第六章 圖像編碼(2)

1、姓名：石英E_mail：a_l一：概述和分類一：概述和分類l二：基本概念和理論二：基本概念和理論l三：簡單的編碼方法三：簡單的編碼方法l四：預(yù)測編碼四：預(yù)測編碼l五：變換編碼五：變換編碼l六：國際標(biāo)準(zhǔn)簡介六：國際標(biāo)準(zhǔn)簡介l一：概述和分類一：概述和分類l二：基本概念和理論二：基本概念和理論l三：簡單的編碼方法三：簡單的編碼方法l四：預(yù)測編碼四：預(yù)測編碼l五：變換編碼五：變換編碼l六：國際標(biāo)準(zhǔn)簡介六：國際標(biāo)準(zhǔn)簡介l6.2.1 數(shù)據(jù)冗余數(shù)據(jù)冗余l(xiāng)6.2.2 圖像保真度和質(zhì)量圖像保真度和質(zhì)量l6.2.3 圖像編碼模型圖像編碼模型l6.2.4 信息論簡介信息論簡介l6.2.5 基本編碼定理基本編碼定理1

2、. 信息測量信息測量概述概述基本知識基本知識簡單編碼簡單編碼預(yù)測編碼預(yù)測編碼變換編碼變換編碼 國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn))(1log)(log)(EpEpEI隨機事件隨機事件E E出現(xiàn)的概率為出現(xiàn)的概率為p(E)p(E)，則它所包含的信息量為：則它所包含的信息量為：概述概述基本知識基本知識簡單編碼簡單編碼預(yù)測編碼預(yù)測編碼變換編碼變換編碼 國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)要辨識要辨識1 1到到3232中選定的某一個數(shù)，可先提問中選定的某一個數(shù)，可先提問：“是否大于是否大于1616？”，得到回答就消去半數(shù)可，得到回答就消去半數(shù)可能事件。每提問一次得到回答，可以得到能事件。每提問一次得到回答，可以得到1 1bitbit信息量

3、（二進制位）。這里共需信息量（二進制位）。這里共需5 5次，因此所需次，因此所需的信息量為的信息量為 。532log2概述概述基本知識基本知識簡單編碼簡單編碼預(yù)測編碼預(yù)測編碼變換編碼變換編碼 國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn) kjjjaPaPxH12lognnpxpxpx,2211814813412211,xxxxX 47log12kjjjaPaPxH概述概述基本知識基本知識簡單編碼簡單編碼預(yù)測編碼預(yù)測編碼變換編碼變換編碼 國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)),(21mxxxXmwwwW,21naaaA,21概述概述基本知識基本知識簡單編碼簡單編碼預(yù)測編碼預(yù)測編碼變換編碼變換編碼 國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn) nNxH2log1dR概述概

4、述基本知識基本知識簡單編碼簡單編碼預(yù)測編碼預(yù)測編碼變換編碼變換編碼 國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)814813412211,xxxxX1811811411211N 874log147log22nNxH818711dR概述概述基本知識基本知識簡單編碼簡單編碼預(yù)測編碼預(yù)測編碼變換編碼變換編碼 國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)2N872log247log)(22nNxH818711dR概述概述基本知識基本知識簡單編碼簡單編碼預(yù)測編碼預(yù)測編碼變換編碼變換編碼 國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)47813813412211N 114747log2nNxH0dR概述概述基本知識基本知識簡單編碼簡單編碼預(yù)測編碼預(yù)測編碼變換編碼變換編碼 國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)

5、熵與概率的關(guān)系熵與概率的關(guān)系 當(dāng)灰度只有兩級時，即當(dāng)灰度只有兩級時，即s si i = 0, 1 = 0, 1，且且0 0出現(xiàn)出現(xiàn)概率為概率為p p1 1，1 1出現(xiàn)概率為出現(xiàn)概率為p p2 2=1- p=1- p1 1 ，其熵其熵12112111log)1 (1log)(ppppsH概述概述基本知識基本知識簡單編碼簡單編碼預(yù)測編碼預(yù)測編碼變換編碼變換編碼 國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn) 當(dāng)當(dāng)p p1 1=1/2=1/2， p p2 2=1- p=1- p1 1 =1/2=1/2時，時， H(s)=1H(s)=1為為最大值。如圖所示。最大值。如圖所示。概述概述基本知識基本知識簡單編碼簡單編碼預(yù)測編碼預(yù)測編碼

