圖像的信息量和信息冗余編碼技術(shù)-PPT幻燈片

圖像數(shù)據(jù)量計(jì)算公式： Q=N*M*b計(jì)算信息量圖像的信息量碼長計(jì)算不同編碼方案的數(shù)據(jù)量圖像數(shù)據(jù)方案1方案2灰度級(jí)概率編碼碼長編碼碼長r0=00.190003112r1=1/70.250013012r2=2/70.210103102r3=3/70.1601130013r4=4/70.08100300014r5=5/70.061013000015r6=6/70.0311030000016r7=10.0211130000006計(jì)算平均碼長p=[0.190.250.210.160.080.060.030.02];cl1=3*ones(size(p));cl2=[22234566];

clAve1=p*cl1'clAve2=p*cl2'空間冗余產(chǎn)生原因：圖像中存在許多灰度級(jí)均勻一致的連續(xù)區(qū)域。圖7-1P112行程長度編碼和預(yù)測編碼心理視覺冗余視覺感知時(shí)對(duì)信息的接受是有選擇的。有些信息相對(duì)不重要——視覺冗余信息去除這些信息并不會(huì)明顯地降低對(duì)圖像質(zhì)量的感受。心理視覺冗余是復(fù)雜過程，有時(shí)因人而異。圖像編碼技術(shù)分類有損編碼解碼后重新構(gòu)造的圖像與原始圖像存在不同利用心理冗余和空間冗余容易取得較好的壓縮比無損編碼重構(gòu)圖像與原圖像完全一樣對(duì)原始信號(hào)的準(zhǔn)確程度要求高的場合數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)的評(píng)價(jià)指標(biāo)均方根誤差均方信噪比主觀保真度準(zhǔn)則編碼技術(shù)哈夫曼編碼行程長度編碼哈夫曼編碼算法將圖像灰度值按概率大小排列；把最小的概率加起來作為新符號(hào)的概率遍歷所有概率組成（灰度值）每次合并符號(hào)的時(shí)候，大概率賦1，小概率賦0確定從樹根到原始信源符號(hào)的路徑組成碼字0.3750.1750.1750.1500.12510011010概率1哈夫曼編碼的特點(diǎn)兩次讀取圖像計(jì)算頻率碼字轉(zhuǎn)換編碼的不唯一性編碼效率高只在圖像灰度分布不均勻的時(shí)候必須通過查表來確定碼字轉(zhuǎn)換關(guān)系編碼實(shí)例(16色bmp數(shù)據(jù))：第一行：2424243060400922…46…46第二行：64656788888888…90780000：表示該行圖像數(shù)據(jù)已結(jié)束0001：表示整個(gè)圖像結(jié)束0002：用來轉(zhuǎn)義后面兩個(gè)字節(jié)，即表示其后的兩個(gè)字節(jié)分別表示下一個(gè)像素從當(dāng)前位置開始的水平與垂直位移00N：表示從當(dāng)前位置起，圖像數(shù)據(jù)存在連續(xù)N個(gè)不同的值（存放于N/2個(gè)字節(jié)中）行程長度編碼5個(gè)行程編碼原理在給定的圖像數(shù)據(jù)中尋找連續(xù)重復(fù)的數(shù)值，然后用兩個(gè)字符值取代這些連續(xù)值“aaabbbbccccddd”=>”3a4b4c3d”處理包含大量重復(fù)信息時(shí)可以得到很好的壓縮效率，但在連續(xù)重復(fù)數(shù)據(jù)少時(shí)效果差PCX圖像文件的RLE壓縮算法圖像的預(yù)測編碼著眼于消除空間冗余利用相連像素間的相關(guān)性，根據(jù)一個(gè)或多個(gè)像素的灰度值預(yù)測它的下個(gè)像素的可能數(shù)值，再求其預(yù)測值與真實(shí)值的差值，然后將差值量化，編碼，從而消除空間冗余預(yù)測編碼原理圖預(yù)測器符號(hào)編碼器∑輸入圖像壓縮圖像預(yù)測器符號(hào)解碼器∑壓縮圖像重構(gòu)圖像+-++變換編碼的基本原理變換編碼解碼工作流程P7-5P122基本思想：將空域中的圖像數(shù)據(jù)經(jīng)過某種正交變換（fft，DCT等）轉(zhuǎn)換到另一個(gè)變換域進(jìn)行描述對(duì)變換系數(shù)進(jìn)行編碼處理，從而達(dá)到壓縮圖像數(shù)據(jù)的目的實(shí)驗(yàn)中的DCT壓縮程序與圖7-7比較靜止圖像壓縮技術(shù)（JPEG）JPEG：JointPhotographicExpertsGroupJPEG標(biāo)準(zhǔn)中的三層次定義：基本系統(tǒng)擴(kuò)展系統(tǒng)特殊無損系統(tǒng)靜止圖像壓縮技術(shù)（JPEG）JPEG標(biāo)準(zhǔn)中的四種操作模式：基本順序模式：左-〉右，上-〉下掃描DCT累進(jìn)模式編碼：多次掃描模糊