024/106= 1.044 m01227 s可見(jiàn)隨機(jī)圖像的復(fù)雜度是非常高的。2.2 掃描儀的光學(xué)分辨率是600 m200線，一個(gè)具有5000個(gè)感光單元的 ccd器件，用于 a4 幅面掃描儀， a4 幅面的紙張寬度是8.3 英寸，該掃描儀的光學(xué)分辨率是多少dpi？解：（1） 600x1200線，其中前一個(gè)數(shù)字代表掃描儀的橫向分辨率，后一數(shù)字則代表縱向分辨率。2.3 2） dpi 是指單位面積內(nèi)像素的多少，也就是掃描精度 ，目前國(guó)際上都是計(jì)算一英寸面積內(nèi)像素的多少。 光學(xué)分辨率是掃描儀的光學(xué)

12、部件在每平方英寸面積內(nèi)所能捕捉到的實(shí)際的光點(diǎn)數(shù),是指掃描儀ccd 的物理分辨率，也是掃描儀的真實(shí)分辨率，它的數(shù)值是由 ccd的像素點(diǎn)除以掃描儀水平最大可掃尺寸得到的數(shù)值。每一個(gè)感光單元對(duì)應(yīng)一個(gè)像素。由于ccd 感光單元個(gè)數(shù)為 5000，5000/8.3 = 602 （dpi）第3章圖像變換3.1 二維傅里葉變換的分離性有什么實(shí)際意義？解：該性質(zhì)表明，一個(gè)二維傅里葉變換可由連續(xù)兩次一維傅里葉變換來(lái)實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)的方法如下圖所示：i維維打受救利交換3.2 圖像處理中正交變換的目的是什么？圖像變換主要用于那些方面？解：正交變換可以使得圖像能量主要集中分布在低頻率成分上，邊緣和線信息反映在高頻率成分上。因

13、此正交變換廣泛應(yīng)用在圖像增強(qiáng)、圖像恢復(fù)、特征提取、圖像編碼壓縮和形狀分析等方面。3.3 在matlab環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)一幅圖像的傅里葉變換。解：matlab 程序如下：a=imread(rice.tif);imshow(a);a2=fft2(a); a2=fftshift(a2);figure,imshow(log(abs(a2)+1),0 10);3.4 利用matlab 對(duì)一幅512 512的圖像進(jìn)行 dct變換，并保留 256 256個(gè)dct 變換系數(shù)進(jìn)行重構(gòu)圖像，比較重建圖像與原始圖像的差異。解：matlab程序如下：rgb = imread(pout512.bmp);i = rgb2gr

14、ay(rgb);j = dct2(i);j(1:512,256:512) = 0;j(256:512,1:256)=0;k = idct2(j); imshow(i), figure, imshow(k,0 255)3.5 離散的沃爾什變換與哈達(dá)瑪變換之間有那些異同？解：哈達(dá)瑪(hadamard)變換和沃爾什(walsh)變換的變換核都是由1, 1組成的正交方陣。它們不同的地方在于變換矩陣的行列排列次序不同。哈達(dá)瑪變換每行的列率排列是沒(méi)有規(guī)則的，沃爾什變換的列率是由小到大。43.6 求n = 4對(duì)應(yīng)的沃爾什變換核矩陣。解：3.7?1?1?1111 ?1-1-1?-1-11 ?- 11-1?波？

15、小波基函數(shù)和傅里葉變換基函數(shù)有何區(qū)別？10解：小波信號(hào)的非零點(diǎn)是有限的。它與傅里葉變換的基函數(shù)(三角函數(shù)、指數(shù)信號(hào))是不同的，傅里葉變換的基函數(shù)從負(fù)無(wú)窮到正無(wú)窮都是等幅振蕩的。3.8 為何稱小波變換為信號(hào)的 “電子顯微鏡” ，如何實(shí)現(xiàn)該功能？解： 小波變換的伸縮因子的變化， 使得可以在不同尺度上觀察信號(hào)， 所以又稱電子顯微鏡。實(shí)現(xiàn)小波變換可以應(yīng)用 mallat 的快速算法。3.9 應(yīng)用 matlab 設(shè)計(jì)小波變換程序，該程序能夠讀入一幅bmp 格式的圖像，顯示該圖像和小波變換系數(shù)。解：由讀者思考。3.10 傅里葉變換、加窗傅里葉變換和小波變換的時(shí)間頻率特性有什么不同？ 解：傅里葉變換使得時(shí)間信