6、變換編碼變換編碼 國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)l一：概述和分類一：概述和分類l二：基本概念和理論二：基本概念和理論l三：簡單的編碼方法三：簡單的編碼方法l四：預(yù)測編碼四：預(yù)測編碼l五：變換編碼五：變換編碼l六：國際標(biāo)準(zhǔn)簡介六：國際標(biāo)準(zhǔn)簡介l6.2.1 數(shù)據(jù)冗余數(shù)據(jù)冗余l(xiāng)6.2.2 圖像保真度和質(zhì)量圖像保真度和質(zhì)量l6.2.3 圖像編碼模型圖像編碼模型l6.2.4 信息論簡介信息論簡介l6.2.5 基本編碼定理基本編碼定理l一：概述和分類一：概述和分類l二：基本概念和理論二：基本概念和理論l三：簡單的編碼方法三：簡單的編碼方法l四：預(yù)測編碼四：預(yù)測編碼l五：變換編碼五：變換編碼l六：國際標(biāo)準(zhǔn)簡介六：國際標(biāo)準(zhǔn)

7、簡介l6.3.1 變長編碼（統(tǒng)計編碼）變長編碼（統(tǒng)計編碼）l6.3.2 位平面編碼位平面編碼1. 哈夫曼編碼（哈夫曼編碼（Huffman Encoding）2. 一些亞最優(yōu)變長碼一些亞最優(yōu)變長碼3. 算術(shù)編碼（算術(shù)編碼（Arthmetics Encoding）變換編碼變換編碼 國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)概述概述基本知識基本知識統(tǒng)計編碼統(tǒng)計編碼預(yù)測編碼預(yù)測編碼概述概述霍夫曼編碼霍夫曼編碼（1） 基本思想基本思想通過減少編碼冗余來達到壓縮的目的。通過減少編碼冗余來達到壓縮的目的。 基本思想是統(tǒng)計一下符號的出現(xiàn)概率；基本思想是統(tǒng)計一下符號的出現(xiàn)概率； 建立一個概率統(tǒng)計表。建立一個概率統(tǒng)計表。將最常出現(xiàn)將最常出

8、現(xiàn)(概率大的概率大的)的符號用最短的符號用最短的編碼，的編碼，最少出現(xiàn)的符號用最長的編碼。最少出現(xiàn)的符號用最長的編碼?；局R基本知識統(tǒng)計編碼統(tǒng)計編碼預(yù)測編碼預(yù)測編碼變換編碼變換編碼 國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)霍夫曼編碼霍夫曼編碼（2）例子：建立概率統(tǒng)計表和編碼樹）例子：建立概率統(tǒng)計表和編碼樹符號符號 概率概率 1 2 3 4 a2 0.4 0.4 0.4 0.4 0.6 a6 0.3 0.3 0.3 0.3 0.4 a1 0.1 0.1 0.2 0.3 a4 0.1 0.1 0.1 a3 0.06 0.1 a5 0.04 概述概述基本知識基本知識統(tǒng)計編碼統(tǒng)計編碼預(yù)測編碼預(yù)測編碼變換編碼變換編碼 國際標(biāo)

9、準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)霍夫曼編碼霍夫曼編碼（2）例子：編碼過程：）例子：編碼過程：符號符號 概率概率 編碼編碼 1 2 3 4a20.4 1 0.4 1 0.4 1 0.4 1 0.6 0a60.3 00 0.3 00 0.3 00 0.3 00 0.4 1a10.1 011 0.1 011 0.2 010 0.3 01a40.1 0100 0.1 0100 0.1 011 a30.06 01010 0.1 0101 a50.04 01011概述概述基本知識基本知識統(tǒng)計編碼統(tǒng)計編碼預(yù)測編碼預(yù)測編碼變換編碼變換編碼 國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)霍夫曼編碼霍夫曼編碼（2）例子：）例子： 解碼過程：解碼過程： 01010

