圖像壓縮編碼2023/7/101第1頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月本章主要內(nèi)容：1.概述2.統(tǒng)計(jì)編碼3.預(yù)測(cè)編碼4.變換編碼5.混合編碼2023/7/102第2頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.概述圖像壓縮的基本概念

設(shè)：n1和n2是在兩個(gè)表達(dá)相同信息的數(shù)據(jù)集中，所攜帶的單位信息量。壓縮率（壓縮比）：

CR=n1/n2

其中，n1是壓縮前的數(shù)據(jù)量，n2是壓縮后的數(shù)據(jù)量相對(duì)數(shù)據(jù)冗余：

RD=1–1/CR

例：CR=20;RD=19/202023/7/103第3頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.概述三種數(shù)據(jù)冗余：編碼冗余像素冗余視覺(jué)心理冗余2023/7/104第4頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.概述編碼冗余：如果一個(gè)圖像的灰度級(jí)編碼，使用了多于實(shí)際需要的編碼符號(hào)，就稱該圖像包含了編碼冗余。例：如果用8位表示該圖像的像素，我們就說(shuō)該圖像存在著編碼冗余，因?yàn)樵搱D像的像素只有兩個(gè)灰度，用一位即可表示。2023/7/105第5頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.概述像素冗余：由于任何給定的像素值，原理上都可以通過(guò)它的鄰居預(yù)測(cè)到，單個(gè)像素?cái)y帶的信息相對(duì)是小的。對(duì)于一個(gè)圖像，很多單個(gè)像素對(duì)視覺(jué)的貢獻(xiàn)是冗余的。這是建立在對(duì)鄰居值預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上。例：原圖像數(shù)據(jù)：234223231238235

壓縮后數(shù)據(jù)：2341187-32023/7/106第6頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.概述視覺(jué)心理冗余：一些信息在一般視覺(jué)處理中比其它信息的相對(duì)重要程度要小，這種信息就被稱為視覺(jué)心理冗余。2023/7/107第7頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.概述1.1壓縮編碼及其分類根據(jù)解壓重建后的圖像和原始圖像之間是否具有誤差，圖像編碼壓縮分為無(wú)誤差（亦稱無(wú)失真、無(wú)損、信息保持）編碼和有誤差（有失真或有損）編碼兩大類。根據(jù)編碼作用域劃分，圖像編碼為空間域編碼和變換域編碼兩大類。

圖像壓縮無(wú)損編碼有損編碼霍夫曼編碼游程編碼算術(shù)編碼預(yù)測(cè)編碼變換編碼其它編碼2023/7/108第8頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月保真度標(biāo)準(zhǔn)——評(píng)價(jià)壓縮算法的標(biāo)準(zhǔn)客觀保真度標(biāo)準(zhǔn)主觀保真度標(biāo)準(zhǔn)1.概述1.2壓縮編碼系統(tǒng)評(píng)價(jià)2023/7/109第9頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月客觀保真度標(biāo)準(zhǔn)如果信息丟失的級(jí)別,可以表示為原始或輸入圖像與壓縮后又解壓縮輸出的圖像的函數(shù)，這個(gè)函數(shù)就被稱為客觀保真度標(biāo)準(zhǔn)。一般表示為：