16、號(hào)變成了頻域信號(hào)， 加窗傅里葉變換使得時(shí)間信號(hào)變成了時(shí)頻信號(hào)，但是窗口是固定的，小波變換同樣變成了視頻信號(hào)，但是時(shí)頻的窗口是變化的。3.11 利用 matlab 進(jìn)行圖像的小波變換，觀察小波系數(shù)特點(diǎn)。解： matlab 程序如下：x=imread(rice.tif);ca1,ch1,cv1,cd1 = dwt2(x,bior3.7);subplot(2,2,1); imshow( ca1,0 900);title(approximation a1)subplot(2,2,2); imshow(ch1);title(horizontal detail h1)subplot(2,2,3); ims

17、how(cv1);title(vertical detail v1)subplot(2,2,4); imshow(cd1);第 4章 圖像增強(qiáng)4.1 圖像增強(qiáng)的目的是什么，它包含那些內(nèi)容？ 解：圖像增強(qiáng)是指對(duì)圖像的某些特征，如邊緣、輪廓、對(duì)比度等進(jìn)行強(qiáng)調(diào)或銳化，以便于顯示、觀察或進(jìn)一步分析與處理。圖像增強(qiáng)所包含的主要內(nèi)容如書圖 4.1 。4.2 已知灰度圖像f (x, y)為如下矩陣所示，求經(jīng)過(guò)反轉(zhuǎn)變換后圖像g (x, y)。反轉(zhuǎn)變換g=g (f)如圖a所示。4.3直方圖均衡，若一個(gè)64 64的離散圖像，灰度分成8層，其灰度rk的值和分布情況如下：請(qǐng)繪制該圖像的直方圖，并求經(jīng)過(guò)直方圖均衡后的圖

18、像的直方圖。k01234567rk012345617777775609201046705356267170721?”仰.11解:k01234567rk01727374757671560920104670535626717072pr (rk)0.140.220.260.170.090.070.040.02sk0.140.360.620.790.880.950.991sk1/73/74/76/76/7111sk1/73/74/76/71nsk56092010461061509pr(sk)0.140.220.260.260.134.4分析說(shuō)明為什么對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行直方圖均衡化后，通常并不能產(chǎn)生完全平坦

19、的直 方圖。解：直方圖均衡中：s = t (r) = 0pr (r ) dr對(duì)于上式積分來(lái)講 s=1,但是在實(shí)際中，pr(r)不是連續(xù)的，所以直方圖均衡并不會(huì)產(chǎn)生完全平坦的直方圖。4.5 設(shè)對(duì)一幅圖像進(jìn)行了均衡化處理，試證明第二次采用直方圖均衡化處理的結(jié)果與第一次的結(jié)果相同。解：設(shè)第二次直方圖均衡后灰度用wk表不，wk = t(sk)=所以第二次的結(jié)果和第一次結(jié)果相同。4.6 什么是圖像平滑？試述均值濾波的基本原理。解：為了去除或減弱圖像中的噪聲，可以對(duì)圖像進(jìn)行平滑處理，稱為圖像平滑。大部分的噪聲都可以看作是隨機(jī)信號(hào)，它們對(duì)圖像的影響可以看作是孤立的。對(duì)于某一像素而言，如果它與周圍像素點(diǎn)相比，

20、有明顯的不同，我們就認(rèn)為該點(diǎn)被噪聲感染了。基于這樣的分析,我們可以用求均值的方法，來(lái)判斷每一點(diǎn)是否含有噪聲，并用適當(dāng)?shù)姆椒ㄏl(fā)現(xiàn)的噪聲。4.7 設(shè)圖像如下表 a所示，分別求經(jīng)過(guò)鄰域平滑和高通算子銳化的結(jié)果。其中邊緣點(diǎn)保持不變，鄰域平滑掩碼取 30矩陣，即q. 07. m-8-h1?0 1？,高通算子取3x3矩陣，即:1?-1h = ?-1多1-1?- 1?-1?表a11345214552354132j3324口41解：鄰域平滑的結(jié)果:11345221/826/835/85222/825/832/85329/827/825/8245411113452-136552215053-13-4-12

