數(shù)字圖像處理及分析基礎(chǔ)第七章圖像編碼2

1、數(shù)字圖像處理與數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)分析基礎(chǔ)第七章第七章 圖像編碼技術(shù)圖像編碼技術(shù)數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)7.4 無誤差編碼技術(shù)無誤差編碼技術(shù)Lossless Compression Techniquesn位平面編碼位平面編碼n二值圖像編碼二值圖像編碼n行程編碼行程編碼(Run_length Coding)n輪廓編碼輪廓編碼有誤差編碼：編碼后的圖像不能經(jīng)解碼器復(fù)原到原始的圖像，不可逆。無誤差編碼：可逆。數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)7.4.1 位平面編碼位平面編碼n一種能有效減少像素間冗余的技術(shù)，對相關(guān)性強(qiáng)的圖像，它的編碼效率比霍夫曼碼更高。n基本方法：將多級圖像（灰度圖像或彩色圖像）分解成一系列的二值

2、圖像，然后對二值圖像應(yīng)用二值圖像編碼方法，以達(dá)到對多值圖像編碼的目的。n相關(guān)技術(shù)：位平面分解二值圖像編碼數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)1、位平面分解、位平面分解設(shè)灰度圖像的灰度級需要m比特表示，那么任意一個灰度級g都可以表示成一個以2為底的多項(xiàng)式： 001122112222gaaaammmm其中 ai=0/1，i=0,1,2,m-1 也就是說，圖像的同一個比特位的系數(shù)的集合就是一個二值圖像，稱為一個“位平面”。位平面編號從0開始，直到m-1。將m個位平面組合，顯然又可以恢復(fù)原來的灰度圖像 127（011111112）和128（100000002） 數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)Grey碼二進(jìn)制碼，它與自然二進(jìn)

3、制碼有一一對應(yīng)的轉(zhuǎn)換關(guān)系。設(shè)它的第i位為gi，gi與ai的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：20 ,1 ,1miaamiagiiii20 ,1 ,11migggmigamiiii格雷碼的優(yōu)點(diǎn)：差值為1的兩個數(shù)值的格雷碼只有一位不同。127（01000000g）, 128（11000000g），轉(zhuǎn)換后就只在第7個位平面有一個0到1的變化 數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)7.4.2 二值圖像編碼二值圖像編碼n位平面圖像n圖形圖像或文本圖像n大量的是連續(xù)的白色背景，對這些連續(xù)的塊指定短碼字，可以達(dá)到壓縮的效果。 數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)空白編碼利用了文本類圖像中空白較多的特點(diǎn)。將圖像的一行分成若干段，規(guī)定每段有k個象素；若k個象素全

4、是空白，則用“0”表示；否則用“1”表示，后接直接編碼。例：不同的10個像素，它們相應(yīng)的代碼如下：10個象素 相應(yīng)的代碼000000000000000000001 100000000011000000001 11000000001Lk=p1+(1-p) (k+1)/k =k+1-kp /k壓縮比=pk111p(全白)1/k，才能達(dá)到壓縮效果。當(dāng)k=10時，對大多數(shù)文本文件比較合適。數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)黑塊黑塊/白塊編碼白塊編碼擴(kuò)展到二維，是對圖像中大片的連續(xù)的1或0的區(qū)域（黑白塊）進(jìn)行識別編碼。（1）設(shè)圖像被分解為若干塊，每一塊的大小一致，為ab。（2）這些塊只有三種類型：全白色、全黑色、混

5、合區(qū)域。（3）統(tǒng)計(jì)這三類區(qū)域的出現(xiàn)概率。（4）碼字分配：出現(xiàn)概率最大的類型用1比特碼字“0”表示，其他的用2比特碼字“10”和“11”表示，后接對應(yīng)區(qū)域的直接編碼。平均碼長)1)(12(1)X(Lpabpab 若達(dá)到壓縮效果，需滿足 p2/(ab+1) 數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)逐層編碼進(jìn)一步提高編碼效率的方法是使用迭代的方法將二值圖像分解為越來越小的塊，逐層進(jìn)行編碼。逐層編碼算法：（1）純白色的圖像塊用1比特碼字“0”表示；（2）其他類型圖像用1比特碼字“1”表示，并且對圖像進(jìn)行四等份分割，得到四個子塊。（3）對每一個子塊重復(fù)過程（1）、（2），一直到規(guī)定的最小子塊尺寸。（4）圖像最小子塊采用原

