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1、數(shù)字電視原理第四章圖像壓縮編碼10/1/20211信息工程系第四章圖像壓縮編碼4.1圖像壓縮編碼概述圖像壓縮編碼技術(shù)是學(xué)習(xí)數(shù)字電視的重點(diǎn)內(nèi)容為什么要進(jìn)行圖像壓縮？（圖像壓縮的目的）一路彩色電視未經(jīng)壓縮時(shí)的數(shù)據(jù)量為：Y13.5MHz×8bit=108Mb/sU6.75MHz×8bit=54Mb/sV6.75MHz×8bit=54Mb/s合計(jì)=216Mb/s此速率已經(jīng)超過(guò)四次群的傳輸速率，相當(dāng)于3000多個(gè)話路圖像信號(hào)是有必要也有可能被壓縮10/1/20212信息工程系4.1.1圖像數(shù)據(jù)壓縮機(jī)理1.圖像數(shù)據(jù)壓縮機(jī)理來(lái)自兩個(gè)方面：圖像信號(hào)中存
2、在大量冗余度可供壓縮，并且這種冗余度在解碼后還可無(wú)失真地恢復(fù)利用人的視覺(jué)特性，在不被主觀視覺(jué)察覺(jué)的容限內(nèi)，通過(guò)減少表示信號(hào)的精度，以一定的客觀失真換取數(shù)據(jù)壓縮。10/1/20213信息工程系4.1.1圖像數(shù)據(jù)壓縮機(jī)理2.圖像信號(hào)的冗余度圖像信號(hào)的冗余度存在于結(jié)構(gòu)和統(tǒng)計(jì)兩方面。圖像信號(hào)的結(jié)構(gòu)冗余度圖像信號(hào)結(jié)構(gòu)上的冗余度表現(xiàn)為很強(qiáng)的空間(幀內(nèi)的)和時(shí)間(幀間的)相關(guān)性幀內(nèi)相鄰點(diǎn)的相關(guān)性幀間相鄰點(diǎn)的相關(guān)性10/1/20214信息工程系4.1.1圖像數(shù)據(jù)壓縮機(jī)理圖像信號(hào)幀內(nèi)相關(guān)性×8倍10/1/20215信息工程系4.1.1圖像數(shù)據(jù)壓縮機(jī)理信號(hào)
3、統(tǒng)計(jì)上的冗余度來(lái)源于被編碼信號(hào)概率密度分布的不均勻預(yù)測(cè)編碼：不直接傳送圖像信號(hào)，而傳送圖象信號(hào)之間的差值。這種差值呈拉普拉斯分布。幀內(nèi)相鄰點(diǎn)的相關(guān)性10/1/20216信息工程系4.1.1圖像數(shù)據(jù)壓縮機(jī)理預(yù)測(cè)編碼時(shí)，對(duì)出現(xiàn)概率高的預(yù)測(cè)誤差信號(hào)(0及小誤差)用短碼，對(duì)概率低的大預(yù)測(cè)誤差用長(zhǎng)碼，使總的平均碼長(zhǎng)要比用固定碼長(zhǎng)編碼短很多。10/1/20217信息工程系4.1.1圖像數(shù)據(jù)壓縮機(jī)理3.利用人眼的視覺(jué)特性進(jìn)行壓縮人眼對(duì)圖像的細(xì)節(jié)分辨率、運(yùn)動(dòng)分辨率和對(duì)比度分辨率都有一定的限度10/1/20218信息工程系4.1.1圖像數(shù)據(jù)壓縮機(jī)理圖像信