-〉清晰無損預(yù)測模式：保證精確再現(xiàn)圖像分層模式編碼：多種分辨率圖像編碼的要求必須將圖像質(zhì)量控制在可視保真度范圍內(nèi)，同時(shí)編碼器可以被參數(shù)化，允許設(shè)置壓縮或質(zhì)量水平壓縮標(biāo)準(zhǔn)可以應(yīng)用于任何一類數(shù)字圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)可以從完全無損到有損范圍內(nèi)可選無損預(yù)測編碼方法JPEG無損預(yù)測編碼：差分脈沖編碼調(diào)制優(yōu)點(diǎn)：硬件易于實(shí)現(xiàn)，重建圖像質(zhì)量好缺點(diǎn)：壓縮比小（2：1）具體預(yù)測方法：共8種方法，見圖7-8差值編碼采用哈夫曼編碼DCT變換的編碼步驟顏色空間轉(zhuǎn)換正向DCT變換量化直流系數(shù)的差分編碼和交流系數(shù)的行程編碼熵編碼（哈夫曼編碼）DCT累進(jìn)操作模式DCT順序模式編碼：對(duì)每一圖像子塊（8X8）按從左至右，上到下的順序一次掃描完成編碼。DCT累進(jìn)操作模式：多次掃描粗掃-〉細(xì)掃頻譜選擇法位逼近法MPEG標(biāo)準(zhǔn)簡介MPEG標(biāo)準(zhǔn)及其應(yīng)用MPEG－1：低碼率的多媒體編碼MPEG－2：移動(dòng)圖像和伴音的通用編碼MPEG－4：甚低碼率視頻音頻編碼MPEG－7：多媒體內(nèi)容描述接口MPEG－21：超越壓縮MHEG：超越媒體MPEG標(biāo)準(zhǔn)及其應(yīng)用利用通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的信息交流的必然發(fā)展方向是多媒體。多媒體五大趨勢：多媒體的表示、處理、傳送和服務(wù)全部數(shù)字化。信號(hào)容量大導(dǎo)致傳輸困難，必須進(jìn)行壓縮。按照摩爾定律發(fā)展的半導(dǎo)體工業(yè)使得可以實(shí)時(shí)執(zhí)行軟件壓縮算法。多媒體的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程逐漸加快。多媒體的應(yīng)用和服務(wù)大量涌現(xiàn)。MPEG標(biāo)準(zhǔn)及其應(yīng)用多媒體技術(shù)中的關(guān)鍵部分是多媒體信息處理技術(shù)。多媒體信息處理：各種媒體信息的壓縮和處理基本技術(shù)：圖像處理技術(shù)和聲音處理技術(shù)圖像處理技術(shù)靜態(tài)圖像和動(dòng)態(tài)圖像的產(chǎn)生、獲取及變換圖像的壓縮還原三維動(dòng)畫的生成聲音處理技術(shù)語音的輸入和輸出聲音的壓縮和還原自然語音合成多媒體信息處理的基本任務(wù)為了有效地存儲(chǔ)和傳輸這些媒體信息，需要進(jìn)行信息壓縮編碼編碼一般要求高壓縮率、高容錯(cuò)性以及高保真度。MPEG各標(biāo)準(zhǔn)比較MPEG－1：DCT運(yùn)動(dòng)估計(jì)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償MPEG－2：場/幀DCTMC預(yù)測可調(diào)節(jié)MPEG－4：小波對(duì)象和結(jié)構(gòu)QoSMPEG－7：內(nèi)容管理描述和組織搜索和代理MPEG－21：數(shù)字對(duì)象的聲明、內(nèi)容的表示、數(shù)字對(duì)象的認(rèn)證和描述、內(nèi)容管理與使用、知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理、網(wǎng)絡(luò)和終端、事件報(bào)告信號(hào)特征語義知識(shí)發(fā)展階段MPEG的基本思想和方法在空間方向上：圖像數(shù)據(jù)采用JPEG（jointphotographicexpertsgroup）壓縮算法來去掉冗余信息。在時(shí)間方向上：圖像數(shù)據(jù)壓縮采用運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償（MotionCompensation）算法來去掉冗余信息。MPEG－1：低碼率的多媒體編碼制定于1992年，適用于CD－ROM，Video－CD，CD－R等。主要針對(duì)1.5mbps以下數(shù)據(jù)傳輸率的數(shù)字存儲(chǔ)媒質(zhì)運(yùn)動(dòng)圖像及其伴音編碼。可以優(yōu)化為中等分辨率：NTSC：352X240PAL：352X2881.5mbps，30幀，CD音質(zhì)，與VHS相當(dāng)。