10、011 1 1 00概述概述基本知識基本知識統(tǒng)計編碼統(tǒng)計編碼預(yù)測編碼預(yù)測編碼變換編碼變換編碼 國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn) a3 a1 a2 a2 a6霍夫曼編碼霍夫曼編碼概述概述基本知識基本知識統(tǒng)計編碼統(tǒng)計編碼預(yù)測編碼預(yù)測編碼變換編碼變換編碼 國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn) 變長碼即非等長碼，由不同的碼長的碼字構(gòu)變長碼即非等長碼，由不同的碼長的碼字構(gòu)成。在編碼輸入出現(xiàn)非等概率時，變長碼可得到成。在編碼輸入出現(xiàn)非等概率時，變長碼可得到較高的編碼效率，使平均碼長達到或接近編碼的較高的編碼效率，使平均碼長達到或接近編碼的下限。但編碼的限制是碼字要有下限。但編碼的限制是碼字要有單義性單義性（唯一可（唯一可譯）和譯）和非續(xù)長性

11、非續(xù)長性（瞬時可譯）。（瞬時可譯）?；舴蚵幋a霍夫曼編碼概述概述基本知識基本知識統(tǒng)計編碼統(tǒng)計編碼預(yù)測編碼預(yù)測編碼變換編碼變換編碼 國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)單義性代碼單義性代碼是指任意一個有限長的碼字序列，只能被唯是指任意一個有限長的碼字序列，只能被唯一地分割成一個個碼字，而任何其他分割方法都會產(chǎn)生一一地分割成一個個碼字，而任何其他分割方法都會產(chǎn)生一些不屬于碼字集合些不屬于碼字集合W W的碼字，符合這個條件的代碼為單義代的碼字，符合這個條件的代碼為單義代碼。例如，碼。例如， 對于一個有限長的碼字對于一個有限長的碼字 只只能被分成能被分成 。1230 10 11uuuW100111000213211,u

12、u u u u u霍夫曼編碼霍夫曼編碼概述概述基本知識基本知識統(tǒng)計編碼統(tǒng)計編碼預(yù)測編碼預(yù)測編碼變換編碼變換編碼 國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn) 非續(xù)長代碼非續(xù)長代碼是指任意一個碼字都不是其他碼的續(xù)是指任意一個碼字都不是其他碼的續(xù)長，即碼字集中任意一個碼字都不是在其中碼字后面長，即碼字集中任意一個碼字都不是在其中碼字后面添加一些碼元所構(gòu)成。如，添加一些碼元所構(gòu)成。如， 就就是續(xù)長碼，是續(xù)長碼， 是是 后面加一個后面加一個“0”“0”續(xù)長構(gòu)成，續(xù)長構(gòu)成，譯碼時從接受到代碼中，不能立即譯出代表的意思。譯碼時從接受到代碼中，不能立即譯出代表的意思。12340 10 100 111uuuuW10010霍夫曼編碼霍夫曼

13、編碼（3）算法實現(xiàn)）算法實現(xiàn) 第一步：建立一系列的原數(shù)據(jù)縮減量第一步：建立一系列的原數(shù)據(jù)縮減量 通過對符號的概率排序，把最小概率的符號組成通過對符號的概率排序，把最小概率的符號組成一個符號，以便在下一個原數(shù)據(jù)縮減量中替換它們。一個符號，以便在下一個原數(shù)據(jù)縮減量中替換它們。 第二步：給每一個縮減的原始數(shù)據(jù)編碼第二步：給每一個縮減的原始數(shù)據(jù)編碼從最少的原數(shù)據(jù)開始，向后進行到起始原數(shù)據(jù)從最少的原數(shù)據(jù)開始，向后進行到起始原數(shù)據(jù)。概述概述基本知識基本知識簡單編碼簡單編碼預(yù)測編碼預(yù)測編碼變換編碼變換編碼 國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn) 霍夫曼編碼已被證明具有最優(yōu)變長碼性質(zhì)，平均碼長最霍夫曼編碼已被證明具有最優(yōu)變長碼性質(zhì)

