第8章圖像壓縮

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1、第八章圖像壓縮Imagecompression圖像編碼ImageCoding壓縮目的基本原理基本方法圖像編碼標(biāo)準(zhǔn)減少數(shù)據(jù)量：存儲量、傳輸時間例1:一般彩色電視信號,YIQ色空間中各分量的帶寬分別為4.2MHz、1.5MHz、0.5MHz，采樣原理，采樣頻率>=2倍原始信號頻率，量化為8bit，1秒鐘的數(shù)據(jù)量為(4.2+1.5+0.5)*2*8=99.2MBits，約為100Mbits/S。HDTV數(shù)據(jù)量約為1.2GBits/S，彩色靜止圖像：3*1024*1024*8=3MB，8.1基礎(chǔ)壓縮的根據(jù)：圖像數(shù)據(jù)量>>信息量I=D-du,I（信

2、息量），D（數(shù)據(jù)量），du（冗余量）保留意義完全的信息，支持查詢與檢索。冗余(redundancy)信息和不相干(irrelevancy)的信息。壓縮率用n1表示一幅圖像原來的數(shù)據(jù)量，n2表示壓縮后的數(shù)據(jù)量，壓縮率Cr定義為：Cr=n1/n2冗余量Rd可表示為：Rd=1-1/Cr數(shù)據(jù)冗余的類型編碼冗余像素間冗余心理視覺冗余1、編碼冗余（信息熵冗余）“碼本”是表示一組信息或一組事件的一系列符號（如字母、數(shù)字等）。其中對每個信息或事件所賦予的符號成為“碼字”，每個碼字含有的基本符號的個數(shù)稱為“碼長”。設(shè)l(rk)為碼字rk的碼長，在二進(jìn)制表示

3、時稱為“比特數(shù)（bits）”，Pr(rk)為碼字的出現(xiàn)概率。若編碼系統(tǒng)共有L種不同的碼字，則系統(tǒng)可獲得的平均比特數(shù)為：自然碼，如表示256個不同的灰度級，就用8bits的等長的二進(jìn)制數(shù)據(jù)來編碼每一個灰度級，這樣系統(tǒng)的平均碼長就是8bits。定理：當(dāng)l(rk)根據(jù)pr(rk)降序設(shè)計成變長編碼的形式時，平均碼長最小。等長編碼與非等長編碼比較rkpr(rk)編碼1L1(rk)編碼2L2(rk)編碼3L3(rk)r0=00.0200030021111016r1=1/70.250013012002r2=2/70.06010310211104r3=

4、3/70.1601131100411004r4=4/70.0810031101411014r5=5/70.21101311104012r6=6/70.03110311110061111006r7=10.1911131111016102平均碼長33.782.82、像素間冗余（1）空間冗余：規(guī)則物體和規(guī)則背景的表面物理特性具有相關(guān)性?？臻g冗余時間冗余（2）時間冗余：序列圖像像素的灰度級和顏色之間具有相關(guān)性，隨機(jī)場模型（3）結(jié)構(gòu)冗余：紋理結(jié)構(gòu)有些圖像存在較強(qiáng)的紋理結(jié)構(gòu)，如墻紙、草席等圖像，稱之存在結(jié)構(gòu)冗余（4）知識冗余：人臉的固定結(jié)構(gòu)。有許多圖

5、像的理解與某些基礎(chǔ)知識有相當(dāng)大的相關(guān)性，例如人臉的圖像有固定的結(jié)構(gòu)，比如說嘴的上方有鼻子，鼻子的上方有眼睛，鼻子位于正臉圖像的中線上等等，這類規(guī)律性的結(jié)構(gòu)可由先驗知識和背景知識得到，稱此類冗余為知識冗余。。3.心理視覺冗余人類的視覺系統(tǒng)對于圖像場的注意是非均勻和非線性的，特別是視覺系統(tǒng)并不是對于圖像場的任何變化都能感知，即眼睛并不是對所有信息都有相同的敏感度，有些信息在通常的視覺感覺過程中與另外一些信息相比來說并不那么重要，這些信息可認(rèn)為是心理視覺冗余的，去除這些信息并不會明顯地降低所感受到的圖像的質(zhì)量。心理視覺冗余的存在是與人觀察圖像的

6、方式有關(guān)的，人在觀察圖像時主要是尋找某些比較明顯的目標(biāo)特征，而不是定量地分析圖像中每個像素的亮度，或至少不是對每個像素等同地分析，人通過在腦子里分析這些特征并與先驗知識結(jié)合以完成對圖像的解釋過程，由于每個人所具有的先驗知識不同，對同一幅圖像的心理視覺冗余也就因人而異。動態(tài)圖像的視覺延遲現(xiàn)象改進(jìn)的灰度級（IGS）量化方法4、保真度準(zhǔn)則輸入圖像f(x,y),輸出g(x,y),x,y=0,1,2,…,N-1,定義偏差e(x,y)=f(x,y)-g(x,y),（1）均方誤差：（2）均方根信噪比：（3）壓縮比=原圖像編碼每個像素平均所需bit數(shù)/壓

7、縮后像素平均所需bit數(shù)保真度準(zhǔn)則：主觀保真度準(zhǔn)則、客觀保真度準(zhǔn)則。客觀保真度準(zhǔn)則：圖像均方誤差、均方根信噪比。主觀保真度準(zhǔn)則盡管客觀保真度準(zhǔn)則提供了一種簡單方便的信息損失的方法，但是很多解壓圖像最終是供人觀看的，有時單用某一個或幾個解析式來度量圖像品質(zhì)，甚至得到與主觀評估相反的結(jié)果，這樣就造成采用這些解析公式得到的定量的逼真度的可信度低，造成逼真度不能從理論上完滿解決的根本原因在于人眼視覺感知得到的信息傳輸?shù)缴窠?jīng)系統(tǒng)的處理、判別過程不清楚，而這又涉及到生物物理學(xué)、生物化學(xué)以及生態(tài)光學(xué)等領(lǐng)域的成就，至今還不能提供這一過程的滿意回答（這也是

8、當(dāng)今計算機(jī)視覺的一個前沿課題，目前正在研究發(fā)展中）。鑒于這樣的原因，目前對圖像品質(zhì)的度量仍停留在主觀評估上。所謂主觀評估就是聘請一些‘外行’或?qū)＜?，通過對圖像的觀察來判別好壞。因而這是一種定性