圖像的編碼與壓縮63頁(yè)P(yáng)PT課件

1、第七講圖像的編碼與壓縮、引言數(shù)據(jù)壓縮最初是信息論研究中的一個(gè)重要課題,在信息論中數(shù)據(jù)壓縮被稱為信源編碼。但近年來(lái),數(shù)據(jù)壓縮不僅限于編碼方法的研究與探討,己逐步形成較為獨(dú)立的體系。它主要研究數(shù)據(jù)的表示、傳輸、變換和編碼方法,目的是減少存儲(chǔ)數(shù)據(jù)所需的空間和傳輸所用的時(shí)間。為什么要壓縮?圖像作為信息的重要表現(xiàn)形式,其具有數(shù)據(jù)量大、帶寬寬等特點(diǎn)。需要增加信道,但這很有限,因?yàn)樾诺赖脑黾佑肋h(yuǎn)趕不上信息的爆炸式增長(zhǎng),況且還要受到環(huán)境的限制。必須減少表示圖像的數(shù)據(jù)量,以達(dá)到壓縮圖像數(shù)據(jù)的目的圖像數(shù)據(jù)的特點(diǎn)之一是信息量大。以像幅為23cm23cm的航攝影像為例,若按采樣間隔25um、每象素8bit掃描,其數(shù)據(jù)

2、量為84.5MB顆衛(wèi)星每半小時(shí)發(fā)回一次全波段(五個(gè)波段)數(shù)據(jù),每個(gè)波段圖像大小為22922190字節(jié)約4.90MB,每天的數(shù)據(jù)量高達(dá)1.2GB。如此海量數(shù)據(jù)需要巨大的存儲(chǔ)空間。在多媒體中,海量圖像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處理是難點(diǎn)之一。根據(jù)計(jì)算,一張600M字節(jié)的光盤,能存放20秒左右的640480像素的圖像畫面信息,如不進(jìn)行編碼壓縮處理,多媒體信息保存有多么困難是可想而知的。在現(xiàn)代通信中,圖像傳輸已成為重要內(nèi)容。除要求設(shè)備可靠、圖像保真度高以外,實(shí)時(shí)性將是重要技術(shù)指標(biāo)之很顯然,在信道帶寬、通信鏈路容量一定的前提下,采用編碼壓縮技術(shù),減少傳輸數(shù)據(jù)量,是提高通信速度的重要手段。沒(méi)有圖像編碼壓縮技術(shù)的發(fā)展,大

3、容量圖像信息的存儲(chǔ)與傳輸是難以實(shí)現(xiàn)的,多媒體、高速信息公路等新技術(shù)在實(shí)際中的應(yīng)用會(huì)碰到很大困難。2.為什么能壓縮?般圖像中,存在很大的冗余度到底能壓縮多少,除了和圖像本身存在的冗余度多少有關(guān)外,很大程度取決于對(duì)圖像質(zhì)量的要求。例如:廣播電視要考慮藝術(shù)欣賞,對(duì)圖像質(zhì)量要求就很高,用目前的編碼技術(shù),即使壓縮比達(dá)到3:1都是很困難的。而對(duì)可視電話,因畫面活動(dòng)部分少,對(duì)圖像質(zhì)量要求也低,可采用高效編碼技術(shù),使壓縮比高達(dá)1500:1以上。目前高效圖像壓縮編碼技術(shù)已能用硬件實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)處理,在廣播電視、工業(yè)電視、電視會(huì)議、可視電話、傳真和互連網(wǎng)、遙感等多方面得到應(yīng)用數(shù)字圖像的冗余主要表現(xiàn)為以下幾種形式空間冗余

4、、時(shí)間冗余、視覺(jué)冗余、信息熵冗余、結(jié)構(gòu)冗余空間冗余:圖像內(nèi)部相鄰像素之間存在較強(qiáng)的相關(guān)性所造成的冗余。時(shí)間冗余:視頻圖像序列中的不同幀之間的相關(guān)性所造成的冗余視覺(jué)冗余:是指人眼不能感知或不敏感的那部分圖像信息。信息熵冗余:也稱編碼冗余,如果圖像中平均每個(gè)像素使用的比特?cái)?shù)大于該圖像的信息熵,則圖像中存在冗余,這種冗余稱為信息熵冗余結(jié)構(gòu)冗余:是指圖像中存在很強(qiáng)的紋理結(jié)構(gòu)或自相似性。圖像數(shù)據(jù)的這些冗余信息為圖像壓縮編碼提供了依據(jù)。例如,利用人眼對(duì)藍(lán)光不敏感的視覺(jué)特性,在對(duì)彩色圖像編碼時(shí),就可以用較低的精度對(duì)藍(lán)色分量進(jìn)行編碼圖像編碼的目的就是充分利用圖像中存在的各種冗余信息,特別是空間冗余、時(shí)間冗余以及視覺(jué)冗余,以盡量少的比特?cái)?shù)來(lái)表示圖像利用各種冗余信息,壓縮編碼技術(shù)能夠很好地解決在將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后所產(chǎn)生的帶寬需求增加的問(wèn)題,它是使數(shù)字信號(hào)走上實(shí)用化的關(guān)鍵技術(shù)之一,下表中列出了幾種常見應(yīng)用的碼率圖像壓縮編碼的概念圖像數(shù)據(jù)的壓縮和編碼表示。圖像壓