14、，平均碼長最短，接近熵值。短，接近熵值。 B碼碼截斷哈夫曼碼截斷哈夫曼碼平移碼平移碼概述概述基本知識基本知識統(tǒng)計編碼統(tǒng)計編碼預(yù)測編碼預(yù)測編碼變換編碼變換編碼 國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn) 需要對大量符號編碼時，構(gòu)造最優(yōu)哈夫曼碼需要對大量符號編碼時，構(gòu)造最優(yōu)哈夫曼碼的計算量很大，此時常采用一些亞最優(yōu)的變長編的計算量很大，此時常采用一些亞最優(yōu)的變長編碼方法，通過犧牲編碼效率來換取編碼計算的簡碼方法，通過犧牲編碼效率來換取編碼計算的簡便。便。概述概述基本知識基本知識統(tǒng)計編碼統(tǒng)計編碼預(yù)測編碼預(yù)測編碼變換編碼變換編碼 國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)概述概述基本知識基本知識統(tǒng)計編碼統(tǒng)計編碼預(yù)測編碼預(yù)測編碼變換編碼變換編碼 國際標(biāo)準(zhǔn)

15、國際標(biāo)準(zhǔn)B1B2W1C0C00W2C1C01W3C0C0C10W4C0C1C11W5C1C0C00C00W6C1C1C00C01W7C0C0C0C00C10W8C0C0C1C00C11概述概述基本知識基本知識統(tǒng)計編碼統(tǒng)計編碼預(yù)測編碼預(yù)測編碼變換編碼變換編碼 國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)概述概述基本知識基本知識簡單編碼簡單編碼預(yù)測編碼預(yù)測編碼變換編碼變換編碼 國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)概述概述基本知識基本知識統(tǒng)計編碼統(tǒng)計編碼預(yù)測編碼預(yù)測編碼變換編碼變換編碼 國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)概述概述基本知識基本知識統(tǒng)計編碼統(tǒng)計編碼預(yù)測編碼預(yù)測編碼變換編碼變換編碼 國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)C1C2C3C400011011 碼字中的碼字中的C1C

16、1、C2C2和和C3C3分別賦予前三個消息，分別賦予前三個消息，而后續(xù)的消息則用而后續(xù)的消息則用C4C4和和C1C1、C2C2、C3C3的組合，或的組合，或C4C4的多次重復(fù)與的多次重復(fù)與C1C1、C2C2、C3C3的組合來表示。的組合來表示。概述概述基本知識基本知識統(tǒng)計編碼統(tǒng)計編碼預(yù)測編碼預(yù)測編碼變換編碼變換編碼 國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn) 優(yōu)點：易于實現(xiàn)，優(yōu)點：易于實現(xiàn)，且對于具有單調(diào)減且對于具有單調(diào)減小概率的輸入信號小概率的輸入信號相當(dāng)有效。相當(dāng)有效。符號符號出現(xiàn)概率出現(xiàn)概率碼字碼字A10.400A20.301A30.110A40.11100A50.061101A60.041110概述概述基本知識

17、基本知識統(tǒng)計編碼統(tǒng)計編碼預(yù)測編碼預(yù)測編碼變換編碼變換編碼 國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)輸入S1S2S3S4S5S6 rCH(s)概率0.10.060.04L概述概述基本知識基本知識統(tǒng)計編碼統(tǒng)計編碼預(yù)測編碼預(yù)測編碼變換編碼變換編碼 國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)輸入S1S2S3S4S5S6 rCH(s)概率0.10.060.04霍夫曼碼100011010001010010112.20.9750.0251.362.14L概述概述基本知識基本知識統(tǒng)計編碼統(tǒng)計編碼預(yù)測編碼預(yù)測編碼變換編碼變換編碼 國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)輸入S1S2S3S4S5S6 rCH(s)概率0.10.060

18、.04霍夫曼碼100011010001010010112.20.9750.0251.362.14LB1碼C0C1C0C0C0C1C1C0C1C12.60.84概述概述基本知識基本知識統(tǒng)計編碼統(tǒng)計編碼預(yù)測編碼預(yù)測編碼變換編碼變換編碼 國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)輸入S1S2S3S4S5S6 rCH(s)概率0.10.060.04霍夫曼碼100011010001010010112.20.9750.0251.362.14LB1碼C0C1C0C0C0C1C1C0C1C12.60.84S2碼0001101100110111102.40.8950.

