dip-ch7-20101117

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1、DigitalImageProcessingDigitalImageProcessing数字图像处理数字图像处理第七章第七章数字图像编码数字图像编码第7章数字图像编码(第1讲)2无论从完成图像通信与数据通信网的结合方面来看，还是从对图像信号进行各种处理的角度来看，数字图像信号具有重要地位。而数字图像的存储和传输，关键是图像编码。3数字图像/视频编码必要性¢存储应用需求£降低存储空间¢传输应用需求£节省传输带宽，减少发射功率£提高传输鲁棒性一路高清电视的数据未压缩1G带宽MPEG220M带宽（压缩比50：1）

2、H.26410M带宽（压缩比100：1）信源信源编码信道编码调制数字通信噪声传输信道系统模型信宿信源解码信道解码解调5在数字通信系统模型中有二次编、译码:信源编码、信源译码信道编码、信道译码6信源编码的主要任务是解决有效性问题，也就是对信源实现压缩处理，在编码过程中尽量提高编码效率，也就是力求用最少的数码传递最大的信息量。7信道编码的任务是解决可靠性问题，也就是尽量使处理过的信号在传输过程中不出错或少出错，既使出了错也要有能力尽量纠正错误。因此，在信道编码中往往引进可用于误差控制的编码技术，以实现自动检错和

3、纠错。8本章介绍的数字图像编码属于信源编码范畴，主要研究高效编码问题，即利用图像信号的统计特性及人眼睛的生理和心理特性对图像数据进行高效压缩。编码是信息处理科学中的经典研究课题，就图像编码而言，已有近五十年的历史。91948年至1988年这四十年中研究的编码方法均以去除冗余为基础，经典方法如：PCM、DPCM、变换域的DFT、DCT、Walsh-Hadamard变换编码等。以及以运动估计和变换编码为基础的混合编码法。10八十年代以后提出的新的编码方法：如金字塔编码、分形编码、基于神经元网络的编码、小波变换编

4、码等。特点是：①充分考虑人的视觉特性；②恰当地考虑对图像信号的分解与表述；③采用图像的合成与识别方案压缩数据率。117.1图像编码的基本原理7.1.1冗余分类7.1.2去除冗余的主要技术7.1.3保真度标准7.1.4图像编码基本模型7.1信源编码的基本原理从信息论的角度看，各种信源都存在大量的冗余成分。如果去掉这些冗余成分，就能提高编码效率。所以，常见的编码方法就是围绕着去除冗余度这一中心思想实现数据压缩的。13对编码而言，是否冗余越少越好？去掉了冗余成分的信源固然精练了，但是抗干扰性能也变差了。因此，在传

5、输过程中，还要加入一些冗余成分以增加抗干扰能力。这就是信道编码的任务了。147.1图像编码的基本原理7.1.17.1.1冗余分类冗余分类7.1.2去除冗余的主要技术7.1.3保真度标准7.1.4图像编码基本模型图像/视频压缩可行性¢“冗余”来自哪里?£统计特性冗余¢时间¢空间¢信息熵£心理视觉冗余¢人眼敏感¢知识统计冗余--空间冗余在同一幅图像中，规则物体和规则背景（所谓规则是指表面颜色分布是有序的而不是完全杂乱无章的）的表面物理特性具有相关性；统计冗余--时间冗余一组连续的图像序列中，时间上相邻的两幅图像

6、之间有较大的相关性统计冗余--信息熵冗余也称编码冗余，如果图像中平均每个像素使用的比特数大于该图像的信息熵，则图像中存在冗余。例：如果该图像每个像素点用8位表示，我们就说该图像存在着编码冗余，因为该图像只有两个灰度，用一位即可表示。心理视觉冗余--视觉冗余人的视觉系统对图像场的敏感性是非均匀和非线性的：•亮度变化>色度变化；•物体边缘>内部区域；可根据视觉特性对图象信息进行取舍。心理视觉冗余--知识冗余有许多图像的理解与某些基础知识有相当大的相关性，例如：人脸图像有固定的结构。这类规律性的结构可由先验知识和

7、背景知识得到。7.1图像编码的基本原理7.1.1冗余分类7.1.27.1.2去除冗余的主要技术去除冗余的主要技术7.1.3保真度标准7.1.4图像编码基本模型7.1.2去除冗余主要技术£去除时间冗余¢帧间预测编码£去除空间冗余¢帧内预测编码¢变换编码£去除视觉冗余¢量化£去除编码冗余¢熵编码去除时间冗余¢帧间预测编码£运动估计/补偿：通过先前的局部图像来预测、补偿当前的局部图像£运动表示：运动矢量去除空间冗余¢帧内预测编码£通过周围的像素点来预测当前像素点¢变换编码£空域Æ频域£系数之间相关性降低£能量更集

8、中去除视觉冗余¢量化£人眼对某些高频信息不敏感原始压缩后（33：1）去除统计冗余¢熵编码£符号/符号串出现概率与分配码字长度成反比。¢Huffman编码¢算术编码典型的混合视频编码器框图源数据量化后系数变换/‐量化编码码流反变换/量化熵编参帧内帧内码考预测预测缓冲帧间帧间区预测预测7.1图像编码的基本原理7.1.1冗余分类7.1.2去除冗余的主要技术7.1.37.1.3保真度标准保真度标准7.1.4图像编码基本模