【正文】 一維線性預(yù)測(cè)僅是當(dāng)前行掃描到的先前像素的函數(shù)。由于在預(yù)測(cè)比較時(shí)，預(yù)測(cè)誤差的動(dòng)態(tài)范圍會(huì)遠(yuǎn)小于原始圖像序列的動(dòng)態(tài)范圍，所以對(duì)預(yù)測(cè)誤差的編碼所需的比特?cái)?shù)會(huì)大大減少，這是預(yù)測(cè)編碼可以獲得數(shù)據(jù)壓縮結(jié)果的原因。 ? 一個(gè)無損預(yù)測(cè)編碼系統(tǒng)主要由一個(gè)編碼器和一個(gè)解碼器組成，它們各有一個(gè)相同的預(yù)測(cè)器，如圖 。對(duì)第一組分配代碼 “ 0”，第二組分配代碼 “ 1”； ? (3)執(zhí)行步驟（ 2）后，若每組還是由兩個(gè)或兩個(gè)以上的灰度級(jí)組成，就重復(fù)上述步驟，直到每組只有一個(gè)灰度級(jí)。但是哈夫曼編碼簡(jiǎn)單有效，因而得到了廣泛的應(yīng)用。把從最上面的根節(jié)點(diǎn)到最下面的葉子 ? 節(jié)點(diǎn)途中遇到的 0， 1序列串起來，就得到了的編碼 。編碼必須保證不能出現(xiàn)一個(gè)碼字和另一個(gè)碼字的前幾位相同的情況，例如 :如果的碼字為 01，的碼字為 011，那么當(dāng)序列中出現(xiàn) 011時(shí)，便無法判斷是的碼字后面跟了個(gè) 1，還是完整的一個(gè)的碼字。其編碼結(jié)構(gòu)實(shí)際上是一個(gè)二叉樹，使常出現(xiàn)的字符用較短的碼代表，不常出現(xiàn)的字符用較長(zhǎng)的碼代表。是一種非等長(zhǎng)最佳編碼方法。同 RLE類似，它也是對(duì)字符串編碼從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮。 基于字典的技術(shù) 2022/2/14 ? [例 1] 某一圖像的第 i行為（ 180， 180， 180， …… ）共10000個(gè)數(shù)據(jù) ,模仿 RLE編碼可以簡(jiǎn)單寫成 (180,10000)。 2022/2/14 ? 行程編碼比較適合于二值圖像的編碼，一般用于量化后出現(xiàn)大量零系數(shù)連續(xù)的場(chǎng)合，用行程來表示連零碼。對(duì)于某些圖像的一些區(qū)域，它們是由相同的灰度或顏色的相鄰像素組成的。令 f(x,y)表示輸入圖像， 表示對(duì)輸入圖像壓縮編碼和解碼后的近似圖像，則和之間的誤差可以表示為 ? ? ),(? yxf),(),(?),( yxfyxfyxe ??2022/2/14 圖像保真度準(zhǔn)則 ? 設(shè)圖像的大小為 ，則 和 之間的均方根誤差為 NM? ),( yxf ),(? yxf? ?2/110102),(),(?1?????????? ? ?????MxNyr m s yxfyxfMNe2022/2/14 圖像保真度準(zhǔn)則 ? 2. 主觀保真度準(zhǔn)則 2022/2/14 無損壓縮技術(shù) ? 無損壓縮算法可以分為兩大類：基于字典的技術(shù)和基于統(tǒng)計(jì)的方法。信息損失型可以取得很高的壓縮比。 第 5章 圖像編碼與壓縮 2022/2/14 圖像保真度準(zhǔn)則 ? 圖像編碼結(jié)果減少了數(shù)據(jù)量，提高了存儲(chǔ)和傳輸?shù)乃俣?。但是，有些圖像是不允許進(jìn)行有損壓縮的。 第 5章 圖像編碼與壓縮 2022/2/14 ? 有些圖像文件數(shù)據(jù)無損壓縮的算法刪除的僅僅是冗余的信息，因此可以在解壓縮時(shí)精確地恢復(fù)圖像。 ? 是指在有些圖像中還包含與某些先驗(yàn)知識(shí)有關(guān)的信息。 為表達(dá)圖像數(shù)據(jù)需要使用一系列符號(hào)，如字母、數(shù)字等，用這些符號(hào)根據(jù)一定的規(guī)則來表達(dá)圖像就是對(duì)圖像進(jìn)行編碼。 第 5章 圖像編碼與壓縮 2022/2/14 ? 視頻圖像序列中的不同幀之間的相關(guān)性所造成的冗余。也稱為像素相關(guān)冗余。壓縮的理論基礎(chǔ)是信息論，是一種通過刪除冗余的或者不需要的信息來達(dá)到壓縮數(shù)據(jù)量目的的技術(shù)。雖然表示圖像需要大量的數(shù)據(jù)，但是圖像數(shù)據(jù)是高度相關(guān)的，或者說存在冗余（ Redundancy）信息，去掉這些冗余信息后可以有效壓縮圖像，同時(shí)又不會(huì)損害圖像的有效信息。 場(chǎng)景中總有一些物體，圖像中就有一些目標(biāo)，同一目標(biāo)的像素之間一般具有相關(guān)性。 ? 是指人眼不能感知或不敏感的那部分圖像信息。