e(x,y)=f(x,y)-f(x,y)f(x,y)是輸入圖像，是壓縮后解壓縮的圖像，e(x,y)是誤差函數(shù)1.概述1.2壓縮編碼系統(tǒng)評(píng)價(jià)2023/7/1010第10頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月 兩個(gè)圖像之間的總誤差：均方根誤差（RMS）1.概述1.2壓縮編碼系統(tǒng)評(píng)價(jià)2023/7/1011第11頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月主觀保真度標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)視覺(jué)比較兩個(gè)圖像，給出一個(gè)定性的評(píng)價(jià)，如很粗、粗、稍粗、相同、稍好、較好、很好，這種評(píng)價(jià)被稱為主觀保真度標(biāo)準(zhǔn)。1.概述1.2壓縮編碼系統(tǒng)評(píng)價(jià)2023/7/1012第12頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.概述1.3圖像壓縮系統(tǒng)的一般構(gòu)成信源編碼信道編碼信道信道解碼信源解碼信源編碼：完成原始數(shù)據(jù)的壓縮與編碼信道編碼：為了抗干擾，增加一些容錯(cuò)、校驗(yàn)位，實(shí)際上是有規(guī)律地增加傳輸數(shù)據(jù)的冗余，以便于消除傳輸過(guò)程中增加的隨機(jī)信號(hào)信道：傳輸數(shù)據(jù)（信息）的手段。如Internet、廣播、通訊、可移動(dòng)介質(zhì)等2023/7/1013第13頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.概述1.3圖像壓縮系統(tǒng)的一般構(gòu)成源數(shù)據(jù)編碼與解碼的模型源數(shù)據(jù)編碼的模型源數(shù)據(jù)解碼的模型符號(hào)解碼器反向映射器映射器量化器符號(hào)編碼器2023/7/1014第14頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.概述1.3圖像壓縮系統(tǒng)的一般構(gòu)成源數(shù)據(jù)編碼與解碼的模型映射器：減少像素冗余，如使用RLE編 碼?；蜻M(jìn)行圖像變換。量化器：減少視覺(jué)心理冗余，僅用于有 損壓縮。符號(hào)編碼器：減少編碼冗余，如使用哈夫曼 編碼2023/7/1015第15頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.概述1.4信息論----率失真理論和信源熵編碼一個(gè)理想的圖像壓縮器應(yīng)具備：重構(gòu)圖像失真率低、壓縮比高以及設(shè)計(jì)編碼器和解碼器的計(jì)算復(fù)雜度低等。

但實(shí)際中這些要求是互相沖突的香農(nóng)的信源編碼理論是建立在平均比特率和平均失真率這一相互沖突的矛盾之上。在比特率和失真率兩者之間取得平衡可以用幾種等價(jià)的方式定義：給定比特率R的約束下，使失真D最??；或給定失真值D的約束下，使所需傳輸?shù)谋忍芈蔙最?。换蜃钚』窭嗜蘸瘮?shù)D+λR，不同的拉格朗日算子λ可以在比特率和失真率之間起著權(quán)衡作用。2023/7/1016第16頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.概述1.4信息論----圖像信息率一般靜止灰度圖像中每個(gè)像素用8比特來(lái)表示，那么一幅圖像的平均信息率可以用下面的熵值來(lái)表示：其中pi表示像素u取ri值的概率，ri的取值范圍為0~28-1。像素的前一個(gè)像素的狀態(tài)已知，就可以得到圖像第一階熵：

2023/7/1017第17頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.概述1.4信息論----圖像信息率根據(jù)香農(nóng)的無(wú)噪聲信源編碼定理：在沒(méi)有失真的情況下，一個(gè)熵為的信源可以用比特來(lái)表示，其中為ε任意小的正數(shù)，數(shù)據(jù)最大的壓縮率為

其中n為原始數(shù)據(jù)的平均比特率。2023/7/1018第18頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.概述1.4信息論----香農(nóng)的率失真理論前面的討論是在信道沒(méi)有噪聲的條件下信源編碼的最大壓縮率。在實(shí)際情況中信道是存在噪聲的。如果從信源發(fā)出信息uk，經(jīng)過(guò)編、譯碼的組合，接受端得到信息為vl，這是由信道的噪聲所造成的，我們定義信源編碼經(jīng)過(guò)編、譯碼的平均互信息量為：我們可以找到一個(gè)在一定允許的失真D條件下最低的平均互信息量，這個(gè)平均互信息量稱為率失真函數(shù)：R(D)是在平均失真小于允許失真D以內(nèi)能夠得到的編碼的碼率下界。2023/7/1019第19頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.概述1.4信息論----香農(nóng)的信源編碼定理一個(gè)具有率失真函數(shù)R(D)的信源，若有平均失真D，并有兩個(gè)任意小的正數(shù)ε與δ，則必存在一種信源編碼、譯碼方法使信息率和平均失真率滿足香農(nóng)信源編碼定理只說(shuō)明了碼率在一個(gè)界限以上編碼的可能性，并沒(méi)有給出具體的編碼方案。圖像也是一種信息，香農(nóng)的信源編碼理論對(duì)圖像編碼起著重要的指導(dǎo)作用。