21、454114.8 什么是中值濾波，有何特點(diǎn)？ 解：中值濾波是非線性的處理方法，在去噪 的同時(shí)可以兼顧到邊界信息的保留。中值濾波首先選一個(gè)含有奇數(shù)點(diǎn)的窗口w,將這個(gè)窗口在圖像上掃描，把該窗口中所含的像素點(diǎn)按灰度級(jí)的升（或降）序排列，取位于中間的灰度值，來(lái)代替該點(diǎn)的灰度值。4.9 設(shè)原圖像為：2474354644 4,求經(jīng)過(guò)中值濾波后的值，中值 濾波取一維的模板如下圖 b所示，待處理像素的灰度取這個(gè)模板中的灰度的中值。邊界點(diǎn)保持不變。m-1mlm+2解：2 4 4 4 4 4 4 4 4 44.10 試分析中值濾波及各種差分算子濾波的計(jì)算量、優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍。 解：由讀者思考。4.11 應(yīng)用mat

22、lab設(shè)計(jì)bmp文件格式的圖像讀取、顯示和直方圖統(tǒng)計(jì)程序。 解：由讀者思考。4.12 應(yīng)用matlab設(shè)計(jì)圖像銳化的程序。 解：由讀者思考。a=imread(pout.tif); imshow(a); figure,imhist(a);j1=imadjust(a,0.3 0.7,); %將圖像在0.3 2550.7 figure,imshow(j1);figure,imhist(j1)j2=imadjust(a,0 0.7);4.13 在matlab環(huán)境中，完成圖像的增亮、變暗處理。 解：matlab 程序如下：%讀入圖像%顯示圖像%顯示圖像的直方圖255灰度之間的值通過(guò)線性變換映射到0255

23、之間%輸出圖像效果圖%輸出圖像的直方圖%使用此函數(shù)，將圖像灰度通過(guò)線性變換映射到0255 0.7之間figure,imshow(j2);figure,imhist(j2)%輸出圖像效果圖%輸出圖像的直方圖4.14 在matlab環(huán)境中，對(duì)圖像進(jìn)行去噪處理。 解：參見(jiàn)例4.44.15 在matlab環(huán)境中，對(duì)圖像進(jìn)行直方圖均衡處理，分析結(jié)果。 解：參見(jiàn)例4.3第5章圖像編碼與壓縮5.1 從哪些方面說(shuō)明數(shù)據(jù)壓縮的必要性？答：采用數(shù)字技術(shù)會(huì)使信號(hào)處理的性能大為提高，但其數(shù)據(jù)量的增加也是十分驚人的。圖像數(shù)據(jù)更是多媒體、網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)重點(diǎn)研究的壓縮對(duì)象。不加壓縮的圖像數(shù)據(jù)是計(jì)算機(jī)的處理速度、通信信道的容

24、量等所無(wú)法承受的。這樣的數(shù)據(jù)率是與當(dāng)前信息存儲(chǔ)介質(zhì)的容量、計(jì)算機(jī)的總線速度以及網(wǎng)絡(luò)的傳輸率不相匹配的。盡管人們?cè)诖鎯?chǔ)介質(zhì)、 總線結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)性能等方面不斷有新的突破，但數(shù)據(jù)量的增長(zhǎng)速度遠(yuǎn)超過(guò)硬件設(shè)施的提高水平，以上的矛盾仍然無(wú)法緩解。如果將上述圖像信號(hào)壓縮幾倍、十幾倍，甚至上百倍，將十分有利于圖像的傳輸和存儲(chǔ)。 可見(jiàn)，在現(xiàn)有硬件設(shè)施條件下，對(duì)圖像信號(hào)本身進(jìn)行壓縮是解決上述矛盾的主要出路。5.2 討論圖像壓縮方法的分類及其各自的特點(diǎn)。答：一般數(shù)據(jù)壓縮按信息損失的程度來(lái)分類。見(jiàn)教材圖52 常見(jiàn)數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)的分類。無(wú)損壓縮：huffman編碼和shannon編碼根據(jù)概率分布特性確定碼長(zhǎng)；游程編碼根據(jù)連