在這里對(duì)每個(gè)信息或事件所附的符號(hào)序列稱為碼字，而每個(gè)碼字里的符號(hào)個(gè)數(shù)稱為碼字的長(zhǎng)度。 數(shù)字壓縮技術(shù)利用了數(shù)據(jù)固有的冗余性和不相干性，將一個(gè)大的圖像數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換成較小的文件。有損壓縮算法刪除了不相干的信息，因此只能對(duì)原有的圖像進(jìn)行近似地重構(gòu)，而不能精確的復(fù)原。 第 5章 圖像編碼與壓縮 2022/2/14 ? 對(duì)圖像文件進(jìn)行壓縮和解壓縮都是需要時(shí)間的。實(shí)際應(yīng)用時(shí)需要將編碼結(jié)果解碼，恢復(fù)成圖像的形式才能使用。但是不能通過解碼恢復(fù)原圖像?；谧值涞募夹g(shù)生成的文件包含的是定長(zhǎng)碼，每個(gè)碼字代表原文件中數(shù)據(jù)的一個(gè)特定的序列。在一個(gè)逐行存儲(chǔ)的圖像中，具有相同灰度值的一些像素組成序列，稱為一個(gè)行程。如果圖像是由很多塊顏色或灰度相同的大面積區(qū)域組成的，那么采用行程編碼可以達(dá)到很高的壓縮比。 ? [例 2] 某一圖像的第 i行為（ ai1， ai2， ai3… ,aij） ,其中j=10000，如果仍然采用 RLE編碼，則寫成（ ai1， ai2， 1，ai3， 1， … ， aij， 1）共有 20220個(gè)數(shù)據(jù) ,文件被加倍是顯而易見的。然而，與 RLE不同的是，它在對(duì)文件進(jìn)行編碼的同時(shí)，生成特定字符序列的表以及它們對(duì)應(yīng)的代碼 基于字典的技術(shù) 2022/2/14 ? LZW編碼的基本思想：在編碼過程中，將所遇到的字符串建立一個(gè)字符串表，表中的每個(gè)字符串都對(duì)應(yīng)一個(gè)索引，編碼時(shí)用該字符串在字串表中的索引來代替原始的數(shù)據(jù)串。用變長(zhǎng)的碼來使冗余量達(dá)到最小。 2022/2/14 2022/2/14 ? 觀察符號(hào)序列，發(fā)現(xiàn) s0,s1,s2這三個(gè)符號(hào)出現(xiàn)的頻率比較大，其他符號(hào)出現(xiàn)的頻率比較小，如果采用一種編碼方案使得 s0,s1,s2的碼字短。按照哈夫曼編碼算法就可以保證編碼正確，如圖 。 Huffman編碼 2022/2/14 Huffman編碼 ? 產(chǎn)生 Huffman編碼需要對(duì)原始數(shù)據(jù)掃描兩遍。 2022/2/14 ? 2．香農(nóng)編碼（ shannon coding） ? 香農(nóng)編碼的過程與哈夫曼編碼有些相似。 ? 至此，可獲得表 ，由表 農(nóng)編碼的平均碼字長(zhǎng)度。 2022/2/14 無損預(yù)測(cè)編碼 符 號(hào) 編 碼 器預(yù) 測(cè) 器符 號(hào) 解 碼 器預(yù) 測(cè) 器整 數(shù) 舍 入—輸 入 圖 像壓 縮 圖 像解 壓 圖 像??kfke? kf?kf?kf?圖 無損預(yù)測(cè)編碼系統(tǒng) 2022/2/14 無損預(yù)測(cè)編碼 ? 當(dāng)輸入圖像的像素序列逐個(gè)進(jìn)入編碼器時(shí)，預(yù)測(cè)器根據(jù)若干個(gè)過去的輸入產(chǎn)生對(duì)當(dāng)前輸入像素的預(yù)測(cè)值，也稱為估計(jì)值。 ? 在多數(shù)情況下，可以通過將個(gè)先前的像素進(jìn)行線性組合得到預(yù)測(cè)值。在二維線性預(yù)測(cè)編碼中，預(yù)測(cè)是對(duì)圖像從左向右，從上向下進(jìn)行掃描時(shí)所掃描到的先前像素的函數(shù)。量化器的作用是將預(yù)測(cè)誤差映射到有限個(gè)輸出 中， 決定了有損預(yù)測(cè)編碼中的壓縮量和失真量。 kkk fef??? ??kf? ke? kf?2022/2/14 圖像變換編碼基本原理 ? 圖像的變換編碼是利用某種變換將空間域里描述的圖像 ，變換為變換域中描述的 。例如傅里葉變換、沃爾什變換、離散余弦變換等。圖 。編碼過程實(shí)現(xiàn)圖像信息的壓縮。特別是圖像編碼，涉及到多媒體、數(shù)字電視、可視電話、會(huì)議電視等圖像傳輸方面的廣泛應(yīng)用，為此制定的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)極大地推動(dòng)了圖像編碼技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。 