6、圖像信息的直接編碼。數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)7.4.3 行程編碼行程編碼(Run_length Coding) 映射器n又稱為“游程編碼”n可用于二值圖像/灰度值/連續(xù)出現(xiàn)的長度值進(jìn)行編碼。n若在圖像的一行內(nèi)采用，就是一維行程編碼，即A碼；若在圖像平面內(nèi)實(shí)施，則為二維行程編碼，它們分別是傳真機(jī)中使用的兩種二值圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)（G3和G4）中所用技術(shù)的基礎(chǔ) 數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)1、一維行程編碼、一維行程編碼（線性行程編碼，A碼）圖像行掃描， xi=x1, x2, xn， 行內(nèi)連續(xù)的相同的點(diǎn)的數(shù)目稱為行程長度。 縱坐標(biāo)為圖像灰度級gi, 編碼:Wi=(gi, li), li灰度級為gi的 行程長度。G

7、864204 8 12 16 20 xL數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)（a)預(yù)測差值編碼（PDQ）將圖像陣列變換為整數(shù)對序列（i,i）, i 是相鄰行同區(qū)域開始點(diǎn)列坐標(biāo)差值，I鄰行同區(qū)域行程長度差值域。i+I+區(qū)域起始點(diǎn)參數(shù)+區(qū)域終點(diǎn)參數(shù)=形狀，位置2、二維行程編碼、二維行程編碼ABt1t2iii=t2-t1PDQ及DDC方法說明數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)（b）雙重增量編碼（DDC）(i,i)，i相鄰行同區(qū)域結(jié)束點(diǎn)列坐標(biāo)差值。用法： 少數(shù)大區(qū)域，二維； 較多小區(qū)域，一維。 用B1碼對整數(shù)序列再編碼。數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)7.4.4輪廓編碼（或等值線編碼）輪廓編碼（或等值線編碼）映射器用像素的空間坐標(biāo)及其灰

8、度值來描述或壓縮圖像信息。(1) 鏈碼鏈碼(Chain Code)：二值圖像的輪廓編碼二值圖像f(x,y)，0：背景；1：物體。算法：1）確定物體邊界起始點(diǎn)IP，f(x,y)=1;2）根據(jù)LML（Look Most Left）規(guī)則跟蹤輪廓；3）給出移動方向碼（Freeman碼，鏈碼）。 3201四方位碼45671023八方位碼數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)鏈碼搜索算法（假設(shè)圖像中只包括一個連續(xù)區(qū)域）1、從上到下，從左到右掃描圖像，第一個滿足f(x,y)=1的點(diǎn)（物體的邊界點(diǎn)）確定為鏈碼的起始點(diǎn)IP，并記錄起始搜索方向?yàn)閏ode0=0，起始點(diǎn)坐標(biāo)（x0,y0）; 2、根據(jù)LML（Look Most Le

9、ft）規(guī)則跟蹤輪廓：設(shè)當(dāng)前的方向碼為codei，下一次的搜索方向?yàn)閏odei+1，（1）首先向當(dāng)前鏈碼的左方位搜索， next=（codei-1）mod 8；（2）如果位于該方位的像素也是物體上的點(diǎn)，即滿足 f(x,y)=1，那么這就是下一個輪廓點(diǎn)，記錄鏈碼，修改方位codei+1 = next，進(jìn)入下一次搜索；（3）如果位于該next方位的像素不是物體上的點(diǎn)，即不滿足f(x,y)=1,那么它就不是下一個輪廓點(diǎn)，向右依次回溯，next= next +1；數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)（4）如果next = code1，且x=x0,y=y0，則已經(jīng)回到起始點(diǎn)，搜索結(jié)束；否則繼續(xù)搜索;3、搜索結(jié)束，從co

10、de1開始給出區(qū)域的起始位置坐標(biāo)以及移動方向碼（Freeman碼，鏈碼），它們就包括了一個區(qū)域的完整的輪廓信息 八方位碼時，方位編碼只需要3bits。各方位碼的行程可用霍夫曼碼等進(jìn)一步編碼 。數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)減少搜索的技巧SDEDIP例：左圖為圖像f(x,y)中的目標(biāo)區(qū)域，采用八方位碼，則區(qū)域鏈碼 0422426142617161note: 八方位碼只需搜索5個方向。數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)area area0y(-1)7 (y+y+1)/2(-1)4y(+1) 5 (y+y+1)/2(+1)603 (y-1+y)/2(+1)201 (y+y-1)/2(-1)oeNNP2Y+1yy-113

