圖像的信息量和信息冗余編碼技術-PPT幻燈片

圖像數(shù)據(jù)量計算公式： Q=N*M*b計算信息量圖像的信息量碼長計算不同編碼方案的數(shù)據(jù)量圖像數(shù)據(jù)方案1方案2灰度級概率編碼碼長編碼碼長r0=00.190003112r1=1/70.250013012r2=2/70.210103102r3=3/70.1601130013r4=4/70.08100300014r5=5/70.061013000015r6=6/70.0311030000016r7=10.0211130000006計算平均碼長p=[0.190.250.210.160.080.060.030.02];cl1=3*ones(size(p));cl2=[22234566];

clAve1=p*cl1'clAve2=p*cl2'空間冗余產生原因：圖像中存在許多灰度級均勻一致的連續(xù)區(qū)域。圖7-1P112行程長度編碼和預測編碼心理視覺冗余視覺感知時對信息的接受是有選擇的。有些信息相對不重要——視覺冗余信息去除這些信息并不會明顯地降低對圖像質量的感受。心理視覺冗余是復雜過程，有時因人而異。圖像編碼技術分類有損編碼解碼后重新構造的圖像與原始圖像存在不同利用心理冗余和空間冗余容易取得較好的壓縮比無損編碼重構圖像與原圖像完全一樣對原始信號的準確程度要求高的場合數(shù)據(jù)壓縮技術的評價指標均方根誤差均方信噪比主觀保真度準則編碼技術哈夫曼編碼行程長度編碼哈夫曼編碼算法將圖像灰度值按概率大小排列；把最小的概率加起來作為新符號的概率遍歷所有概率組成（灰度值）每次合并符號的時候，大概率賦1，小概率賦0確定從樹根到原始信源符號的路徑組成碼字0.3750.1750.1750.1500.12510011010概率1哈夫曼編碼的特點兩次讀取圖像計算頻率碼字轉換編碼的不唯一性編碼效率高只在圖像灰度分布不均勻的時候必須通過查表來確定碼字轉換關系編碼實例(16色bmp數(shù)據(jù))：第一行：2424243060400922…46…46第二行：64656788888888…90780000：表示該行圖像數(shù)據(jù)已結束0001：表示整個圖像結束0002：用來轉義后面兩個字節(jié)，即表示其后的兩個字節(jié)分別表示下一個像素從當前位置開始的水平與垂直位移00N：表示從當前位置起，圖像數(shù)據(jù)存在連續(xù)N個不同的值（存放于N/2個字節(jié)中）行程長度編碼5個行程編碼原理在給定的圖像數(shù)據(jù)中尋找連續(xù)重復的數(shù)值，然后用兩個字符值取代這些連續(xù)值“aaabbbbccccddd”=>”3a4b4c3d”處理包含大量重復信息時可以得到很好的壓縮效率，但在連續(xù)重復數(shù)據(jù)少時效果差PCX圖像文件的RLE壓縮算法圖像的預測編碼著眼于消除空間冗余利用相連像素間的相關性，根據(jù)一個或多個像素的灰度值預測它的下個像素的可能數(shù)值，再求其預測值與真實值的差值，然后將差值量化，編碼，從而消除空間冗余預測編碼原理圖預測器符號編碼器∑輸入圖像壓縮圖像預測器符號解碼器∑壓縮圖像重構圖像+-++變換編碼的基本原理變換編碼解碼工作流程P7-5P122基本思想：將空域中的圖像數(shù)據(jù)經過某種正交變換（fft，DCT等）轉換到另一個變換域進行描述對變換系數(shù)進行編碼處理，從而達到壓縮圖像數(shù)據(jù)的目的實驗中的DCT壓縮程序與圖7-7比較靜止圖像壓縮技術（JPEG）JPEG：JointPhotographicExpertsGroupJPEG標準中的三層次定義：基本系統(tǒng)擴展系統(tǒng)特殊無損系統(tǒng)靜止圖像壓縮技術（JPEG）JPEG標準中的四種操作模式：基本順序模式：左-〉右，上-〉下掃描DCT累進模式編碼：多次掃描模糊-〉清晰無損預測模式：保證精確再現(xiàn)圖像分層模式編碼：多種分辨率圖像編碼的要求必須將圖像質量控制在可視保真度范圍內，同時編碼器可以被參數(shù)化，允許設置壓縮或質量水平壓縮標準可以應用于任何一類數(shù)字圖像壓縮標準可以從完全無損到有損范圍內可選無損預測編碼方法JPEG無損預測編碼：差分脈沖編碼調制優(yōu)點：硬件易于實現(xiàn)，重建圖像質量好缺點：壓縮比小（2：1）具體預測方法：共8種方法，見圖7-8差值編碼采用哈夫曼編碼DCT變換的編碼步驟顏色空間轉換正向DCT變換量化直流系數(shù)的差分編碼和交流系數(shù)的行程編碼熵編碼（哈夫曼編碼）DCT累進操作模式DCT順序模式編碼：對每一圖像子塊（8X8）按從左至右，上到下的順序一次掃描完成編碼。DCT累進操作模式：多次掃描粗掃-〉細掃頻譜選擇法位逼近法MPEG標準簡介MPEG標準及其應用MPEG－1：低碼率的多媒體編碼MPEG－2：移動圖像和伴音的通用編碼MPEG－4：甚低碼率視頻音頻編碼MPEG－7：多媒體內容描述接口MPEG－21：超越壓縮MHEG：超越媒體MPEG標準及其應用利用通信技術和計算機技術的信息交流的必然發(fā)展方向是多媒體。多媒體五大趨勢：多媒體的表示、處理、傳送和服務全部數(shù)字化。