图像的编码与压缩课件.ppt

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1、图像的编码与压缩数据压缩最初是信息论研究中的一个重要课题，在信息论中数据压缩被称为信源编码。但近年来，数据压缩不仅限于编码方法的研究与探讨，己逐步形成较为独立的体系。它主要研究数据的表示、传输、变换和编码方法，目的是减少存储数据所需的空间和传输所用的时间。1.为什么要压缩？存储VCD640MB传输：Cable1.5~10MbsATMupto34MbsMobileCommunication10Kbs~1Mbs(3)播放速度一、引言图像数据的特点之一是信息量大。以像幅为23cm×23cm的航摄影像为例

2、，若按采样间隔25um、每象素8bit扫描，其数据量为84.5MB；一颗卫星每半小时发回—次全波段(五个波段)数据，每个波段图像大小为2292×2190字节约4.90MB，每天的数据量高达1.2GB。如此海量数据需要巨大的存储空间。在多媒体中，海量图像数据的存储和处理是难点之一。根据计算，一张600M字节的光盘，能存放20秒左右的640×480像素的图像画面信息，如不进行编码压缩处理，多媒体信息保存有多么困难是可想而知的。在现代通信中，图像传输已成为重要内容。除要求设备可靠、图像保真度高以外，实时

3、性将是重要技术指标之一。很显然，在信道带宽、通信链路容量一定的前提下，采用编码压缩技术，减少传输数据量，是提高通信速度的重要手段。没有图像编码压缩技术的发展，大容量图像信息的存储与传输是难以实现的，多媒体、高速信息公路等新技术在实际中的应用会碰到很大困难。2.为什么能压缩？因为一般图像中，存在很大的冗余度。因此图像信息的压缩是可能的。但到底能压缩多少，除了和图像本身存在的冗余度多少有关外，很大程度取决于对图像质量的要求。例如广播电视要考虑艺术欣赏，对图像质量要求就很高，用目前的编码技术，即使压缩比

4、达到3∶1都是很困难的。而对可视电话，因画面活动部分少，对图像质量要求也低，可采用高效编码技术，使压缩比高达1500∶1以上。目前高效图像压缩编码技术已能用硬件实现实时处理，在广播电视、工业电视、电视会议、可视电话、传真和互连网、遥感等多方面得到应用。二、图像编码的分类图像编码压缩的方法目前有很多，其分类方法根据出发点不同而有差异。根据解压重建后的图像和原始图像之间是否具有误差（对原图像的保真程度），图像编码压缩分为无误差（亦称无失真、无损、信息保持）编码和有误差（有失真或有损）编码两大类。无损压

5、缩（冗余度压缩、可逆压缩）：是一种在解码时可以精确地恢复原图像，没有任何损失的编码方法，但是压缩比不大，通常只能获得1~5倍的压缩比。用于要求重建后图像严格地和原始图像保持相同的场合，例如复制、保存十分珍贵的历史、文物图像等；有损压缩（不可逆压缩）：只能对原始图像进行近似的重建，而不能精确的复原，适合大数工用于存储数字化了的模拟数据。压缩比大，但有信息损失。行程编码（RLE）在一个逐行存储的图像中，具有相同灰度值的一些象素组成的序列称为一个行程。在编码时，对于每个行程只存储一个灰度值的码，再紧跟着

6、存储这个行程的长度。这种按照行程进行的编码被称为行程编码（RunLengthEncoding）。行程编码对于仅包含很少几个灰度级的图像，特别是二值图像，比较有效。2.1无损编码LZW编码LZW编码是由Lemple和Ziv提出并经Welch扩充而形成的无损压缩专利技术。在对文件进行编码时，需要生成特定字符序列的表以及对应的代码。每当表中没有的字符串出现时，就把它与其代码一道存储起来。这以后当该串再次出现时，只存储其代码。实际上，字符串表是在压缩过程中动态生成的，而且由于解压缩算法可以从压缩文件中重构

7、字符串表，因而字符串表也不必存储。Huffman编码Huffman编码是50年代提出的一种基于统计的无损编码方法，它利用变长的码来使冗余量达到最小。通过一个二叉树来编码，使常出现的字符用较短的码代表，不常出现的字符用较长的码代表。静态Huffman编码使用一棵依据字符出现的概率事先生成好的编码树进行编码。而动态Huffman编码需要在编码的过程中建立编码树。由于Huffman编码所得到的平均码字长度可以接近信源的熵，因此在变长编码中是最佳的编码方法，故也称为熵编码。2.2有损编码量化将图像用较少的

8、灰度级别来表示是最简单的减小数据量的方法，这种方法就是标量量化方法。更一般的情况是，针对连续量的采样过程，量化是用有限个状态来表示连续值。预测编码预测编码根据数据在时间和空间上的相关性，根据统计模型利用已有样本对新样本进行预测，将样本的实际值与其预测值相减得到误差值，再对误差值进行编码。由于通常误差值比样本值小得多，因而可以达到数据压缩的效果。模拟量到数字量的转换过程是脉冲编码调制过程PCM，也称PCM编码。对于图像而言，直接以PCM编码，存储量很大。预测编码可以利用相邻象素之间的