11、572640unitx其中Ne是邊界鏈碼中偶數(shù)的數(shù)目，No是奇數(shù)的數(shù)目。（2）面積（1）周長由鏈碼計(jì)算圖形的幾何特征數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)(3)Xmax,Xmin,Ymax,Ymin,重心，矩編碼構(gòu)成： 編號+IP坐標(biāo)(x,y)+鏈碼特點(diǎn)：圖像細(xì)節(jié)少數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)圖像多等灰度級區(qū)域，邊界是等值線，用鏈碼表示。區(qū)域內(nèi)部不存儲或傳輸。等值線編碼壓縮。編碼內(nèi)容：等值線號、灰度級、IP行號、IP列號、鏈碼（自然碼）（差分碼）（自然碼/行程編碼/Huffman編碼）全體象素位置標(biāo)記為I，（1）T算法（等值線）：鏈碼，并對跟蹤過的點(diǎn)標(biāo)記A、D、R、I。若二次通過看分配表。（2）IP算法（起始點(diǎn)）：

12、圖像左上角，左右，掃描圖像，檢查標(biāo)志符。算法：比較點(diǎn)表。等值線編碼等值線編碼映射器數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)7.5 有誤差編碼技術(shù)映射器n圖像像素之間的相關(guān)性很高，可以將圖像映射到另一個表示域，減少數(shù)據(jù)的變換范圍。n在編碼時通常還對造成較小誤差的數(shù)據(jù)忽略，以獲得更高的編碼率，因此屬于“有誤差編碼技術(shù)”。 n1、預(yù)測編碼n2、變換編碼數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)7.5.1預(yù)測編碼（DPCM） (微分/差分脈沖調(diào)制)-+XNeNXNeNeN輸出XN輸出XN量化器編碼器預(yù)測器解碼器預(yù)測器數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)預(yù)測編碼原理n根據(jù)信號規(guī)律，設(shè)計(jì)預(yù)測公式，對預(yù)測的誤差進(jìn)行編碼。n線性預(yù)測編碼（差分脈沖調(diào)制）、非線性

13、預(yù)測編碼。當(dāng)前xn，之前的信號xn-1 , xn-2 , xn-m，則預(yù)測值為預(yù)測誤差en是用于傳輸?shù)牧浚h(yuǎn)小于原值。令：E（ en 2）0，則可獲得最佳估值 ),.,(1mnnnxxfxnnnxxe數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)預(yù)測誤差)()/()()()()(112112)/()(12令 與誤差en最小值條件一致。 數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)令：)/()()/(1得到：)/)/(11 , )p(xx/xp(xnmnnn1)()()/(1也就是說，xn的最佳估值是已知條件xn-1 ,xn-2 , xn-m下xn的數(shù)學(xué)期望。設(shè)與序列的前值無關(guān)，那么：數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)預(yù)測編碼n利用預(yù)測誤差傳送信號，差

14、分脈沖編碼調(diào)制（DPCM）xn表示時刻n的輸入信號， 表示預(yù)測信號，它是由xn之前的m個信號估計(jì)的，en為預(yù)測誤差信號。因此，在實(shí)際系統(tǒng)中，信號前m個值是不能預(yù)測的，輸入的是實(shí)際信號的幅度，它們要用單獨(dú)的方式編碼。若框圖中缺少“量化器”，則傳送的信號無損失，整個系統(tǒng)無誤差，為“無損預(yù)測編碼”。在有“量化器”時，誤差被重整為很少的數(shù)目en，為“有損預(yù)測編碼”，但編碼比特數(shù)減少，可以獲得更大的壓縮比。nx 數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)1、線性預(yù)測假設(shè)二維靜止圖像信號是一個均值為0，方差為2的平穩(wěn)隨機(jī)過程，x1 , x2 , xn-1為在時刻t1 , t2 , tn-1的采樣值，那么時刻tn的采樣值可以由