2023/7/1020第20頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.統(tǒng)計(jì)編碼統(tǒng)計(jì)編碼的基本思想是：主要針對(duì)無(wú)記憶信源，根據(jù)信息碼字出現(xiàn)概率的分布特征而進(jìn)行壓縮編碼，尋找概率與碼字長(zhǎng)度間的最優(yōu)匹配。其編碼的實(shí)質(zhì)就是用短碼來(lái)表示出現(xiàn)概率較大的碼字，用長(zhǎng)碼表示出現(xiàn)概率小的碼字。當(dāng)前常用的統(tǒng)計(jì)編碼有游程編碼、霍夫曼編碼和算術(shù)編碼三種。2023/7/1021第21頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.統(tǒng)計(jì)編碼2.1霍夫曼（Huffman）編碼（1）基本思想通過(guò)減少編碼冗余來(lái)達(dá)到壓縮的目的。基本思想是統(tǒng)計(jì)一下符號(hào)的出現(xiàn)概率，建立一個(gè)概率統(tǒng)計(jì)表，將最常出現(xiàn)(概率大的)的符號(hào)用最短的編碼，最少出現(xiàn)的符號(hào)用最長(zhǎng)的編碼。2023/7/1022第22頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.統(tǒng)計(jì)編碼2.1霍夫曼（Huffman）編碼（2）例子：建立概率統(tǒng)計(jì)表和編碼樹 符號(hào)概率1 2 3 4 a2 0.40.40.4 0.4 0.6 a6 0.30.30.3 0.3 0.4 a1 0.10.10.2 0.3 a4 0.10.10.1 a3 0.060.1 a5 0.04 2023/7/1023第23頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.統(tǒng)計(jì)編碼2.1霍夫曼（Huffman）編碼（2）例子：編碼過(guò)程：符號(hào)概率編碼 1 234a2 0.41 0.410.410.410.60a6 0.3000.3000.3000.3

00

0.41a1 0.10110.10110.2

0100.3

01a4 0.101000.1

0100

0.1

011

a3 0.06

010100.1

0101

a5 0.04

010112023/7/1024第24頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.統(tǒng)計(jì)編碼2.1霍夫曼（Huffman）編碼（2）例子：編碼過(guò)程：

010100111100a3a1a2a2a62023/7/1025第25頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.統(tǒng)計(jì)編碼2.1霍夫曼（Huffman）編碼（3）算法實(shí)現(xiàn)第一步：建立一系列的原數(shù)據(jù)縮減量 通過(guò)對(duì)符號(hào)的概率排序，把最小概率的符號(hào)組成一個(gè)符號(hào)，以便在下一個(gè)原數(shù)據(jù)縮減量中替換它們。第二步：給每一個(gè)縮減的原始數(shù)據(jù)編碼 從最少的原數(shù)據(jù)開始，向后進(jìn)行到起始原數(shù)據(jù)。2023/7/1026第26頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.統(tǒng)計(jì)編碼2.1霍夫曼（Huffman）編碼霍夫曼編碼靜態(tài)編碼在壓縮之前就建立好一個(gè)概率統(tǒng)計(jì)表和編碼樹。算法速度快，但壓縮效果不是最好動(dòng)態(tài)編碼對(duì)每一個(gè)圖像，臨時(shí)建立概率統(tǒng)計(jì)表和編碼樹。算法速度慢，但壓縮效果最好2023/7/1027第27頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.統(tǒng)計(jì)編碼2.2算術(shù)編碼（AE）算術(shù)編碼原理在算術(shù)編碼中，把被編碼的信息表示成0到1之間的一個(gè)間隔。在傳輸任何信息之前，信息的完整范圍是〔0，1)，當(dāng)一個(gè)符號(hào)被處理時(shí)，區(qū)間范圍就依據(jù)分配給這一符號(hào)的那部分范圍而變窄。2023/7/1028第28頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.統(tǒng)計(jì)編碼2.2算術(shù)編碼（AE）----編碼

