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数字图像处理(冈萨雷斯)课件7-图像压缩.pdf

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数字图像处理（7） 任何问题？ 图像压缩 基本概念 图像压缩模型 信息论基础 无损压缩 有损压缩 图像压缩标准 视频压缩标准 图像压缩 基本概念 概述 数据冗余 编码冗余 像素间冗余 心理视觉冗余 图像保真度和质量 图像压缩 为什么需要图像压缩 图像的数据量通常很大，对存储、处理和传 输带来许多问题（对比视频） 不断扩大的图像应用 Internet上的大量图像 数字图书馆 遥感图像 视频，如电视会议、数字电视、IPTV …… 图像压缩 图像压缩的方法 消除冗余数据，从数学角度看，将原始图像 转化为从统计角度看尽可能不相关的数据集 一般分为两类： 无损压缩：在压缩和解压缩过程中没有信息损 失 有损压缩：能取得较高的压缩率，但压缩后不能 通过解压缩恢复原状 其它：如根据需要，即可进行无损，也可进行有 损压缩的技术；准无损技术 图像压缩 图像压缩的理论基础 信息论 图像处理的概念和技术 压缩方法 预测编码方法（对应空域方法） 变换编码方法（对应频域方法） 图像压缩 数据冗余的概念 数据是用来表示信息的。如果不同的方法为表 示给定量的信息使用了不同的数据量，那么使用 较多数据量的方法中，有些数据必然是代表了无 用的信息，或者是重复地表示了其它数据已表示 的信息，这就是数据冗余的概念。 图像压缩 相对数据冗余的定义（续） 如果n1和n2代表两个表示相同信息的数据集合 中所携载信息单元的数量，则n1表示的数据集合 的相对数据冗余RD定义为： 1 RD1 CR CR称为压缩率，定义为 n1 CR n2 图像压缩 相对数据冗余和压缩率的一些特例 n1相对于n2 CRRD对应的情况 n1=n210第1种表达相对第2种表达不含冗 余数据 n1>>n21第1种数据集合包含相当多的冗 余数据 n1<<n20第2种数据集合包含相当多的冗 余数据 图像压缩 三种基本的数据冗余 编码冗余 像素间冗余 心理视觉冗余 如果能减少或消除上述三种冗余的1种或 多种冗余，就能取得数据压缩的效果 图像压缩 什么是编码冗余？ 如果一个图像的灰度级编码，使用了多于实 际需要的编码符号，就称该图像包含了编码冗余 黑白二值图像编码 如果用8位表示该图像的像素，我们 就说该图像存在编码冗余，因为该图 像的像素只有两个灰度，用一位即可 表示。 编码冗余 图像直方图的定义 nk prrkk0,1,2,...,L1 n nk是第k个灰度级在图像中出现的次数，n是图像 中的像素总数，L是灰度级数。 如果用于表示每个rk值的比特数为l(rk)， 则表达每个像素所需的平均比特数为： L1 Lavglrkprrk k0 表示灰度级所用的比特数和灰度级出现的概率相 乘 编码冗余 对M×N的图像进行编码所需的比特数为 MNLavg 参考page328的例8.1 像素间冗余 什么是像素间冗余？ 反映图像中像素之间的相互关系 因为任何给定像素的值可以根据与这个像素 相邻的像素进行预测，所以单个像素携带的信 息相对较少 对于一幅图像，很多单个像素对视觉的贡献 是冗余的。它的值可以通过与它相邻的像素值 为基础进行预测 例：原图像数据：234223231238235 压缩后数据：234-1187-3 心理视觉冗余 什么是心理视觉冗余？ 人眼感觉到的图像区域亮度不仅取决于该区 域的反射光，例如根据马赫带效应，在灰度值 为常数的区域也能感觉到灰度值的变化 这是由于眼睛对所有视觉信息感受的灵敏度 不同。在正常视觉处理过程中各种信息的相对 重要程度不同 有些信息在通常的视觉过程中与另外一些信 息相比并不那么重要，这些信息被认为是心理 视觉冗余的，去除这些信息并不会明显降低图 像质量 心理视觉冗余 什么是心理视觉冗余？（续） 由于消除心理视觉冗余数据会导致一定量信息的丢 失，所以这一过程通常称为量化 心理视觉冗余压缩是不可恢复的，量化的结果导致 了数据有损压缩 33K15K 保真度准则 保真度准则 图像压缩可能会导致信息损失，如去除心理 视觉冗余数据 需要评价信息损失的测度以描述解码图像相 对于原始图像的偏离程度，这些测度称为保真 度准则 常用保真度准则分为两大类： 客观保真度准则 主观保真度准则 保真度准则 客观保真度准则 当所损失的信息量可以用编码输入图像与编 码输出图像的函数表示时，它就是基于客观保 真度准则的 常用的两种客观保真度准