15、它之前的n-1已知的采樣值估計(jì)， 11niiintat111niia數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)Prisch研究并修正了這個結(jié)論為了防止DPCM系統(tǒng)中出現(xiàn)“極限環(huán)”（Limit Circle）振蕩和減少傳輸誤碼的擴(kuò)散效應(yīng)，應(yīng)滿足下列兩個條件：（1）預(yù)測誤差e=0應(yīng)該是一個量化輸出電平，也就是說量化分層的總數(shù)K應(yīng)該是奇數(shù)；（2）所有預(yù)測系數(shù)應(yīng)當(dāng)滿足 111niia和111niia 數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)DPCM中利用已知信息的方法掃描方向前一行X6X3X2X4X7當(dāng)前行X5X1XP3當(dāng)前象素圖7-13 預(yù)測當(dāng)前象素時采用的以前像素的位置，數(shù)字表示優(yōu)先關(guān)系掃描方向數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)（1）前值預(yù)測：對

16、XN的估計(jì)只取前一個值X N-1；（2）一維預(yù)測（行內(nèi)預(yù)測）:取同行中前面若干個；（3）二維預(yù)測：本行前幾個與上行相鄰幾個。（4）三維預(yù)測：相鄰兩幀圖像的相關(guān)性，動態(tài)圖像（視頻）。數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)隔行掃描的電視圖像，經(jīng)驗(yàn)公式：) 1, 1(81) 1, 1(81), 1(41) 1,(21),(nmfnmfnmfnmfnmf人頭像的典型預(yù)測公式為：) 1, 1(0.061) 1, 1(0.200 ), 1(0.437) 1,(0.702),(nmfnmfnmfnmfnmf數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)2、非線性預(yù)測編碼ai變化，與圖像的局部特性相匹配，典型方案：按象素差值大小進(jìn)行預(yù)測其它如果 )

17、, 1(97. 0) 1, 1() 1,() 1, 1(), 1() 1,(97. 0),(nmfnmfnmfnmfnmfnmfnmf數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)注：Si不是時間序列，而是由S0與Si之間距離來決定的序列，距離越近，Si越小。令: d1=s0-s1, d11=a(s3-s2); d2=s0-s2, d22=a(s1-s7); d3=s0-s3, d33=a(s1-s2); a=0.5由于Si狀態(tài)不一樣，非線性預(yù)測進(jìn)一步修改為：S11S9S7S8S10S12S2S6S3S4S5S0S1ddmiiiimiiidWddsWs111 ,1)21(1數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)無損預(yù)測系統(tǒng)壓縮圖像預(yù)

18、測器整數(shù)舍入+輸入圖像fn符號編碼器+-en預(yù)測器+解壓圖像符號解碼器+en壓縮圖像圖6.5.1 無損預(yù)測編碼系統(tǒng)數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)有損預(yù)測系統(tǒng)預(yù)測器+解壓圖像符號解碼器+En壓縮圖像圖 無損預(yù)測編碼系統(tǒng)壓縮圖像預(yù)測器+輸入圖像fn符號編碼器+en+量化器+-+En數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)3、預(yù)測誤差的量化nnene2ene21)e (p拉普拉斯分布 均勻量化，只要量化級數(shù)少于8bits就可望達(dá)到壓縮的效果。也可以根據(jù)最佳量化器的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)最佳的非線性量化器，當(dāng)每像素平均2bits時就可以得到較好的圖像質(zhì)量。若采用自適應(yīng)量化或矢量量化，圖像質(zhì)量可進(jìn)一步提高。 數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)7.5

19、.2 變換編碼變換編碼映射器映射器實(shí)際圖像的空間域信息正交變換頻率/列率編碼特點(diǎn)：1）正交變換，相關(guān)性下降；2）頻譜信息來自整個圖像，頻譜能量集中低頻；3）受噪聲干擾小； 4）變換系數(shù)存在量化過程，不可逆編碼。輸入圖像構(gòu)造子圖像正變換量化符號編碼壓縮數(shù)據(jù)壓縮數(shù)據(jù)符號解碼反變換合并子圖像解壓圖像圖 典型的變換編碼系統(tǒng)框圖數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)編碼中需考慮的重要因素1、變換方法的選擇信息集中能力強(qiáng)弱：KLT，DCT，DFT，WHT計(jì)算量大小：KLT，DCT，DFT，WHT2、子圖像尺寸的選擇2的冪次，圖像的相關(guān)性與圖像尺寸有關(guān)，8*8，16*163、比特的分配對變換子圖像的系數(shù)截留、量化和編碼的全