4、號(hào)在空間、時(shí)間以及在幅度方面進(jìn)行數(shù)字化的精細(xì)程度只要達(dá)到了這個(gè)限度即可，超過(guò)是無(wú)意義的編碼時(shí)只編碼、傳輸人眼分辨力內(nèi)的圖像內(nèi)容10/1/20219信息工程系4.1.2圖像編碼過(guò)程圖像編碼過(guò)程分三步完成:映射：即變換一下描寫(xiě)信號(hào)的方式。目的：去除相關(guān)性，降低圖像的結(jié)構(gòu)冗余度。量化：在滿足對(duì)圖像質(zhì)量一定要求的前提下，減小表示信號(hào)的精度目的：利用人眼主觀視覺(jué)特性壓縮圖像統(tǒng)計(jì)編碼目的：消除圖像的統(tǒng)計(jì)冗余度。10/1/202110信息工程系4.1.2圖像編碼過(guò)程10/1/202111信息工程系4.1.3圖像編碼算法的分類1.傳統(tǒng)的圖像編碼技術(shù)脈碼
5、調(diào)制量化法空間和時(shí)間子抽樣編碼預(yù)測(cè)編碼變換編碼熵編碼矢量量化子帶編碼塔型編碼混合編碼方案（MPEG-1，MPEG-2）空間和時(shí)間子抽樣統(tǒng)計(jì)編碼基于運(yùn)動(dòng)估計(jì)和補(bǔ)償?shù)腄PCM游程長(zhǎng)度編碼二維DCT10/1/202112信息工程系4.1.3圖像編碼算法的分類10/1/202113信息工程系4.1.3圖像編碼算法的分類2.新一代編碼壓縮算法模型基編碼分形編碼小波變換編碼神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)編碼10/1/202114信息工程系4.1.3圖像編碼算法的分類3.總結(jié)無(wú)損壓縮方法僅僅刪除圖像數(shù)據(jù)中的冗余信息，回放壓縮文件時(shí)，能夠準(zhǔn)確無(wú)誤地恢復(fù)原始數(shù)據(jù)。它可分為兩大
6、類:基于統(tǒng)計(jì)概率的方法和基于字典方法。有損壓縮算法靠丟掉大量冗余信息來(lái)降低數(shù)字圖像所占的空間，回放時(shí)也不能完整地恢復(fù)原始圖像，而將有選擇地?fù)p失一些細(xì)節(jié)，損失多少信息由需要多高的壓縮率決定。10/1/202115信息工程系4.1.3圖像編碼算法的分類10/1/202116信息工程系4.2熵編碼熵編碼的基本原理是給出現(xiàn)概率較大的符號(hào)一個(gè)短碼字，而給出現(xiàn)概率較小的符號(hào)一個(gè)長(zhǎng)碼字熵編碼的目的：使得最終的平均碼長(zhǎng)最短常用的熵編碼方法：游程編碼RLE(run-lengthcoding)Huffman編碼算術(shù)編碼三種10/1/202117信息工程系4
7、.2.1前綴碼設(shè)有一個(gè)由K個(gè)信源符號(hào)(以下簡(jiǎn)稱符號(hào))組成的離散、無(wú)記憶符號(hào)集:其中每一符號(hào)通過(guò)一個(gè)二進(jìn)制碼字(代碼)表示，但字長(zhǎng)不等。各符號(hào)出現(xiàn)的概率分別為:若符號(hào)以個(gè)碼元(位)編碼，則在變字長(zhǎng)編碼時(shí)編碼每個(gè)符號(hào)的平均碼長(zhǎng)為10/1/202118信息工程系4.2.1前綴碼編碼要求：編碼必須是單譯和可逆的編碼的平均碼長(zhǎng)最短碼III是前綴碼:0111100可以唯一地解碼為a1a4a2a110/1/202119信息工程系4.2.1前綴碼前綴碼的定義:在碼表中沒(méi)有碼字與任何一個(gè)比它長(zhǎng)的碼字的前綴(碼頭)相同，即不存在能在短碼字后面續(xù)加若干碼元構(gòu)
8、成的長(zhǎng)碼字，所以前綴碼又稱非續(xù)長(zhǎng)碼。前綴碼的碼樹(shù):10/1/202120信息工程系4.2.2離散無(wú)記憶信源的信息量離散無(wú)記憶信源離散：信源產(chǎn)生信號(hào)是不連續(xù)的，某一時(shí)刻只產(chǎn)生一個(gè)符號(hào)無(wú)記憶：某符號(hào)在某時(shí)刻出現(xiàn)
