信号与图像处理基础 Image Compression 中国科学技术大学自动化系 曹洋
University of Science and Technology of China 信号与图像处理基础 中国科学技术大学 自动化系 曹 洋 Image Compression
图像压缩编码 数据压缩与信息论基础 >图像压缩与编码基本概念 >信息论基础 图像压缩编码 >无损压缩 >有损压缩 图像压缩编码主要国际标准 >静止图像压缩编码标准PEG
图像压缩编码 • 数据压缩与信息论基础 ➢ 图像压缩与编码基本概念 ➢ 信息论基础 • 图像压缩编码 ➢ 无损压缩 ➢ 有损压缩 • 图像压缩编码主要国际标准 ➢静止图像压缩编码标准-JPEG
一，图像压缩与编码基本概念 为什么要进行图像压缩 图像数据压缩的▣能性 > 数据冗余 > 图像压缩的目的 > 图像数据压缩技术的重要指标 > 图像数据压缩的应用领域 > 图像编码中的保真度准则 > 信息论基础 > 图像压缩模型
一 .图像压缩与编码基本概念 ➢ 为什么要进行图像压缩 ➢ 图像数据压缩的可能性 ➢ 数据冗余 ➢ 图像压缩的目的 ➢ 图像数据压缩技术的重要指标 ➢ 图像数据压缩的应用领域 ➢ 图像编码中的保真度准则 ➢ 信息论基础 ➢ 图像压缩模型
1.为什么要进行图像压缩？ 数字图像通常要求很大的比特数，这给图像的 传输和存储带来相当大的困难。要占用很多的资源， 花很高的费用。 如一幅512*512的灰度图象的比特数为 512*512*8=256K 再如一部90分钟的彩色电影，每秒放映24帧。把它数字化， 每帧512*512象素，每象素的R、G、B三分量分别占8bit, 总比特数为 90*60*24*3*512*512*8bit=97,200M
1.为什么要进行图像压缩？ 数字图像通常要求很大的比特数，这给图像的 传输和存储带来相当大的困难。要占用很多的资源， 花很高的费用。 如一幅512*512的灰度图象的比特数为 512*512*8=256k 再如一部90分钟的彩色电影，每秒放映24帧。把它数字化， 每帧512*512象素，每象素的R、G、B三分量分别占8 bit， 总比特数为 90*60*24*3*512*512*8bit=97,200M
2.图像数据压缩的可能性 》一般原始图像中存在很大的冗余度。 》用户通常允许图像失真。 >当信道的分辨率不及原始图像的分辨率时，降低输入 的原始图像的分辨率对输出图像分辨率影响不大。 >用户对原始图像的信号不全都感兴趣，可用特征提取 和图像识别的方法，丢掉大量无用的信息。提取有用的信 息，使必须传输和存储的图像数据大大减少
2.图像数据压缩的可能性 一般原始图像中存在很大的冗余度。 用户通常允许图像失真。 当信道的分辨率不及原始图像的分辨率时，降低输入 的原始图像的分辨率对输出图像分辨率影响不大。 用户对原始图像的信号不全都感兴趣，可用特征提取 和图像识别的方法，丢掉大量无用的信息。提取有用的信 息，使必须传输和存储的图像数据大大减少
3.数据冗余 1)数据冗余的基本概念 描述信源的数据是信息量（信源熵）和信息冗余量之和。 设：n和n2是在两个表达相同信息的数据集中，所 携带的单位信息量。 压缩率：—描述压缩算法性能 CR=n1/n2 其中，n是压缩前的数据量，n2是压缩后的数据量 ·相对数据冗余： Rp=1-1/CR 例：CR=20;RD=19/20
设：n1和n2是在两个表达相同信息的数据集中，所 携带的单位信息量。 • 压缩率：——描述压缩算法性能 CR = n1 / n2 其中，n1是压缩前的数据量，n2是压缩后的数据量 • 相对数据冗余： RD = 1 – 1/CR 例：CR =20; RD = 19/20 描述信源的数据是信息量（信源熵）和信息冗余量之和。 3. 数据冗余 1）数据冗余的基本概念
3.数据冗余 2)常见的数据冗余 在数字图像压缩中，常有3种基本的数据冗余：编码冗 余、像素间的冗余以及心理视觉冗余 ·A.编码冗余： 为表达图像数据需要用一系列符号，用这些符号根据 一定的规则来表达图像就是对图像编码。 对每个信息或事件所赋的符号序列称为码字，而每个 码字里的符号个数称为码字的长度
• A. 编码冗余： 2）常见的数据冗余 在数字图像压缩中，常有3种基本的数据冗余：编码冗 余、像素间的冗余以及心理视觉冗余 为表达图像数据需要用一系列符号，用这些符号根据 一定的规则来表达图像就是对图像编码。 对每个信息或事件所赋的符号序列称为码字，而每个 码字里的符号个数称为码字的长度。 3. 数据冗余
3.数据冗余 设定义在[0,1]区间的离散随机变量sk代表图像的灰度 值，每个Sk以概率ps(Sk)出现 Ps(Sk)=nknk=0,1,2..,L-1 其中L为灰度级数，nk是第k个灰度级出现的次数，n 是图像中像素总个数。设用来表示$k的每个数值的比 特数是(s)，那么为表示每个像素所需的平均比特数 就是 ∑1(s)p.(s) = k=0 编码所用的符号构成的集合称为码本
设定义在[0,1]区间的离散随机变量sk代表图像的灰度 值，每个sk以概率ps (sk )出现 Ps (sk )=nk /n k=0,1,2,…,L-1 其中L为灰度级数，nk是第k个灰度级出现的次数，n 是图像中像素总个数。设用来表示sk的每个数值的比 特数是 ，那么为表示每个像素所需的平均比特数 就是 avg 1 0 ( ) ( ) k s k L k L l s p s − = = l s( )k 编码所用的符号构成的集合称为码本。 3. 数据冗余
3.数据冗余 等长码：对于一个消息集合中的不同消息，用相同长 度的不同码宇表示，编解码简单，编码效率不高。 变长码：与等长码相对应，对于一个消息集合中的 不同消息，也可以用不同长度的码字表示，编码效 率高，编码解码复杂
等长码：对于一个消息集合中的不同消息，用相同长 度的不同码字表示，编解码简单，编码效率不高。 变长码：与等长码相对应，对于一个消息集合中的 不同消息，也可以用不同长度的码字表示，编码效 率高，编码解码复杂。 3. 数据冗余
3.数据冗余 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。 例：如果用8位表示该图像的像素，我们就说该 图像存在着编码冗余，因为该图像的像素只有两 个灰度，用一位即可表示
例：如果用8位表示该图像的像素，我们就说该 图像存在着编码冗余，因为该图像的像素只有两 个灰度，用一位即可表示。 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。 3. 数据冗余