第4讲_图像编码基础

第3单元 图像编码 第8章 图像编码基础 第9章 图像变换编码 第10章 其他图像编码方法

图像编码的目的是在保证一定视觉质 量的前提下减少数据量(从而也减少图像传 输所需的时间),这也可看作使用较少的数 据量来获得较好的视觉质量。图像编码以信 息论为基础，以压缩数据量为主要目的，所 以图像编码也常被称为图像压缩。第8 讲 第1页

第8章 图像编码基础8.1 图像压缩原理 8.2 编码定理

8.3 变长编码8.4 位平面编码

第8 讲

第2页

8.1 图像压缩原理动机/原因：表达数字图像所需数据量通常很大

图像编码： 采用对图像的新的表达方法以减小所需的数据量

数据和信息：数据是信息的载体对给定量的信息可用不同的数据量来表示 对给定量的信息，设法减少表达这些信息的 数据量称为数据压缩

第8 讲

图像压缩(编码)和图像解压缩(解码)第3页

8.1 图像压缩原理{ 在保持图像中的原有信息或让信息损失满 足应用要求的基础上尽可能地减少数据量}

8.1.1 8.1.2

数据冗余 图像编解码

8.1.3第8 讲

图像保真度和质量第4页

8.1.1 数据冗余数据冗余的概念数据是信息的载体 同量的数据可表达不同量的信息

同量的信息可用不同量的数据表达冗余 数据表达了无用的信息 数据表达了已表达的信息第8 讲 第5页

8.1.1 数据冗余相对数据冗余数据冗余可定量描述

相对冗余：

压缩率：RD 在开区间 ( ,1) 中取值

CR 在开区间 (0, ) 中取值n1和n2代表2个数据集合中信息载体单位个数第8 讲 第6页

8.1.1 数据冗余数据冗余类别(1) 心理视觉冗余 与主观感觉有关(2) 像素相关冗余 空间冗余，几何冗余 (3) 编码冗余 与灰度分布的概率特性有关减少/消除其中的一种/多种冗余，就能取得数据压缩的效果第8 讲 第7页

8.1.1 数据冗余1. 心理视觉冗余

主观：因人而异，因应用要求而异 其存在与人观察图像的方式有关 眼睛对某些视觉信息更敏感 人对某些视觉信息更关心

心理视觉冗余与实在的视觉信息有联系 (损失不可逆转)

第8 讲

第8页

8.1.1 数据冗余

第8 讲

童卫青 (华东师范大学 计算机系)

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8.1.1 数据冗余2. 像素间冗余直接与像素间相关性联系

规则 冗余大1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 5 10 15 20 25 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 5 10 15

不规则 冗余小

20

25

第8 讲

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8.1.1 数据冗余3. 编码冗余编码：建立码本来表达数据码本：用来表达一定量的信息或一组事件所 需的一系列符号(如字母、数字等) 码字：对每个信息或事件所赋的码符号序列

码字的长度(码长，字长):每个码字里的符号个数第8 讲 第11页

8.1.1

数据冗余3. 编码冗余图像中灰度(对灰度编码)出现的概率不同灰度出现的概率不同 平均比特数

用较少的比特数表示出现概率较大的灰度级用较多的比特数表示出现概率较小的灰度级第8 讲 第12页

8.1.2 图像编解码图像编解码过程通过对原始图像的编码以达到减少数据量的 目的(压缩过程),然后为了实际应用的需要对 编码结果进行解码，得到解码图像(恢复了图像 形式)以使用

第8 讲

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8.1.2 图像编解码图像编解码过程原始图像 编码结果(并不一定是图像形 式，但因其数据量小，可有效地用于存储和传 输 ) 解码图像

第8 讲

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8.1.2 图像编解码图像编解码系统编码器包括顺序完成三个独立操作的模块， 而对应的解码器仅包含反序完成两个独立操作的 模块

第8 讲

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8.1.3 图像保真度和质量图像压缩方法的分类 ：信息保存型： 在压缩和解压缩过程中没有信息损失 压缩率一般在2 ~ 10之间

信息损失型：常能取得较高的压缩率(几十~几百) 压缩后并不能经解压缩恢复原状 准无损(near-lossless):{10.5节}第8 讲 第16页

8.1.3 图像保真度和质量图像保真度图像编码方法：信息保存型/信息损失型 图像保真度描述解码图像相对于原始图像的偏离程 度，是对信息损失的一种测度

主观保真度准则主观测量图像的质量，因人而异，应用不方便 客观保真度准则 用编码输入图与解码输出图的某个确定函数表示损 失的信息量， 便于计算或测量第8 讲 第17页

8.1.3 图像保真度和质量1. 客观保真度点误差 图误差 ( x, y) f ( x, y) e( x, y) fM 1 N 1 x 0 y 0

( x, y ) f ( x, y ) fN 1

均方根误差均方信噪比

1 M 1 erms MN x 0 M 1 N 1 x 0 y 0

y 0

f ( x, y ) f ( x, y )

2

12

SNRms 第8 讲

f

2

M 1 N 1

( x, y)

x 0 y 0

f ( x, y) f ( x, y)

2

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8.1.3 图像保真度和质量1. 客观保真度(归一化)信噪比：令 单位：分贝(dB)1 M 1 f MN x 0N 1 y 0

f ( x, y)

M 1 N 1 2 f ( x, y ) f x 0 y 0 SNR 10lg M 1 N 1 2 f ( x, y ) f ( x, y) x 0 y 0 M 1 N 1 2 f ( x , y ) f ( x , y ) x 0 y 0 第19页

峰值信噪比

2 PSNR 10lg MN f max

第8 讲

8.1.3 图像保真度和质量2. 主观保真度很多解压图像最终是供人看的 (1) (2) 损伤检验(impairment tests) 观察者对图像根据其损伤程度打分 质量检验(quality

tests) 观察者对图像根据其质量排序

(3)第8 讲

对比测试(comparison tests)观察者对图像进行两两比较第20页

8.2 编码定理{信息论是图像编码的基础}

8.2.1

信息单位和信源描述

8.2.28.2.3

无失真编码定理率失真编码定理

第8 讲

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