19、1151.252.14概述概述基本知識基本知識統(tǒng)計編碼統(tǒng)計編碼預(yù)測編碼預(yù)測編碼變換編碼變換編碼 國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)輸入S1S2S3S4S5S6 rCH(s)概率0.10.060.04霍夫曼碼100011010001010010112.20.9750.0251.362.14LB1碼C0C1C0C0C0C1C1C0C1C12.60.84S2碼0001101100110111102.40.8950.1151.252.14自然碼00000101001110010130.7130.40212.14概述概述基本知識基本知識統(tǒng)計編碼統(tǒng)計編碼預(yù)測編碼預(yù)測編碼變換編碼變

20、換編碼 國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn) （一）基本思想（一）基本思想 算術(shù)編碼方法沒有沿用一般數(shù)據(jù)編碼技術(shù)中用算術(shù)編碼方法沒有沿用一般數(shù)據(jù)編碼技術(shù)中用一個特定碼代替一個輸入符號的做法，而是，把要一個特定碼代替一個輸入符號的做法，而是，把要壓縮處理的整段數(shù)據(jù)一起映射到一段實數(shù)半開區(qū)間壓縮處理的整段數(shù)據(jù)一起映射到一段實數(shù)半開區(qū)間0，1內(nèi)的某一區(qū)段上，構(gòu)造出小于內(nèi)的某一區(qū)段上，構(gòu)造出小于1大于或等于大于或等于0的數(shù)值。這個數(shù)值是輸入信源數(shù)據(jù)序列的唯一可譯的數(shù)值。這個數(shù)值是輸入信源數(shù)據(jù)序列的唯一可譯代碼。代碼。概述概述基本知識基本知識統(tǒng)計編碼統(tǒng)計編碼預(yù)測編碼預(yù)測編碼變換編碼變換編碼 國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn) （二）例子（二

21、）例子 設(shè)輸入信源流為設(shè)輸入信源流為“XY YZ”，其出現(xiàn)的概率和其出現(xiàn)的概率和設(shè)定的取值范圍如下：設(shè)定的取值范圍如下： 字符字符 概率概率 范圍范圍 空格（空格（SPACE） 0.2 0.0, 0.2 X 0.2 0.2, 0.4 Y 0.4 0.4, 0.8 Z 0.2 0.8, 1.0概述概述基本知識基本知識統(tǒng)計編碼統(tǒng)計編碼預(yù)測編碼預(yù)測編碼變換編碼變換編碼 國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn) （二）例子（二）例子 注意：注意：區(qū)間是根據(jù)字符出現(xiàn)的概率劃分區(qū)間是根據(jù)字符出現(xiàn)的概率劃分的，字符具體分在哪個區(qū)間范圍對編碼本身的，字符具體分在哪個區(qū)間范圍對編碼本身沒有影響，只要編碼器和譯碼器對字符的概沒有影響，只

22、要編碼器和譯碼器對字符的概率空間有相同的定義即可。率空間有相同的定義即可。概述概述基本知識基本知識統(tǒng)計編碼統(tǒng)計編碼預(yù)測編碼預(yù)測編碼變換編碼變換編碼 國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn) （二）例子（二）例子 編碼過程如下：編碼過程如下： 讀入數(shù)據(jù)流字符讀入數(shù)據(jù)流字符 區(qū)間區(qū)間 區(qū)間范圍區(qū)間范圍 X 0.2, 0.4 0.2 Y 0.28, 0.36 0.08 SPACE 0.28, 0.296 0.016 Y 0.2864, 0.2928 0.0064 Z 0.29152, 0.2928 字符字符 概率概率 范圍范圍SPACE 0.2 0.0, 0.2X 0.2 0.2, 0.4Y 0.4 0.4, 0.8Z 0