(1)首先對(duì)字符號(hào)集X中每個(gè)單獨(dú)的符號(hào)賦一個(gè)0到1之間的子區(qū)間，子區(qū)間的長(zhǎng)度等于該符號(hào)的概率，并假設(shè)這樣的賦值對(duì)解碼器來(lái)說(shuō)是已知的。

(2)讀入第一符號(hào)a1，設(shè)a1是符號(hào)集X中的第i個(gè)符號(hào)，a1=xi(i=1，2，…，N)，那么初始子區(qū)間定義為［I1，r1)=［pi-1，pi)2023/7/1029第29頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.統(tǒng)計(jì)編碼2.2算術(shù)編碼（AE）----編碼

(3)讀入下一個(gè)符號(hào)，設(shè)已經(jīng)是第n次讀入，并設(shè)讀入的符號(hào)an是符號(hào)集X中的第i個(gè)符號(hào)，即an=xi。 定義新區(qū)間為［ln，rn)=［ln-1+pi-1dn-1，ln-1+pidn-1)2023/7/1030第30頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.統(tǒng)計(jì)編碼2.2算術(shù)編碼（AE）----解碼如果解碼器也知道這一最后的范圍［0.5143876，0.514402)，它馬上就可以解得第一個(gè)字符為x3，因?yàn)閺母鱾€(gè)符號(hào)的概率值及其所分配的編碼區(qū)間范圍看，只有x3的編碼區(qū)間范圍能包含［0.5143876，0.514402)。2023/7/1031第31頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.統(tǒng)計(jì)編碼2.2算術(shù)編碼（AE）----特點(diǎn) 算術(shù)編碼器對(duì)整個(gè)消息只產(chǎn)生一個(gè)碼字，這個(gè)碼字是在間隔［0，1)中的一個(gè)實(shí)數(shù)，因此譯碼器在接收到表示這個(gè)實(shí)數(shù)的所有位之前不能進(jìn)行譯碼。2023/7/1032第32頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.統(tǒng)計(jì)編碼2.2算術(shù)編碼（AE）----示例假設(shè)信源符號(hào)為{00,01,10,11},這些符號(hào)的概率分別為{0.1,0.4,0.2,0.3},根據(jù)這些概率可把間隔[0,1)分成4個(gè)子間隔：[0,0.1),[0.1,0.5),[0.5,0.7),[0.7,1).符號(hào)00011011概率0.10.40.20.3初始編碼間隔[0,0.1)[0.1,0.5)[0.5,0.7)[0.7,1)

如果二進(jìn)制消息序列的輸入為：10001100101101.2023/7/1033第33頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.統(tǒng)計(jì)編碼2.2算術(shù)編碼（AE）----示例算術(shù)編碼過(guò)程

low=low+range*range_low

range和low為上一個(gè)被編碼符號(hào)的范圍和低端值;high=low+range*range_high

rang_low和range_high為被編碼符號(hào)已給定的出現(xiàn)概率范圍的低端值和高端值.2023/7/1034第34頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.統(tǒng)計(jì)編碼2.2算術(shù)編碼（AE）----示例步驟輸入符號(hào)編碼間隔編碼判決110[0.5,0.7)符號(hào)的間隔范圍[0.5,0.7)200[0.5,0.52)[0.5,0.7)間隔的第一個(gè)1/10311[0.514,0.52)[0.5,0.52)間隔的最后3個(gè)1/10400[0.514,0.5146)[0.514,0.52)間隔的第一個(gè)1/10510[0.5143,0.51442)[0.514,0.5146)間隔的第五個(gè)1/10開始，

二個(gè)1/10611[0.514384,0.51442)[0.5143,0.51442)間隔的最后3個(gè)1/10701[0.5143836,0.514402)[0.514384,0.51442)間隔的4個(gè)1/10，

從第1個(gè)1/10開始8從[0.5143876,0.514402]中選擇一個(gè)數(shù)作為輸出：0.51438762023/7/1035第35頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.統(tǒng)計(jì)編碼2.2算術(shù)編碼（AE）----示例算術(shù)編碼過(guò)程示意圖