20、過程。數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)系數(shù)截留方式： 區(qū)域編碼區(qū)域編碼和域值編碼域值編碼1）區(qū)域編碼：對能量集中區(qū)域進(jìn)行抽樣，并對區(qū)域內(nèi)變換系數(shù)編碼。壓縮率高2）域值編碼：對變換系數(shù)的幅度進(jìn)行編碼。效果好7654328165432170543210604321005032100040210000301000002000000010區(qū)域比特分配圖數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)壓縮步驟n1、確定矩陣階數(shù)；n2. 分別按圖像矩陣的行或列，求得圖像數(shù)據(jù)的協(xié)方差矩陣；n3. 確定變換矩陣；n4. 計(jì)算變換域的協(xié)方差矩陣；n5. 保留較大的系數(shù)，把小于等于域值的系數(shù)以0代替；n6. 按新矩陣傳輸非零系數(shù)，并在接收端用反變換

21、核求原始圖像的值數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)特點(diǎn)：（1）變換系數(shù)的相關(guān)性遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于圖象象素間的相關(guān)性；（2）變換矩陣固定，DFT, DCT, Walsh_Hadamard, Slant, Haar；（3）快速算法。數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)2、 混合編碼混合編碼 :較好的復(fù)原圖像 f(x,y)1D行變換核行間預(yù)測編碼數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)1、以上的編碼方法均以信號和信息理論為指導(dǎo)，屬波形編碼。2、圖像壓縮降低了數(shù)字圖像的存儲量，縮短了圖像傳送所需求的時間，但是這是以壓縮和解壓縮的時間為代價的。3、有損壓縮比無損壓縮可以達(dá)到更高的壓縮比，但是后者保持了數(shù)據(jù)的完整性。4、K-L變換對于靜態(tài)圖像的編碼是最佳的方

22、法，但是它需要對特征矩陣作繁重的計(jì)算。5、對于那些可以用一階馬爾科夫（ Markov）過程來模擬的圖像來說，DCT是K-L變換很好的近似，尤其是當(dāng)P接近1時。波形編碼圖像壓縮要點(diǎn)波形編碼圖像壓縮要點(diǎn)數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)6、基于方波變換的圖像壓縮方法在計(jì)算量上效率比較高，但是一般來說，比起 DCT編碼的效率要低。7、最佳編碼方法生成的誤差圖像只包含高斯白噪聲。8、現(xiàn)代圖像和視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)綜合各種數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，以達(dá)到更高的效率和更好的結(jié)果。9、由于有損壓縮方法得到的圖像的質(zhì)量，依賴于壓縮率和圖像的內(nèi)容。評價是，應(yīng)該在高質(zhì)量的現(xiàn)實(shí)設(shè)備上，用具有代表性的待壓縮圖像進(jìn)行對照性的比較。數(shù)字圖像處理與分析基

23、礎(chǔ)7.7 圖像編碼標(biāo)準(zhǔn)圖像編碼標(biāo)準(zhǔn)n1、二值圖像壓縮編碼、二值圖像壓縮編碼n2、靜態(tài)圖像壓縮編碼、靜態(tài)圖像壓縮編碼n3、動態(tài)圖像壓縮編碼、動態(tài)圖像壓縮編碼國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(international standardization organization，ISO) 國際電信聯(lián)盟(international telecommunication union , ITU) 國際電話電報咨詢委員會(consultative committee of the international telephone and telegraph，CCITT)。 數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)表7-8 主要的數(shù)據(jù)壓縮標(biāo)準(zhǔn)及其

24、典型應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)號俗稱適用信源典型應(yīng)用ITU-T T.82 | ISO/IEC 11544JBIG-1二值圖像、圖形G4傳真機(jī)、計(jì)算機(jī)圖形ISO/IEC 14492JBIG-2二值圖像、圖形傳真機(jī)、WWW圖形庫、PDA等ITU-T T.81 | ISO/IEC 10918JPEG連續(xù)色調(diào)靜止圖像圖像庫、傳真、彩色印刷、數(shù)碼相機(jī)等ITU-T T.87 | ISO/IEC 14495JPEG-LS連續(xù)色調(diào)靜止圖像醫(yī)學(xué)、遙感圖像資料的無損/近似無壓縮ISO/IEC 11544JPEG2000連續(xù)色調(diào)靜止圖像各種圖形、圖像（含計(jì)算機(jī)生成的）ITU-T G.723 、G.728和G.729語音數(shù)字通信和電話