MPEG－1：低碼率的多媒體編碼編碼速率最高可達(dá)4Mbps～5Mbps視頻壓縮率：26：1120分鐘的電影壓縮到1.2GMPEG－1的處理對(duì)象是標(biāo)準(zhǔn)圖像交換格式SIF：StandardInterchangeFormatOr:SourceInputFormatMPEG－1的組成部分標(biāo)準(zhǔn)號(hào)：ISO/IEC11172五個(gè)部分：系統(tǒng)：規(guī)定電視圖像數(shù)據(jù)、聲音數(shù)據(jù)及其他相關(guān)數(shù)據(jù)的同步電視圖像：規(guī)定電視數(shù)據(jù)的編碼和解碼聲音：規(guī)定聲音數(shù)據(jù)的編碼和解碼一致性測試：測試比特流和解碼器是否滿足規(guī)定要求軟件模擬：用軟件執(zhí)行前三個(gè)部分的技術(shù)報(bào)告。MPEG－1視頻數(shù)字化視頻的存儲(chǔ)空間問題：PAL電視：未經(jīng)壓縮的數(shù)字信息數(shù)據(jù)高達(dá)30Mbps，650兆光盤僅能存儲(chǔ)幾十秒鐘。保存大量的冗余信息。思路：人眼能分辨的顏色遠(yuǎn)未達(dá)到24位－減小采樣深度。幀與幀間存在大量的重復(fù)信息－幀間預(yù)測和幀間補(bǔ)償。MPEG－1數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和壓縮模式6層結(jié)構(gòu)：由若干圖像組構(gòu)成的圖像序列（Sequence）由圖像組成的圖像組（GroupofPicture，GOP）圖像幀（Picture）由宏塊（Macroblock）組成的切片（Slice）宏塊塊（Block）MPEG－1數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和壓縮模式圖像幀（Picture）：I幀（Intra，幀內(nèi)圖像）：幀內(nèi)DCT編碼，類JPEG。P幀（Predicted，預(yù)測圖像）：幀間編碼，采用運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測幀間誤差，前向預(yù)測。B幀（Bidirectionally，雙向插值圖像）：同P幀，但可前向、后向或雙向預(yù)測。D幀（DC分量幀）：直流系數(shù)幀視頻數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)IPIPPPBBBBBBBBBBMPEG－1數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和壓縮模式宏塊：壓縮模式中最小的數(shù)據(jù)單位，由4個(gè)8×8的亮度（Y）象素塊（即16X16）和兩個(gè)8×8的色度（U和V）象素塊組成。塊：8×8象素塊，最小的DCT單位。宏塊的移動(dòng)矢量指導(dǎo)幀當(dāng)前圖像重構(gòu)圖像MPEG-2移動(dòng)圖像和伴音信息的通用編碼MPEG－1以1.2Mbps的速率壓縮出來的視頻圖像質(zhì)量較差。運(yùn)動(dòng)圖像專家組的進(jìn)一步研究：MPEG－2著重解決了視頻質(zhì)量問題。MPEG－2是MPEG－1的擴(kuò)充兼容版本，采用的基本編碼算法相同。MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)是針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電視和高清晰度電視在各種應(yīng)用下的壓縮方案和系統(tǒng)層的詳細(xì)規(guī)定。高級(jí)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的圖像質(zhì)量以及更高的傳輸率：編碼碼率－3Mbps～10MbpsNTSC制式下720X486，最高30幀/秒CD級(jí)的音質(zhì)MPEG-2適用于數(shù)字電視廣播（DVB）、HDTV和DVDMPEG－4：甚低碼率視頻音頻編碼MPEG專家組的研究轉(zhuǎn)向：單純提高壓縮效率－>基于內(nèi)容的通用多媒體編碼標(biāo)準(zhǔn)MPEG－4將眾多的多媒體應(yīng)用集成在一個(gè)完整框架內(nèi)，旨在為多媒體通信及應(yīng)用環(huán)境提供標(biāo)準(zhǔn)的算法和工具，用于實(shí)現(xiàn)音視頻數(shù)據(jù)的有效編碼及更為靈活的存取。MPEG－4應(yīng)用多媒體應(yīng)用、交互式視頻游戲、基于面部動(dòng)畫技術(shù)的虛擬會(huì)議、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等與網(wǎng)絡(luò)有關(guān)的業(yè)務(wù)上。低比