2023/7/1036第36頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.統(tǒng)計(jì)編碼2.2算術(shù)編碼（AE）----示例算術(shù)編碼解碼過(guò)程

首先計(jì)算valuek+1=(valuek–range_lowk)/rangek然后判斷valuek+1

位于哪個(gè)范圍,則得到對(duì)應(yīng)編碼.譯碼判決方法:2023/7/1037第37頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.統(tǒng)計(jì)編碼2.2算術(shù)編碼（AE）----示例步驟間隔譯碼符號(hào)譯碼判決1[0.5,0.7)100.51439在間隔[0.5,0.7)2[0.5,0.52)000.51439在間隔[0.5,0.7)的第1個(gè)1/103[0.514,0.52)110.51439在間隔[0.5,0.52)的第7個(gè)1/104[0.514,0.5146)000.51439在間隔[0.514,0.52)的第1個(gè)1/105[0.5143,0.51442)100.51439在間隔[0.514,0.5146)的第5個(gè)1/106[0.514384,0.51442)110.51439在間隔[0.5143,0.51442)的第7個(gè)1/107[0.51439,0.5143948)010.51439在間隔[0.514384,0.51442)的第1個(gè)1/108解碼后消息序列：100011001011012023/7/1038第38頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.統(tǒng)計(jì)編碼2.3跳過(guò)白色塊編碼（WBS）基本原理大多數(shù)二值圖像中的黑象素只占整個(gè)圖像的一小部分，若能跳過(guò)白色象素，只對(duì)黑色象素編碼，則表示圖像的比特?cái)?shù)就能減少，平均比特?cái)?shù)就能大大降低。2023/7/1039第39頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.統(tǒng)計(jì)編碼2.3跳過(guò)白色塊編碼（WBS）一維WBS將圖像的每條掃描線分成若干段，每一段的象素個(gè)數(shù)為n對(duì)全部是白色的象素用0表示對(duì)至少有一個(gè)黑象素的線段用n+1個(gè)比特表示，第一個(gè)比特為1，其余n比特采用直接編碼舉例：黑白白黑～～11001

白白白白～～0設(shè)長(zhǎng)度為N的象素段出現(xiàn)全白的概率為PN，則一維WBS編碼平均字長(zhǎng)bN為：2023/7/1040第40頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.統(tǒng)計(jì)編碼2.3跳過(guò)白色塊編碼（WBS）二維WBS將一維WBS的象素段推廣為象素塊。設(shè)象素塊大小為M×N，全白象素塊用“0”表示否則用M×N個(gè)比特來(lái)直接編碼2023/7/1041第41頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.統(tǒng)計(jì)編碼2.3跳過(guò)白色塊編碼（WBS）自適應(yīng)WBS編碼根據(jù)圖像的局部結(jié)構(gòu)或統(tǒng)計(jì)特性，改變象素塊的大小，進(jìn)一步提高壓縮效果，這就是所謂的自適應(yīng)WBS編碼。改進(jìn)型的一維WBS編碼：對(duì)于一維的WBS編碼，如果一條掃描線全為白象素時(shí)，則用1比特“0”表示，否則用正常的一維WBS編碼。自適應(yīng)的WBS編碼可以使得表示圖像的bit數(shù)下降很多，但是為了自適應(yīng)增加了設(shè)備的復(fù)雜性。2023/7/1042第42頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.統(tǒng)計(jì)編碼2.4游程編碼（RC）概念：游程：具有相同灰度值的像素序列。編碼思想：去除像素冗余。用游程的灰度和游程的長(zhǎng)度代替游程本身。例：設(shè)重復(fù)次數(shù)為iC,重復(fù)像素值為iP