25、錄音ITU-T-T H.261P64活動圖像ISDN上的會議電視/可視電話ITU-T-T H.263活動圖像PSTN上的會議電視/可視電話ISO/IEC 11172MPEG-1活動圖像及伴音VCD、DBA、多媒體、VOD等ITU-T-T H.262 | ISO/IEC 13818-2MPEG-2視頻高質(zhì)量活動圖像SVCD/DVD、VOD/MOD、多媒體視頻游戲、DVB DTV/HDTV等ISO/IEC 14496MPEG-4多媒體音像數(shù)據(jù)WWW 上的視頻、音頻擴(kuò)展數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)7.7.1 二值圖像壓縮編碼1、G3和G4CCITT的T.0建議書“公共電話網(wǎng)文件傳輸傳真設(shè)備分類”中定義了G

26、1、G2、G3和G4四種傳真機(jī)。規(guī)定G3傳真機(jī)可采用MH（Modified Huffman）和MR（Modified READ）編碼方式，G4傳真機(jī)采用MMR（Modified Modified READ）編碼方式。數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)G3和G4G3：非自適應(yīng)編碼，1-D游程編碼技術(shù)、位平面分解、常數(shù)塊編碼。對每組N行(N2或N=4)掃描線中的后N-1行也可以用2-D方式編碼。1組共8幅 “試驗(yàn)”圖用來評判各種壓縮方法，包括打印的文字、用幾種語言手寫的文字、少量的線繪圖G3對它們的壓縮率約為15：1。G4：G3的1種簡化版本，其中只使用2-D編碼。G4的壓縮率一般比G3高1倍。 數(shù)字圖像處理

27、與分析基礎(chǔ)2、 JBIT（ Joint Bi-level Image Coding Experts group)n一種高清晰度的二值圖像編碼標(biāo)準(zhǔn)，1991年制定 。n自適應(yīng)技術(shù)，對半調(diào)灰度(halftone)圖有改進(jìn)n“軟拷貝通信”用于傳真機(jī)：圖像按位平面進(jìn)行分解，分層傳送。用于圖像檢索：漸進(jìn)(累進(jìn))的傳輸與重建策略。原圖像縮小，水平/垂直各1/2求概略圖，最低分辨率，依次傳送，滿意可中止。數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)JBIG標(biāo)準(zhǔn)圖像縮小DP模板模型熵編碼抖動或非抖動圖像圖7-15 JBIG標(biāo)準(zhǔn)的方框圖n 圖像縮?。╮eduction method， 分辨率變換）采用PRES形式（progressi

28、ve reduction scheme，累進(jìn)壓縮方案），使圖像和圖形部分保持良好的縮小特性。n DP（deterministic prediction，唯一性預(yù)測），根據(jù)圖像縮小的方式，從已編過碼的像素唯一地確定所要編碼的像素值。n 模板模型（template model）是編碼時所用的參考像素的模型，在分辨率最低圖像中采用的是高階馬爾科夫模型。n 熵編碼（entropy coder）中采用的是QM碼，屬于自適應(yīng)算術(shù)編碼方式。數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)6.9.2 靜止彩色圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)靜止彩色圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)n1、JPEG n2、JPEG 2000數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)1、 JPEG（Joint Pic

29、ture Experts Group)n聯(lián)合圖像專家小組n“聯(lián)合” 是指，國際電報電話咨詢委員會（CCIT）和國際標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會（ISO）聯(lián)合組成的一個圖像專家小組。聯(lián)合圖像專家小組1986年成立，任務(wù)是開發(fā)研制出連續(xù)色調(diào)、多級灰度、靜止圖像的數(shù)字圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)，使之滿足以下的要求：n（1）達(dá)到或接近當(dāng)前壓縮比與圖像保真度技術(shù)水平，能覆蓋一個較寬的圖像質(zhì)量等級，能達(dá)到“很好”到“極好”的評估，即編碼圖像與原始圖像相比較，人的視覺難以區(qū)分差別。n（2）能適用于任何種類的連續(xù)色調(diào)的圖像，且長寬比都不受限制，同時也不受限于景物內(nèi)容、圖像的復(fù)雜度和統(tǒng)計(jì)特性等。n（3）計(jì)算的復(fù)雜性是可控制的，其軟件可在各