23、.2 0.8, 1.0概述概述基本知識基本知識統(tǒng)計編碼統(tǒng)計編碼預(yù)測編碼預(yù)測編碼變換編碼變換編碼 國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)概述概述基本知識基本知識統(tǒng)計編碼統(tǒng)計編碼預(yù)測編碼預(yù)測編碼變換編碼變換編碼 國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn) （二）例子（二）例子 當(dāng)字符串被全部編碼后，其范圍當(dāng)字符串被全部編碼后，其范圍0.29152, 0.2928已經(jīng)很小，我們可以取這個區(qū)間的下限已經(jīng)很小，我們可以取這個區(qū)間的下限0.29152作為作為“XY YZ”進行壓縮編碼后的輸出進行壓縮編碼后的輸出代碼。代碼。概述概述基本知識基本知識統(tǒng)計編碼統(tǒng)計編碼預(yù)測編碼預(yù)測編碼變換編碼變換編碼 國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)從上述討論可以看出，統(tǒng)計編碼是一種高效編碼

24、方法。但從上述討論可以看出，統(tǒng)計編碼是一種高效編碼方法。但是，它也有是，它也有缺點缺點：1.1. 碼長不同碼長不同，需要用數(shù)據(jù)緩沖單元收集可變比特率的代碼，需要用數(shù)據(jù)緩沖單元收集可變比特率的代碼，使用不便；使用不便；2.2. 代碼缺乏構(gòu)造性，即不能用數(shù)學(xué)方法建立一一對應(yīng)的關(guān)代碼缺乏構(gòu)造性，即不能用數(shù)學(xué)方法建立一一對應(yīng)的關(guān)系，系，只能通過查表方法實現(xiàn)對應(yīng)關(guān)系只能通過查表方法實現(xiàn)對應(yīng)關(guān)系，如果消息數(shù)目太，如果消息數(shù)目太多，表就會很大，設(shè)備就會復(fù)雜；多，表就會很大，設(shè)備就會復(fù)雜；3.3. 這些方法在編碼過程中需要知道每個消息的出現(xiàn)概率，這些方法在編碼過程中需要知道每個消息的出現(xiàn)概率，實際使用時，實際

25、使用時，這些概率是很難事先確切得到的這些概率是很難事先確切得到的。l一：概述和分類一：概述和分類l二：基本概念和理論二：基本概念和理論l三：簡單的編碼方法三：簡單的編碼方法l四：預(yù)測編碼四：預(yù)測編碼l五：變換編碼五：變換編碼l六：國際標(biāo)準(zhǔn)簡介六：國際標(biāo)準(zhǔn)簡介l6.3.1 變長編碼變長編碼l6.3.2 位平面編碼位平面編碼概述概述基本知識基本知識統(tǒng)計編碼統(tǒng)計編碼預(yù)測編碼預(yù)測編碼變換編碼變換編碼 國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn) 位平面編碼是一種基于將灰度值圖像分位平面編碼是一種基于將灰度值圖像分解成一系列二值圖，再對每一幅二值圖采用解成一系列二值圖，再對每一幅二值圖采用二元壓縮的方法進行壓縮的技術(shù)。這種技術(shù)二元

26、壓縮的方法進行壓縮的技術(shù)。這種技術(shù)除能消除或減少編碼冗余外，也能消除或減除能消除或減少編碼冗余外，也能消除或減少圖像中的象素間冗余。少圖像中的象素間冗余。概述概述基本知識基本知識統(tǒng)計編碼統(tǒng)計編碼預(yù)測編碼預(yù)測編碼變換編碼變換編碼 國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)1. 位平面分解位平面分解2. 常數(shù)塊編碼常數(shù)塊編碼3. 1D游程編碼游程編碼4. 2D游程編碼游程編碼5. 邊界跟蹤和編碼邊界跟蹤和編碼6. 編碼算法比較編碼算法比較概述概述基本知識基本知識統(tǒng)計編碼統(tǒng)計編碼預(yù)測編碼預(yù)測編碼變換編碼變換編碼 國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)1. 位平面分解位平面分解 具有具有mbit灰度級的圖像中象素的灰度值可灰度級的圖像中象素的灰度值

27、可以由如下多項式來表示：以由如下多項式來表示： am-12m-1+am-22m-2+a121+a020 把上述多項式的把上述多項式的m個系數(shù)分別分到個系數(shù)分別分到m個個1bit的位平面中去就能把一幅灰度圖分解成一系列的位平面中去就能把一幅灰度圖分解成一系列二值圖集合。二值圖集合。概述概述基本知識基本知識統(tǒng)計編碼統(tǒng)計編碼預(yù)測編碼預(yù)測編碼變換編碼變換編碼 國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)1. 位平面分解位平面分解 這種分解方法的缺點：象素點的微小變化這種分解方法的缺點：象素點的微小變化有可能對位平面的復(fù)雜度產(chǎn)生較明顯的影響。有可能對位平面的復(fù)雜度產(chǎn)生較明顯的影響。 例如：空間相鄰象素的灰度值分別為例如：空間相鄰象