25、續(xù)灰度的游程來(lái)確定編碼；算術(shù)編碼隨信源數(shù)據(jù)不斷縮小的實(shí)數(shù)區(qū)間，然后用一個(gè)與實(shí)數(shù)對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制碼代表被編碼的信息；輪廓編碼根據(jù)相同灰度的區(qū)域邊界線進(jìn)行編碼。有損壓縮：預(yù)測(cè)編碼根據(jù)相鄰像素相關(guān)性來(lái)確定后繼像素的預(yù)測(cè)值，若用差值進(jìn)行編碼則可以壓縮數(shù)據(jù)量；變換編碼對(duì)原始圖像進(jìn)行正交變換，在變換域進(jìn)行抽樣達(dá)到壓縮的目的；混合編碼將兩種編碼方法結(jié)合起來(lái)，如將預(yù)測(cè)編碼與變換編碼相結(jié)合，以取得更好的效果。在現(xiàn)代壓縮編碼方法中，分形編碼利用宏觀與微觀的相似性來(lái)壓縮數(shù)據(jù)量，可以獲得極大的壓縮比。該方法壓縮過(guò)程的計(jì)算量較大，但解壓縮很快，適用于圖像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和重現(xiàn)。模型基編碼：一種新型壓縮方法。 該方法在發(fā)送端利用已

26、知且變化慢的場(chǎng)景得到數(shù)據(jù)量 不大的模型參數(shù)，在接收端利用綜合模型參數(shù)恢復(fù)原始圖像。這一編碼方法對(duì)于實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)電視會(huì)議等具有顯著意義。圖5.2常見(jiàn)數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)的分類5.3 數(shù)據(jù)沒(méi)有冗余度能否壓縮？為什么？ 答： 圖像數(shù)據(jù)量大， 同時(shí)冗余數(shù)據(jù)也是客觀存在的。一般圖像中存在著以下數(shù)據(jù)冗余因素： （ 1 ） 編碼冗余； （ 2） 像素間的相關(guān)性形成的冗余； （ 3 ） 視覺(jué)特性和顯示設(shè)備引起的冗余。理論上，數(shù)據(jù)沒(méi)有冗余度是不壓縮的，否則無(wú)法解碼出原始數(shù)據(jù)。 但在大部分應(yīng)用場(chǎng)合下采用有損壓縮，數(shù)據(jù)沒(méi)有冗余度也可以進(jìn)行壓縮。5.4 如何衡量圖像編碼壓縮方法的性能？ 答：一般地，圖像壓縮應(yīng)能做到壓縮比大、算法

27、簡(jiǎn)單、易于用硬件和軟件實(shí)現(xiàn)、壓縮和解壓縮實(shí)時(shí)性好、 解壓縮恢復(fù)的圖像失真小等。 但這些指標(biāo)對(duì)同一壓縮方法很難統(tǒng)一， 在實(shí)際系統(tǒng)中往往需要抓住主要矛盾，全面權(quán)衡。常用的圖像壓縮技術(shù)指標(biāo)有：（ 1）圖像熵與平均碼長(zhǎng)；（ 2 ）圖像冗余度與編碼效率；（ 3 ）壓縮比；（ 4 ）客觀評(píng)價(jià)snr； （ 5 ）主觀評(píng)價(jià)。圖像的主客觀兩種評(píng)價(jià)之間存在著密切的聯(lián)系。 但一般來(lái)說(shuō)， 客觀評(píng)價(jià)高的主觀評(píng)價(jià)也高， 因 此在圖像編碼的質(zhì)量評(píng)價(jià)時(shí)，首先作客觀評(píng)價(jià)，以主觀評(píng)價(jià)為參考。5.5 圖像大小為 640x80,256色。用軟件工具 sea （version 1.3）將其分別轉(zhuǎn)成 24 位色 bmp ， 24 位色

