图像通信复习.ppt

复习课 第一章图像与数字图像通信 数字图像 像素为最小存储单位 像素的取值 图像信号的数学表达式I f x y z t 数字图像通信系统的组成人眼的视觉特性 眼的适应性 对比灵敏度 马赫 Mach 带 图像的三基色 RGB亮度 色调 饱和度含义图像的彩色模型 RGB YCbCr模型 第二章图像分析与正交变换 图像的数字化的过程采样 量化定义采样 量化对图像质量影响 采样间隔 量化级数 二维采样定理 非均匀量化特点图像信号正交变换性质DFT DCT频谱特点图像的统计特性 空间域 频域 差值信号 第三章图像压缩编码 图像压缩编码分类 冗余度压缩方法 无损压缩 信息量压缩方法 有损压缩 压缩编码分类 统计编码 无损编码 有损编码 游程编码 Huffman编码 算术编码 主要分两大类 LZW字典编码 预测编码 变换编码 DFTDCTK L变换 香农编码 第三章图像压缩编码 可变长编码定义熵计算描述图像压缩性能的指标 压缩比 平均码字长度 编码效率 冗余度 计算HUFFMAN编码计算二维行程长度编码计算算术编码计算LZW编码计算 Huffman编码方法 概率统计 如对一幅图像作灰度信号统计 得到n个不同概率的灰度信息符号 将n个灰度信息符号出现的概率由大到小排序 概率相同的可以任意放 将两个最小概率相加 概率个数减为n 1个 形成新的概率集合 再按第 步方法重排 如此重复直到仅有两个概率为止 分配码字 原则为从最后一步开始反向进行 以二进制码元 0 1 赋值 构成Huffman码字 基本原理 将具有相同灰度值的连续串用其串长 行程长度 和一个代表灰度值来代替 将行程长度和代表灰度值组合在一起构成行程对 作为输入的码元进行编码 行程长度编码 游程长度编码本质上说就是计算图像信号出现行程长度 然后将行程长度转换为代码 二维行程长度关键是进行二维Z形扫描排序 使像素之间关系变成一维的邻接关系 算术编码 基本原理 假设一个信源的概率模型 根据该信源的概率模型 一般把一个信源集合表示为实数线上的0至1间的一个区间 这集合中每个元素用来缩短这个区间 信源集合的元素越多 信息越长 编码表示所得区间间隔越小 表示这一间隔所需二进制位就越多 码字越长 这就是区间作为代码的原理 给出一组关系式为 StartN StartB LeftC LEndN StartB RightC L式中StartN为新子区间的起始位置 EndN为新子区间的结束位置 StartB为前子区间的起始位置 LeftC为当前符号的区间左端 RightC为当前符号的区间右端 L为前子区间长度 算术编码关键 LZW编码 LZW编码又称字串表编码 属于无损编码 基本思想 在编码过程中 将所遇到的字符串建立一个字符串表 表中的每个字符串都对应一个索引 编码时用该字符串在字串表中的索引来代替原始的数据串 字符串表是在压缩过程中动态生成的 不必将它保存在压缩文件里 因为解压缩时字符串表可以由压缩文件中的信息重新生成 第四章静止图像编码 统计编码 Huffman编码 香农编码 算术编码 LZW编码 预测编码和变换编码二值图像的游程编码 方块编码等灰度图像的抖动编码 方块编码 比特面编码 渐进编码等 方块编码和渐进编码的计算 静止图像压缩编码国际标准JPEG 二值图像压缩编码国际标准JBIG 第四章静止图像编码 线性预测编码定义 其误差影响 量化器变换编码定义 原理变换后常用编码方案 区域抽样 阈值抽样 注意 正交变换本身不产生压缩 正交变换只是去除原图像中的相关性 使能量集中于少数变换系数 使压缩成为可能 第四章静止图像编码 抖动编码 将灰度图像转换为二值图像 然后再对二值图像进行编码 通过一个抖动矩阵定出灰度图像中各个像素的阈值 根据这些阈值确定原图像相应的像素取1或0 第四章静止图像编码 抖动编码 抖动矩阵 抖动矩阵 第四章静止图像编码 方块编码 BTC 方块编码是把一幅图像划分成大小为N N的互不重叠的子块 由于子块内各相邻像素间具有灰度相关性 可选用两个适当灰度级来近似代表子块内各像素原来的灰度 然后指明子块内各像素分别属于哪个代表性灰度级 方块编码的过程基本上就是图像的局部二值化 第四章静止图像编码 由上式可知 编码后方块的像素亮度 Y1 Y2 Ym 可以用 a0 a1 和 1 2 m 的组合表示 a0 a1 一般具有与灰度值相同的等级 1 2 m 组成一个m比特的比特面 方块编码 BTC 第四章静止图像编码 方块编码 BTC 适当选择编码参数a0 a1及XT 使编码后方块灰度值和方差与原始图像的灰度相同或近似相同 取阈值 记 q为编码后灰度为a1的像素的个数 第四章静止图像编码 方案1 保持一阶矩 二阶矩的参数选择 方案2 均方误差最小的参数选择 其中为子块的均方差 比特平面编码 第四章静止图像编码 1 比特平面 假如一灰度图像为n比特 像素 