28、素的灰度值分別為 127(01111111)2和和128(10000000)2 那么圖像的每個位平面在這個位置上都有那么圖像的每個位平面在這個位置上都有從從1到到0（或從（或從0到到1）的過渡。采用灰度碼減少）的過渡。采用灰度碼減少這種影響。這種影響。概述概述基本知識基本知識統(tǒng)計編碼統(tǒng)計編碼預(yù)測編碼預(yù)測編碼變換編碼變換編碼 國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)1. 位平面分解位平面分解 灰度碼定義：灰度碼定義： gi= ai ai+1 0=i=m-2 ai i=m-1 表示異或表示異或 用灰度碼表示用灰度碼表示127和和128分別為：分別為： 010000002 110000002此時此時8個位平面只有一個從個位

29、平面只有一個從0到到1的過渡。的過渡。+概述概述基本知識基本知識統(tǒng)計編碼統(tǒng)計編碼預(yù)測編碼預(yù)測編碼變換編碼變換編碼 國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)例例6.3.2 利用灰度碼表達圖象的位平面圖實例利用灰度碼表達圖象的位平面圖實例下圖給出下圖給出1組灰度碼表達的位平面圖。圖組灰度碼表達的位平面圖。圖(a)為為1幅幅8 bit灰度級圖象。圖灰度級圖象。圖(b)至圖至圖(i)分別為用灰度碼表達的分別為用灰度碼表達的8個位個位面面(從高位到低位從高位到低位)圖。圖。概述概述基本知識基本知識統(tǒng)計編碼統(tǒng)計編碼預(yù)測編碼預(yù)測編碼變換編碼變換編碼 國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)概述概述基本知識基本知識統(tǒng)計編碼統(tǒng)計編碼預(yù)測編碼預(yù)測編碼變換編碼變

30、換編碼 國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn) 由這些圖可見低位面圖比高位面圖復(fù)雜，即低位由這些圖可見低位面圖比高位面圖復(fù)雜，即低位面圖比高位面圖包括的細節(jié)要多，但也更隨機。如將面圖比高位面圖包括的細節(jié)要多，但也更隨機。如將這里的這里的8個灰度碼位面圖與其個灰度碼位面圖與其8個二值位面圖相比較，個二值位面圖相比較，可見灰度碼表達的位面圖復(fù)雜度較低，但具有視覺意可見灰度碼表達的位面圖復(fù)雜度較低，但具有視覺意義信息的位面圖數(shù)量更多。義信息的位面圖數(shù)量更多。概述概述基本知識基本知識統(tǒng)計編碼統(tǒng)計編碼預(yù)測編碼預(yù)測編碼變換編碼變換編碼 國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)2. 常數(shù)塊編碼（常數(shù)塊編碼（constant area coding, C

31、AC） 采用常數(shù)塊編碼技術(shù)將圖像分為全黑、全百或混采用常數(shù)塊編碼技術(shù)將圖像分為全黑、全百或混合的合的m*n尺寸的塊。對出現(xiàn)頻率高的一類編尺寸的塊。對出現(xiàn)頻率高的一類編0，其他，其他的分別編的分別編10和和11作為前綴，后面跟上該塊的用作為前綴，后面跟上該塊的用m*n比比特表示的模式。特表示的模式。概述概述基本知識基本知識統(tǒng)計編碼統(tǒng)計編碼預(yù)測編碼預(yù)測編碼變換編碼變換編碼 國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)2. 常數(shù)塊編碼（常數(shù)塊編碼（constant area coding, CAC） 舉例：文檔的壓縮編碼舉例：文檔的壓縮編碼 文檔的特點：大部分是白色部分組成。文檔的特點：大部分是白色部分組成。 編碼方法：白色塊

