图像压缩编码原理.ppt

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1、第3章图像压缩编码原理图像压缩方法在广义上可以分成两类。一类是无损压缩，又称为可逆编码(ReversibleCoding)。另一类是有损压缩，又称不可逆压缩(Non-ReversibleCoding)。3.1压缩编码基础3.2预测编码3.3正交变换编码3.4统计编码3.5子带编码3.6小波变换编码3.1压缩编码基础图像数据的压缩机理来自两个方面：一是利用图像中存在大量冗余度可供压缩；二是利用人眼的视觉特性。1．图像数据的冗余度(1)空间冗余在一幅图像中规则的物体和规则的背景具有很强的相关性。(2)时间冗余电视图像序

2、列中相邻两幅图像之间有较大的相关性。(3)结构冗余和知识冗余图像从大面积上看常存在有纹理结构，称之为结构冗余。(4)视觉冗余人眼的视觉系统对于图像的感知是非均匀和非线性的，对图像的变化并不都能察觉出来。2．人眼的视觉特性(1)亮度辨别阈值当景物的亮度在背景亮度基础上增加很少时，人眼是辨别不出的，只有当亮度增加到某一数值时，人眼才能感觉其亮度有变化。人眼刚刚能察觉的亮度变化值称为亮度辨别阈值。(2)视觉阈值视觉阈值是指干扰或失真刚好可以被察觉的门限值，低于它就察觉不出来，高于它才看得出来，这是一个统计值。(3)空间

3、分辨力空间分辨力是指对一幅图像相邻像素的灰度和细节的分辨力，视觉对于不同图像内容的分辨力不同。(4)掩盖效应“掩盖效应”是指人眼对图像中量化误差的敏感程度，与图像信号变化的剧烈程度有关。3．数据压缩编码方法的分类根据压缩机理的不同，数据压缩编码方法大致可以分成三类。(1)基于图像信源统计特性的压缩方法，有预测编码、变换编码、矢量量化编码、子带－小波编码和神经网络编码法等。(2)基于人眼视觉特性的压缩方法，有基于方向滤波的图像编码法和基于图像轮廓－纹理的编码法等。(3)基于图像景物特征的压缩方法，有分形编码法和基于

4、模型的编码方法等。3.2预测编码3.2.1预测编码基本原理预测编码是根据某一模型利用过去的样值对当前样值进行预测，然后将当前样值的实际值与预测值相减得到一个误差值，只对这一预测误差值进行编码。3.2.2预测方法1．帧内预测帧内预测利用图像信号的空间相关性来压缩图像的空间冗余，根据前面已经传送的同一帧内的像素来预测当前像素。2．帧间预测电视图像在相邻帧之间存在很强的相关性。3．预测系数的选择预测系数的选择通常采用最优线性预测法，选择预测系数a1，a2，…，an-1使误差信号en的均方值最小。4．自适应预测自适应预测

5、又称为非线性预测。可以利用预测误差作为控制信息，因为预测误差的大小反映了图像信号的相关性。3.2.3预测量化器1．预测误差的统计特性由于图像信号在帧内和帧间存在着一定的相关性，预测误差统计特性的一个特点就是它的概率分布集中在0附近的一个较窄的范围内，0值出现的概率最大。随着预测误差绝对值的增大其出现的概率迅速下降，近似的数学模型是Laplace分布，即2．量化器设计在预测编码中可以采用非均匀量化，非均匀量化特性曲线如图3-6所示。图3-6非均匀量化特性曲线3.2.4图像帧间编码中的运动处理1．运动处理原理在图像的运

6、动处理中主要有两个过程。第一个过程为运动估计(MotionEstimation，ME)。运动估计是对运动物体的位移作出估计，即估计出运动物体从上一帧到当前帧的位移方向和位移量，也就是估计出运动矢量。第二个过程为运动补偿(MotionCompensation，MC)。运动补偿是按照运动矢量将上一帧作位移，求出当前帧的运动结果。2．运动估计的方法3．块匹配法把图像分成若干子块，设子块图像是由N×N个像素组成的像块，并假设一个像块内的所有像素作一致的平移运动。(1)估值块大小(N×N)估值块大小的选择应该综合考虑图像细节

7、构成和计算量等因素。(2)最佳匹配准则判断两个宏块间最佳匹配准则有很多种。(3)搜索窗口大小搜索窗口的选择应综合考虑帧间运动位移的可能大小和计算量等因素。(4)快速搜索法快速搜索法可以减少搜索次数。(5)分级搜索分级搜索则把搜索过程分为粗搜索和细搜索两步来进行，首先对图像进行亚取样得到一个低分辨率的图像，然后再对所得到的低分辨率图像进行全搜索。3.3正交变换编码变换编码(TransformCoding)的基本思想是将在通常的欧几里德几何空间(空间域)描写的图像信号变换到另外的向量空间(变换域)进行描写，然后再根据图像

8、在变换域中系数的特点和人眼的视觉特性进行编码。(1)一般来说图像变换不是对整幅图像一次进行，而是在存储器中把一幅图像分成许多N×N的像块，然后依次将每个方块内的N×N个样点同时送入变换器进行变换运算。(2)变换器把输入的N×N点的像块由原空间域变换到变换域中，映射成同样大小的N×N点的变