2022/2/14 JPEG標(biāo)準(zhǔn) ? JPEG標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)圖像的壓縮要求提出了幾種不同的編、解碼方法，主要分為基本系統(tǒng)、擴(kuò)展系統(tǒng)和信息保持型系統(tǒng)。編碼器對(duì)彩色圖像采用分量編碼。利用這些閾值，在編碼率小于 1比特 /像素的條件下依然可以獲得非常好的圖像質(zhì)量。對(duì)于當(dāng)前子塊的 DC系數(shù)與上一塊的 DC系數(shù)之差值進(jìn)行 VLC編碼壓縮數(shù)據(jù)，由于 DC分量是子塊的平均值，相鄰子塊間的相關(guān)性很強(qiáng)，同時(shí)，視覺上要求各子塊的平均灰度無明顯的跳躍，因此對(duì) DC的差值作無失真的熵編碼是合適的。 1991年 11月提出了 。 2022/2/14 MPEG標(biāo)準(zhǔn) ? 1． MPEG1標(biāo)準(zhǔn) ? MPEG1標(biāo)準(zhǔn)為 像及其伴音的編碼。 ? 第三部分： MPEG1音頻，描述高質(zhì)量的音頻的編碼表示和高質(zhì)量音頻信號(hào)的解碼方法。下面僅介紹視頻和系統(tǒng)部分。為此定義了四種編碼幀： I幀、 P幀、 B幀和 D幀。它需要用過去和將來的參考幀 I幀或 P幀進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，但是 B幀本身不能用作為預(yù)測(cè)參考幀。在有 B幀時(shí)，要有兩個(gè)幀存儲(chǔ)器分別存儲(chǔ)過去和將來的兩個(gè)參考幀，以便進(jìn)行雙向運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。如果用到 B幀，則編碼時(shí)必須對(duì)圖像的順序先進(jìn)行調(diào)整，因?yàn)?B幀在預(yù)測(cè)時(shí)要利用它過去的 I幀和 P幀作為參考幀。子塊則是 DCT、量化以及 “ Z”字形掃描和 VLC編碼輸出的基本單元。如果編碼序列包括 B幀，則解碼后還應(yīng)按顯示順序重新排序后才能進(jìn)行顯示。編碼器可根據(jù)需要選擇圖像組的長(zhǎng)度以及 I、 P、 B幀出現(xiàn)的頻率和位置。對(duì)于大多數(shù)景物而言，在參考幀之間插入兩個(gè) B幀比較適宜。 2022/2/14 MPEG標(biāo)準(zhǔn) ? 視頻部分和 ITUT的 ，作為一個(gè)通用的編碼標(biāo)準(zhǔn)，它的應(yīng)用范圍更廣，既包括標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電視、高清晰度電視，也包括 MPEG1的工作范圍。 MPEG2在區(qū)別不同應(yīng)用的編碼參數(shù)上使用了所謂 Profile和 Level。 MPEG2在把宏塊數(shù)據(jù)分割為塊的時(shí)候，可以選擇按幀分割或按場(chǎng)分割，相應(yīng)地就可以在幀或場(chǎng)的模式下進(jìn)行 DCT編碼，以便在不同的情況下適當(dāng)?shù)貙?duì)子塊的空間冗余度加以利用，從而得到最佳的壓縮效果。 2022/2/14 2． MPEG2標(biāo)準(zhǔn) ? MPEG2規(guī)定了四種圖像的運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)方式和補(bǔ)償方式，即基于幀的預(yù)測(cè)模式、基于場(chǎng)的預(yù)測(cè)模式、 16 8的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償以及雙場(chǎng)（ DualPrime）預(yù)測(cè)模式?？煞旨?jí)編碼的優(yōu)點(diǎn)是同時(shí)提供不同的編碼服務(wù)水平，例如可以在一個(gè)公共的信道實(shí)現(xiàn) HDTV（ High Definition Television，高清晰度電視）和SDTV的同播，以供不同水平的接收機(jī)使用，但代價(jià)是要增加一定的額外碼字。 ? 與 MPEG MPEG2不同， MPEG4不僅僅著眼于定義不同碼流下具體的壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)，而是更多地強(qiáng)調(diào)多媒體通信的靈活性和交互性。 MPEG4能夠提供多種工具，把一組對(duì)象組合為一個(gè)場(chǎng)景。對(duì)于自然視頻的編碼， MPEG4仍然采用了預(yù)測(cè)、變換同時(shí)使用的混合編碼的框架。 2022/2/14 3． MPEG4標(biāo)準(zhǔn) ? MPEG