32、區(qū)域編成編碼方法：白色塊區(qū)域編成0，其他塊用，其他塊用1接上該塊接上該塊的位模式編碼。的位模式編碼。此法稱為跳躍白色塊此法稱為跳躍白色塊(white block skipping, WBS)概述概述基本知識基本知識統(tǒng)計編碼統(tǒng)計編碼預(yù)測編碼預(yù)測編碼變換編碼變換編碼 國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)3. 1-D游程編碼（游程編碼（ Run Length Coding ,RLC）概念：概念：游程游程：具有相同灰度值的像素序列。：具有相同灰度值的像素序列。編碼思想：編碼思想：去除像素冗余。去除像素冗余。用游程的灰度和游程的長度代替游程本身。用游程的灰度和游程的長度代替游程本身。例：設(shè)重復(fù)次數(shù)為例：設(shè)重復(fù)次數(shù)為 iC,

33、 重復(fù)像素值為重復(fù)像素值為 iP編碼為：編碼為：iCiP iCiP iCiP 編碼前：編碼前：aaaaaaabbbbbbcccccccc 編碼后：編碼后：7a6b8c特別是對二值圖象，效果尤為顯著。概述概述基本知識基本知識統(tǒng)計編碼統(tǒng)計編碼預(yù)測編碼預(yù)測編碼變換編碼變換編碼 國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)3. 1-D游程編碼（游程編碼（ Run Length Coding ,RLC）分析：分析：對于有大面積色塊的圖像，壓縮效果很好對于有大面積色塊的圖像，壓縮效果很好對于紛雜的圖像，壓縮效果不好，最壞情況下，會加對于紛雜的圖像，壓縮效果不好，最壞情況下，會加倍圖像倍圖像概述概述基本知識基本知識統(tǒng)計編碼統(tǒng)計編碼預(yù)測

34、編碼預(yù)測編碼變換編碼變換編碼 國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)3. 1-D游程編碼（游程編碼（ Run Length Coding ,RLC）1-D游程編碼思想游程編碼思想 對圖象進行行掃描時，行內(nèi)各象素的灰度級可對圖象進行行掃描時，行內(nèi)各象素的灰度級可組成一個整數(shù)序列組成一個整數(shù)序列x x1 1, , x x2 2, , , , x xN N。在行程編碼中，在行程編碼中，我們將這個序列映射成整數(shù)對我們將這個序列映射成整數(shù)對( (g gk k, , l lk k) )，其中其中g(shù) gk k表表示灰度級，示灰度級， l lk k表示行程長度，等于具有相同灰度表示行程長度，等于具有相同灰度級的相鄰象素的數(shù)目。級的

35、相鄰象素的數(shù)目。 行程長度行程長度l lk k是一個隨機變量，其分布具有很大是一個隨機變量，其分布具有很大的不均勻性。采用的不均勻性。采用B B碼編碼更為合適。碼編碼更為合適。概述概述基本知識基本知識統(tǒng)計編碼統(tǒng)計編碼預(yù)測編碼預(yù)測編碼變換編碼變換編碼 國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)3. 1-D游程編碼（游程編碼（ Run Length Coding ,RLC）1-D游程舉例游程舉例例：映射對例：映射對 8 8個灰度級，個灰度級，2424個象素個象素 對其編碼，總的比特數(shù)，對其編碼，總的比特數(shù)， 至少至少24243 37272bitbit。 如果對如果對( (g gk k, , l lk k) )編碼，灰度級編碼，灰度級3 3bitbit，游程游程4 4bitbit，每對參數(shù)用每對參數(shù)用7 7bitbit，總比特數(shù)總比特數(shù)2828bitbit就夠。就夠。kgklk1362510342486概述概述基本知識基本知識統(tǒng)計編碼統(tǒng)計編碼預(yù)測編碼預(yù)測編碼變換編碼變換編碼 國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)4. 2-D游程編碼（游程編碼（ Run Length Coding ,RLC）2-D游程編碼的思想游程編碼的思想 一維行程編碼：只考慮消除每行內(nèi)象素（或一維行程編碼：只考慮消除每行內(nèi)象素（或水平分解元素）的相關(guān)性，未考慮行間象素（垂水平分解元素）的相關(guān)性，未考慮行間象素（垂直分