将每个像素的第j个比特抽取出来 得到一个称为比特平面的二值图像 图像可用一组共n个比特平面表示 2 比特平面编码 将一图像用一组共n个比特平面来表示 则把对灰度图像的编码转换为分别对n个各比特平面的二值编码 通常再将每个比特平面分为不重叠的m n个像素子块 然后进行二值编码 3 灰度图像的比特面分解 168 256级灰度图像 最低位 最高位 8bit灰度图像的比特面分解 以一个像素点为例 对于256级彩色RGB图像 分解比特平面数 24 比特面编码 第四章静止图像编码 全 0 子块 码字为 0 全 1 子块 码字为 11 其它情况 码字为 10 若设P 0 n m 和P 1 n m 分别为m n个全 0 和全 1 子块出现概率 则此编码方案的平均码长L 压缩比为Cr 第四章静止图像编码 比特面编码分层传输从最高位到最低位 顺序传输各个比特面 实现分层传输 先传送一个最高位比特面 得到一幅二值图像 有了物体的大致轮廓 逐渐地接收的比特面越多 细节 颜色越丰富 当接收到全部比特面后 可以恢复原始图像 这也是一种图像显示的技巧 第四章静止图像编码 渐进编码 基本思想四叉树渐进编码将图像按照分辨率分出层次 最底层 0级 为原图 分辨率最高 由低层向高层分辨率逐层降低 每一级灰度值都是下一级相邻4个灰度值的均值 依次进行 最顶层 n级 分辨率最低 只有一个像素灰度值 最终形成一种金字塔的形式 分层编码的金字塔结构 四叉树渐进编码 第四章静止图像编码 JPEG基本系统编码框图JPEG系统编码计算 Z形扫描 DC和AC系数编码 渐进编码和顺序编码不同JBIG标准 将一幅图像按位平面进行分解分层编码 传输 JBIG标准的3种编码模式 编码原理框图JPEG2000编码框图 编码特点 第五章序列图像编码及运动估计 视频图像压缩编码分类 帧内 帧间 混合 三种不同的电视制式区别 NTSC PAL SECAM视频的采样格式 区别开来 4 4 4 4 2 2 4 1 1 4 2 0CIF图像格式 图像分辨率352 288帧频 数据量计算 第五章序列图像编码及运动估计 视频信号编码的关键问题的如何解决 对于序列图像中大量存在的静止或缓变区域 如何把运动区域和静止或缓变区域分割开来 对于静止区域如何压缩编码 对于运动区域如何压缩编码 第五章序列图像编码及运动估计 运动估计 定义 基本原理运动估计通常以宏块为单位进行 以运动矢量描述运动补偿 定义 基本原理根据求出的运动矢量 找到当前帧的像素 或像素块 是从前一帧的哪个位置移动过来的 从而得到当前帧像素 或像素块 的预测值 第五章序列图像编码及运动估计 运动补偿帧间预测编码 定义 对于运动的物体 如果能估计出物体在相邻帧内的相对位移 那么用上一帧中物体的对应区域对当前帧物体进行预测 编码传输预测误差部分 就可压缩这部分区域的码率 这种考虑了运动物体对应区域的位移或运动的预测方式称为运动补偿帧间预测编码 第五章序列图像编码及运动估计 块匹配算法 二维对数 三步搜索 四步搜索 交叉 菱形搜索等 基于块的混合视频编码 定义 原理 框图 帧内编码 帧间编码 第六章图像编码标准 视频压缩编码标准的制定工作主要由ISO和ITU完成 ITU 国际电信联盟 制定 针对实时视频通信应用 如视频会议和可视电话等H 26x系列标准 如H 261 H 262 H 263 H 264ISO 国际标准化组织 和IEC 国际电工委员会 制定 针对视频数据的存储 DVD等 广播电视和视频流的网络传输等MPEG系列标准 如MPEG1 MPEG2 MPEG4 MPEG7 第六章图像编码标准 MPEG1 MPEG2 MPEG4定义 特点 应用H 261 p 64Kbit s视听业务的视频编 解码器 应用 编码方案 视频数据比特流格式 H 261只有I帧和P帧MPEG1有I 帧内 B 双向预测 P 前向预测 I B P编码压缩算法 编码顺序和显示顺序 第六章图像编码标准 MPEG 4 第二代视频编码技术 基于对象的视频编码标准 标准构成 基于VO的纹理 运动 形状编码 第六章图像编码标准 H 264标准采样格式4 2 0 编码原理H 264帧内预测编码分类 对于亮度块 可选择4 4和16 16两种尺寸 4 4亮度块有9种可选的帧内预测模式 16 16亮度块有4种可选的帧内预测模式 对于色度块 选择8 8尺寸 8 8色度块有4种可选的帧内预测模式 第六章图像编码标准 H 264帧间预测编码 可变尺寸块运动补偿 对于亮度分量的1 4像素精度的运动估计 多参考帧运动补偿 问题 如何获得半像素处和四分之一位置处的预测值呢 什么是亚像素 思想 1 2像素处值通过对水平和垂直方向的相邻整像素使用一个权系数为 1 5 20 20 5 1 的6阶FIR滤波器滤波得到 四分之一像素处值通过计算相邻样值均值得到 第六章图像编码标准 经过H 264的4