30、種CPU上完成，算法也可用硬件實(shí)現(xiàn)數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)（4）JPEG算法具有下面四種操作方式：順序編碼。每個圖像按從左到右、從上到下掃描，一次掃描完成編碼。累進(jìn)編碼。圖像編碼在多次掃描中完成。累進(jìn)編碼傳輸時間長，接受端收到的圖像是多次掃描由粗糙到清晰的累進(jìn)過程。無失真編碼?？杀ＷC解碼后完全精確地恢復(fù)源圖像，其壓縮比低于有失真編碼。分層編碼。圖像在多個空間分辨率進(jìn)行編碼。當(dāng)信道傳輸速率慢，接收端顯示器分辯率也不高的情況下，只需做低分辨率解碼，不必進(jìn)行高分辨率解碼。數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)Fig7-16 JPEG BASELINE 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖DCT88量化器輸入圖像量化表DC系數(shù)AC系數(shù)塊間DPC

31、MZ字型掃描DC霍夫曼表霍夫曼編碼霍夫曼編碼AC霍夫曼表字節(jié)填充復(fù)用輸出數(shù)據(jù)標(biāo)識碼控制信號數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)離散余弦變化后得到64個變換系數(shù)，對應(yīng)于頻率為0的系數(shù)稱為“直流分量”（DC系數(shù)）,其它63個系數(shù)稱為“交流分量”（AC系數(shù)）。這兩種系數(shù)量化和編碼的方式都不同。數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)量化器由包含64個分量的量化表組成，量化表的內(nèi)容由用戶指定，每一個分量是從1到255的任意整數(shù)。因此量化就是每一個DCT系數(shù)被與它相對應(yīng)的量化器的步長（quantizer step size）除，再取整：C(u,v)圖像DCT之后的系數(shù)，Q(u,v)量化參數(shù)， CQ(u,v)量化后的DCT系數(shù)。由于存在

32、取整，量化過程不可逆，造成信息的丟失，因此會使圖像失真。如果這種失真足夠小，不影響視覺感受，就是可以接受的。 u,v)(C(u,v)/Q(u,v)CQ取整1、量化數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)表7-9 亮度量化表1611101624405161121214192658605514131624405769561417222951878062182237566810910377243555648110411392496478871031211201017292959811210010399數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)表7-10 色度量化表1718244799999999182126669999999924266

33、699999999994766999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)2、編碼1、直流系數(shù)采用差值編碼。2、交流系數(shù)，需要先將交流系數(shù)從AC01開始，按照“Z”字形路線掃描，至AC63，這樣可以將低頻系數(shù)置于高頻系數(shù)之前，獲得大量連續(xù)的“0”。非零的系數(shù)采用霍夫曼碼編碼，而“0”采用行程編碼，多種技術(shù)綜合使用可以得到很高的壓縮比， 7654328165432170543210604321005032100040210000301000002000000010數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)表7-11 中

34、等復(fù)雜程度的彩色圖像的壓縮結(jié)果及圖像品質(zhì)統(tǒng)計(jì)壓縮結(jié)果（bits/pixel）圖像品質(zhì)評價0.250.5中好，滿足某些應(yīng)用0.50.75好很好，滿足多數(shù)應(yīng)用0.751.5極好，滿足大多數(shù)應(yīng)用1.52.0幾乎與原圖像無差別數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)6.9.2 靜止彩色圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)靜止彩色圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)n2、JPEG20001997年開始征集提案（call for proposal） 目標(biāo)：提高圖像的壓縮質(zhì)量，尤其是低碼率的增加新功能：根據(jù)圖像質(zhì)量、視覺感受和分辨率進(jìn)行漸進(jìn)傳輸，對碼流的隨機(jī)存取和處理，開放結(jié)構(gòu)、向下兼容等。1999年形成工作草案，2000年問世。 數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)7.7.3 7.7

35、.3 視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)n1、H.261；n2、MPEG-I;n3、MPEG-II n4、MPEG-IV n5、MPEG-VII 各種電視通訊領(lǐng)域：電視會議、數(shù)字廣播、可視電話、網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)1 1、電視會議標(biāo)準(zhǔn)、電視會議標(biāo)準(zhǔn)H.261H.261CCITT1990年制定的序列灰度圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)，會議電視也稱為P*64標(biāo)準(zhǔn)（P=1,2,30），其碼流可為：64，128，1920kbit/s?？梢栽试S通過T1線路（帶寬為1.544Mbit/s）以小于150ms的延遲傳輸運(yùn)動視頻。DCT的方法進(jìn)行了擴(kuò)展，減少幀間冗余（1） 對序列中的第1幀（或某參考幀）圖用類似于JPEG中的DCT壓縮，以