28、jpeg， gif （只能轉(zhuǎn)成256 色）壓縮格式， 24 位色 tiff 壓縮格式， 24位色 tga 壓縮格式，得到的文件大小分別為： 921,654 字節(jié)； 17,707 字節(jié)； 177,152字節(jié)； 923,044 字節(jié)； 768,136 字節(jié)。分別計(jì)算每種壓縮圖像的壓縮比。 解：不計(jì)算較小的文件頭和彩色查找表（ ltu ）的數(shù)據(jù)量，原始圖像的數(shù)據(jù)量為：640 480 m byte=307,200 byte。經(jīng)轉(zhuǎn)換后各種格式的壓縮比如下：24 位色bmp 格式：307,200/921,654=0.333 （增加了冗余度）24 位色jpeg 格式：307,200/17,707=17.35

29、gif 壓縮格式：307,200/177,152=1.7324 位色tiff壓縮格式：307,200/923,044=0.333（增加了冗余度）24 位色tga壓縮格式：307,200/768,136=0.400（增加了冗余度）5.6 大部分視頻壓縮方法是有損壓縮還是無(wú)損壓縮？為什么？ 答： 視頻比靜態(tài)圖像數(shù)據(jù)量更大， 同時(shí)可壓縮的冗余信息更多。 大部分視頻壓縮方法是以人眼感覺(jué)無(wú)明顯失真為依據(jù)的， 因此采用有損壓縮。 事實(shí)上， 視頻可以看成是一幅幅不同但相關(guān)的靜態(tài)圖像的時(shí)間序列。 因此， 靜態(tài)圖像的壓縮技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)可以直接應(yīng)用于視頻的單幀圖像。另外，利用視頻幀間信息的冗余可以大大提高視頻的壓縮比

30、。5.7 若圖像上任意兩像素點(diǎn)的亮度電平值相等或者任意兩時(shí)刻同一位置上的像素的亮度電平值相等，能夠說(shuō)明上述兩種情況下像素相關(guān)嗎？為什么？答：不能。像素的空間相關(guān)性和時(shí)間相關(guān)性是以空間和時(shí)間的相鄰性為基礎(chǔ)的。因此，圖像上任意兩像素點(diǎn)的亮度電平值相等或者任意兩時(shí)刻同一位置上的像素的亮度電平值相 等帶有偶然性，不能說(shuō)明兩像素相關(guān)。5.8 根據(jù) jpeg 算法說(shuō)明 jpeg 圖像顯示時(shí)會(huì)出現(xiàn)馬賽克現(xiàn)象的原因。答：由于jpeg算法將整幅圖像分成若干個(gè)8x8的子塊，解碼也是以子塊為單位的，所以塊間的解碼誤差可能反映為方塊效應(yīng)，在視覺(jué)上會(huì)出現(xiàn)馬賽克現(xiàn)象。5.9 討論混合編碼的優(yōu)點(diǎn)。 答： 混合編碼一般指將預(yù)測(cè)編碼與變換編碼相結(jié)合進(jìn)行編碼的方法。 預(yù)測(cè)編碼根據(jù)相鄰像素相關(guān)性來(lái)確定后繼像素的預(yù)測(cè)值， 若用差值進(jìn)行編碼則可以壓縮數(shù)據(jù)量； 變換編碼對(duì)原始圖像進(jìn)行正交變換， 在變換域進(jìn)行抽樣達(dá)到壓縮的目的； 混合編碼將兩種編碼方法結(jié)合起來(lái)，可以發(fā)揮兩種編碼方法的優(yōu)點(diǎn)，取得更好的效果。5.10 有了離散傅里葉及其快速算法fft,為什么還要提出離散余弦算法dct及其快速算法？為什么許多視頻國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)將dct 作為幀內(nèi)編碼的基本壓縮算法？答：在所有的變換編碼方案中，離散k-l 變換是最佳變換，理論價(jià)值較高，常常作為對(duì)其