編碼為：iCiPiCiPiCiP

編碼前：aaaaaaabbbbbbcccccccc

編碼后：7a6b8c2023/7/1043第43頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.統(tǒng)計(jì)編碼2.4游程編碼（RC）分析：對(duì)于有大面積色塊的圖像，壓縮效果很好對(duì)于紛雜的圖像，壓縮效果不好，最壞情況下，會(huì)加倍圖像2023/7/1044第44頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.統(tǒng)計(jì)編碼2.4游程編碼（RC）例子：PCX_RC1）PCX簡(jiǎn)介：真彩色圖像以行為單位，按色面存放128字節(jié)的文件頭圖像數(shù)據(jù)調(diào)色板2023/7/1045第45頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.統(tǒng)計(jì)編碼2.4游程編碼（RC）（2）PCX_RC編碼原則：1)圖像數(shù)據(jù)以字節(jié)為單位進(jìn)行編碼2)按行進(jìn)行壓縮3)長(zhǎng)度在前，灰度值在后4)單像素沒(méi)有長(zhǎng)度值5)以最高兩位作為判斷是重復(fù)數(shù)還是原像素。最高兩位為1（B0除外），說(shuō)明是重復(fù)數(shù)，否則，說(shuō)明是原像素值2023/7/1046第46頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.統(tǒng)計(jì)編碼2.4游程編碼（RC）（2）

PCX_RC編碼原則：6)重復(fù)像素長(zhǎng)度iC最大值為26-1=63，如果遇到iC大于63的情況，則分為小于63的幾段，分別處理。7)如果遇到不重復(fù)的單個(gè)像素P： 如果P<0xC0（192）直接存入該像素值， 否則先存入長(zhǎng)度1，再存入像素值（192-255之間的單像素圖像不減反增）2023/7/1047第47頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.統(tǒng)計(jì)編碼2.4游程編碼（RC）（3）PCX_RC的解碼（以解一行為例）1)讀一個(gè)字節(jié)到byChar2)if((byChar&0xC0)==0xC0){ //判前兩位是否全1，且前4位為C0=11010000 iCount=byChar&0x3F；

//取出后6位的重復(fù)數(shù)

連續(xù)讀iCount個(gè)字節(jié)

} else{直接讀下一個(gè)字節(jié)}3)重復(fù)a)，b)直到讀完一行。2023/7/1048第48頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.預(yù)測(cè)編碼預(yù)測(cè)編碼是一種設(shè)備簡(jiǎn)單，質(zhì)量較佳的高蕭編碼法。編碼思想a.去除像素冗余。b.認(rèn)為相鄰像素的信息有冗余。當(dāng)前像素值可以用以前的像素值來(lái)獲得。c.用當(dāng)前像素值fn，通過(guò)預(yù)測(cè)器得到一個(gè)預(yù)測(cè)值

fn，對(duì)當(dāng)前值和預(yù)測(cè)值求差，對(duì)差編碼，作為壓縮數(shù)據(jù)流中的下一個(gè)元素。由于差比原數(shù)據(jù)要小，因而編碼要小，可用變長(zhǎng)編碼。大多數(shù)情況下，fn的預(yù)測(cè)是通過(guò)m個(gè)以前像素的線性組合來(lái)生成的。2023/7/1049第49頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.預(yù)測(cè)編碼編碼思想即：

在一維線性(行預(yù)測(cè))預(yù)測(cè)編碼中，預(yù)測(cè)器為：

round為取最近整數(shù)，i為預(yù)測(cè)系數(shù)(可為1/m)，y是行變量。d.前m個(gè)像素不能用此法編碼，可用哈夫曼編碼2023/7/1050第50頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.預(yù)測(cè)編碼

舉例：

F={154,159,151,149,139,121,112,109,129}m=2 =1/2預(yù)測(cè)值f2=1/2*(154+159)156e2=151-156=-5 f3=1/2*(159+151)=155e3=149–155=