信號容量大導致傳輸困難，必須進行壓縮。按照摩爾定律發(fā)展的半導體工業(yè)使得可以實時執(zhí)行軟件壓縮算法。多媒體的標準化進程逐漸加快。多媒體的應用和服務大量涌現(xiàn)。MPEG標準及其應用多媒體技術中的關鍵部分是多媒體信息處理技術。多媒體信息處理：各種媒體信息的壓縮和處理基本技術：圖像處理技術和聲音處理技術圖像處理技術靜態(tài)圖像和動態(tài)圖像的產生、獲取及變換圖像的壓縮還原三維動畫的生成聲音處理技術語音的輸入和輸出聲音的壓縮和還原自然語音合成多媒體信息處理的基本任務為了有效地存儲和傳輸這些媒體信息，需要進行信息壓縮編碼編碼一般要求高壓縮率、高容錯性以及高保真度。MPEG各標準比較MPEG－1：DCT運動估計運動補償MPEG－2：場/幀DCTMC預測可調節(jié)MPEG－4：小波對象和結構QoSMPEG－7：內容管理描述和組織搜索和代理MPEG－21：數(shù)字對象的聲明、內容的表示、數(shù)字對象的認證和描述、內容管理與使用、知識產權管理、網絡和終端、事件報告信號特征語義知識發(fā)展階段MPEG的基本思想和方法在空間方向上：圖像數(shù)據(jù)采用JPEG（jointphotographicexpertsgroup）壓縮算法來去掉冗余信息。在時間方向上：圖像數(shù)據(jù)壓縮采用運動補償（MotionCompensation）算法來去掉冗余信息。MPEG－1：低碼率的多媒體編碼制定于1992年，適用于CD－ROM，Video－CD，CD－R等。主要針對1.5mbps以下數(shù)據(jù)傳輸率的數(shù)字存儲媒質運動圖像及其伴音編碼?？梢詢?yōu)化為中等分辨率：NTSC：352X240PAL：352X2881.5mbps，30幀，CD音質，與VHS相當。MPEG－1：低碼率的多媒體編碼編碼速率最高可達4Mbps～5Mbps視頻壓縮率：26：1120分鐘的電影壓縮到1.2GMPEG－1的處理對象是標準圖像交換格式SIF：StandardInterchangeFormatOr:SourceInputFormatMPEG－1的組成部分標準號：ISO/IEC11172五個部分：系統(tǒng)：規(guī)定電視圖像數(shù)據(jù)、聲音數(shù)據(jù)及其他相關數(shù)據(jù)的同步電視圖像：規(guī)定電視數(shù)據(jù)的編碼和解碼聲音：規(guī)定聲音數(shù)據(jù)的編碼和解碼一致性測試：測試比特流和解碼器是否滿足規(guī)定要求軟件模擬：用軟件執(zhí)行前三個部分的技術報告。MPEG－1視頻數(shù)字化視頻的存儲空間問題：PAL電視：未經壓縮的數(shù)字信息數(shù)據(jù)高達30Mbps，650兆光盤僅能存儲幾十秒鐘。保存大量的冗余信息。思路：人眼能分辨的顏色遠未達到24位－減小采樣深度。幀與幀間存在大量的重復信息－幀間預測和幀間補償。MPEG－1數(shù)據(jù)結構和壓縮模式6層結構：由若干圖像組構成的圖像序列（Sequence）由圖像組成的圖像組（GroupofPicture，GOP）圖像幀（Picture）由宏塊（Macroblock）組成的切片（Slice）宏塊塊（Block）MPEG－1數(shù)據(jù)結構和壓縮模式圖像幀（Picture）：I幀（Intra，幀內圖像）：幀內DCT編碼，類JPEG。P幀（Predicted，預測圖像）：幀間編碼，采用運動補償預測幀間誤差，前向預測。B幀（Bidirectionally，雙向插值圖像）：同P幀，但可前向、后向或雙向預測。D幀（DC分量幀）：直流系數(shù)幀視頻數(shù)據(jù)結構IPIPPPBBBBBBBBBBMPEG－1數(shù)據(jù)結構和壓縮模式宏塊：壓縮模式中最小的數(shù)據(jù)單位，由4個8×8的亮度（Y）象素塊（即16X16）和兩個8×8的色度（U和V）象素塊組成。塊：8×8象素塊，最小的DCT單位。宏塊的移動矢量指導幀當前圖像重構圖像MPEG-2移動圖像和伴音信息的通用編碼MPEG－1以1.2Mbps的速率壓縮出來的視頻圖像質量較差。運動圖像專家組的進一步研究：MPEG－2著重解決了視頻質量問題。MPEG－2是MPEG－1的擴充兼容版本，采用的基本編碼算法相同。MPEG-2標準是針對標準數(shù)字電視和高清晰度電視在各種應用下的壓縮方案和系統(tǒng)層的詳細規(guī)定。高級工業(yè)標準的圖像質量以及更高的傳輸率：編碼碼率－3Mbps～10MbpsNTSC制式下720X486，最高30幀/秒CD級的音質MPEG-2適用于數(shù)字電視廣播（DVB）、HDTV和DVDMPEG－4：甚低碼率視頻音頻編碼MPEG專家組的研究轉向：單純提高壓縮效率－>基于內容的通用多媒體編碼標準MPEG－4將眾多的多媒體應用集成在一個完整框架內，旨在為多媒體通信及應用環(huán)境提供標準的算法和工具，用于實現(xiàn)音視頻數(shù)據(jù)的有效編碼及更為靈活的存取。MPEG－4應用多媒體應用、交互式視頻游戲、基于面部動畫技術的虛擬會議、遠程視頻監(jiān)控、遠程數(shù)據(jù)業(yè)務等與網絡有關的業(yè)務上。低比