-6 f4=1/2*(151+149)=150 e4=139–150=-11 f5=1/2*(149+139)=144e5=121–144=

-23 f6=1/2*(139+121)=130e6=112–130=-18 f7=1/2*(121+112)116e7=109–116=-7 f8=1/2*(112+109)110e8=129–110=192023/7/1051第51頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.預(yù)測(cè)編碼編碼第一步：壓縮頭處理第二步：對(duì)每一個(gè)符號(hào)：f(x,y)，由前面的值， 通過(guò)預(yù)測(cè)器，求出預(yù)測(cè)值f(x,y)第三步：求出預(yù)測(cè)誤差第四步：對(duì)誤差e(x,y)編碼，作為壓縮值。重復(fù)二、三、四步2023/7/1052第52頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.預(yù)測(cè)編碼編碼+-符號(hào)編碼預(yù)測(cè)器最接近的整數(shù)壓縮圖像輸入圖像fn2023/7/1053第53頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.預(yù)測(cè)編碼解碼第一步：對(duì)頭解壓縮第二步：對(duì)每一個(gè)預(yù)測(cè)誤差的編碼解碼，得到預(yù) 測(cè)誤差e(x,y)。第三步：由前面的值，得到預(yù)測(cè)值。第四步：誤差e(x,y)，與預(yù)測(cè)值相加， 得到解碼f(x,y)。重復(fù)二、三、四步2023/7/1054第54頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.預(yù)測(cè)編碼解碼++符號(hào)解碼預(yù)測(cè)器解壓縮圖像壓縮圖像enfn2023/7/1055第55頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.預(yù)測(cè)編碼DPCM工作原理uij為輸入信號(hào)，為根據(jù)ui-1,j、ui,j-1、ui-1,j-1對(duì)uij所作的預(yù)測(cè)值，eij為差值信號(hào)，e*ij量化后的輸出信號(hào)，a1,a2,a3為預(yù)測(cè)系數(shù)+量化器輸出到信道++列延遲器23/aa行延遲器2a1a+jiu,jie,-jiu,*jie,*jiu,*jiu,*jiu,1*-1,131,2**----jijiuaua2023/7/1056第56頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.預(yù)測(cè)編碼預(yù)測(cè)方程為

量化器的輸入為重建方程為預(yù)測(cè)模型的復(fù)雜程度取決于線性預(yù)測(cè)中使用以前樣本的數(shù)目，樣本點(diǎn)越多，預(yù)測(cè)器就越復(fù)雜。預(yù)測(cè)器的好壞取決于預(yù)測(cè)系數(shù)2023/7/1057第57頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.預(yù)測(cè)編碼采用自適應(yīng)系數(shù)預(yù)測(cè)編碼后的重構(gòu)圖像a1=0.340,a2=0.664,a3=-0.005根據(jù)輸入圖像來(lái)確定預(yù)測(cè)系數(shù)

另外一種采用的是固定的預(yù)測(cè)系數(shù)是采用固定系數(shù)預(yù)測(cè)編碼后的結(jié)果a1=0.5,a2=0.5,a3=-0.5直接采用均勻標(biāo)量量化后的結(jié)果在實(shí)驗(yàn)中采用幾種不同的預(yù)測(cè)系數(shù)

2023/7/1058第58頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.變換編碼變換編碼的基本思想（1）用一個(gè)可逆的、線性的變換（如傅立葉變換），把圖像映射到變換系數(shù)集合（2）然后對(duì)該系數(shù)集合進(jìn)行量化和編碼（3）對(duì)于大多數(shù)自然圖像，重要系數(shù)的數(shù)量是比較少的，因而可以用量化（或完全拋棄），且僅以較小的圖像失真為代價(jià)。2023/7/1059第59頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.變換編碼變換編碼的基本思想——舉例原始圖像 相應(yīng)的DCT系數(shù)5255 6166 706164736359 6690 1098569726259 6811314410466736358 7112215410670696761 681041268868707965 6070 776858758571 6459 556165838779 6968 65767894-415-29-62 2555 -20-1 37-21-62 911 -7-6 6-46877-25-30 107 -5-501335-15-9 60 311-8-13-2-1 1-4 1-1013-3-1 02 -1-4-12-12 -31 -2-1-1-1-2-1 -10 -12023/7/1060第60頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.變換編碼變換編碼的基本思想編碼、解碼流程符號(hào)解碼器逆向變換正向變換量化器符號(hào)編碼器構(gòu)造nxn的子圖合成nxn的子圖輸入圖像NxN壓縮圖像壓縮的圖像解壓圖像2023/7/1061第61頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.變換編碼變換編碼性能（1）變換系數(shù)方差的分布

變換壓縮的基本依據(jù)是變換系數(shù)的方差2k比較集中，常將系數(shù)按方差大小的順序排列，作出變換系數(shù)方差的分布函數(shù)，以說(shuō)明方差2k的集中程度。

（2）率失真函數(shù)R(D)

采用正交變換后的R(D)比變換前降低很多。2023/7/1062第62頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.變換編碼變換編碼的考慮（1）變換類型

從均方誤差最小和主觀質(zhì)量?jī)蓚€(gè)觀點(diǎn)看，最好的變換是KLT，其次是DCT、DWT、DFT和WHT。

2023/7/1063第63頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.變換編碼變換編碼的考慮（2）量化方案

采用分組量化方法：對(duì)每一系數(shù)ykl使用不同的量化器，有不同的量化級(jí)和級(jí)間間隔，對(duì)于方差2kl小于某一門限的系數(shù)可以去掉，只對(duì)保留的系數(shù)進(jìn)行編碼。對(duì)于人眼最敏感的空間頻率相應(yīng)的變換系數(shù)以及2kl較大的系數(shù)，應(yīng)分配較多的比特?cái)?shù)；而對(duì)概率P(ykl)較大的系數(shù)，應(yīng)分配較少的比特?cái)?shù)。2023/7/1064第64頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.變換編碼變換編碼的考慮（3）子圖象大小減小n可以減少計(jì)算量。另一方面，n越大，所計(jì)入的相關(guān)象素越多，總的均方差性能改善越多。然而，大多數(shù)圖象僅在約20個(gè)相鄰象素之間有較大的相關(guān)性。n>16后，再增加n對(duì)性能的改善作用不大。2023/7/1065第65頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5.混合編碼混合編碼：既用到預(yù)測(cè)編碼、又用到變換編碼的編碼方法。對(duì)電視圖象：（1）幀內(nèi)混合編碼：在水平方向利用一維變換編碼；在垂直方向利用DPCM（差值脈沖編碼調(diào)制）預(yù)測(cè)編碼。（2）幀間混合編碼：幀內(nèi)用二維變換編碼；幀間用一維DPCM編碼。2023/7/1066第66頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5.混合編碼5.1子帶編碼子帶編碼的基本思想是利用帶通濾波器組將信道頻帶分割成若干個(gè)子頻帶(Subband)，將子頻帶搬移至零頻處進(jìn)行子帶取樣，再對(duì)每一個(gè)子帶用一個(gè)與其統(tǒng)計(jì)特性相適配的編碼器進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)壓縮。2023/7/1067第67頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5.混合編碼5.1子帶編碼子帶編碼原理 子帶編碼由于其本身具備的頻帶分解特性，非常適合于分辨率可分多級(jí)的視頻編碼。2023/7/1068第68頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5.混合編碼5.1子帶編碼

子帶編碼優(yōu)點(diǎn)

(1)一個(gè)子帶的編碼噪聲在解碼后只局限于該子帶內(nèi)，不會(huì)擴(kuò)散到其他子帶。這樣，即使有的子帶信號(hào)較弱，也不會(huì)被其他子帶的編碼噪聲所掩蓋。2023/7/1069第69頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5.混合編碼5.1子帶編碼(2)可以根據(jù)主觀視覺(jué)特性，將有限的數(shù)碼率在各個(gè)子帶之間合理分配，有利于提高圖像的主觀質(zhì)量。(3)通過(guò)頻帶分解，各個(gè)子帶的抽樣頻率可以成倍下降。2023/7/1070第70頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5.混合編碼5.1子帶編碼子帶分解 在子帶編碼系統(tǒng)中，關(guān)鍵技術(shù)是正確實(shí)現(xiàn)無(wú)失真子帶的分解和復(fù)原。 一個(gè)一維2子帶編碼系統(tǒng)的框圖如圖3-25所示.2023/7/1071第71頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5.混合編碼5.1子帶編碼一維2子帶編碼系統(tǒng)的框圖2023/7/1072第72頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5.混合編碼5.2分形編碼分形編碼的原理是利用的是圖像中某一部分與另一部分之間的相似性。分