东南大学《图像处理》.ppt

7图像压缩 为什么要压缩 为什么能压缩 常用的压缩方法 JPEG MPEG格式 数据编码 信源编码提高数据表达效率 压缩 信道编码提高数据存贮 传输可靠性 一些信号的原始数据量 数据压缩的依据 存在数据冗余 时间冗余 时间轴上的相关性空间冗余 像素间的相关性信息熵冗余 数据表示的效率知识冗余 先验知识的利用心理视觉冗余 合理的分辨率 codingredundancy Redundancy R 1 L mApproaches StandardHuffman ShiftedHuffman ArithmeticCoding Noredundancy 8bit Interpixelredundancy SpatialredundancyApproaches RunLengthcoding intraframepredicativecoding LZWcoding Interpixelredundancy Spatial timeredundancyApproaches interframepredicativecoding motionprediction Psychovisualredundancy Original25 quality15 quality45 339b3 905b3 197bRemoveLessimportantinformationApproaches quantization lossy DCT Compressionsystemmodel Twoparts Encoder DecoderSourceencoder removeredundancyChannelencoder reducenoise Sourceencoderanddecoder Mapper transforminputdatatoaspecialformatforreducinginterpixelredundancy 数据编码分类 无损压缩 lossless 变长编码 Huffman 行程编码 算术编码 医学或商用数据的压缩 有损数据压缩 lossy 预测编码变换编码 Cosine Wavelet 视频数据的压缩 Run LengthEncoding 1D Originaldata 05 05 05 05 11 11 1A 1A 1A 1A 20 22 22 22 22 Encoding 05 04 11 02 1A 04 20 01 22 04 Application besuitableforuniformgrayimages FAXcoding Run LengthEncoding 2D 05 02 05 01 10 01 21 04 05 01 10 01 10 04 21 02 31 02 10 02 10 02 15 01 31 02 31 01 15 01 31 01 Rules basicunit maximalsquare left right top bottom LZWcoding 根据数据本身包含有重复的字符串 不一定要求空间上相邻 每接收一个字符系列 判断以前是否出现过 然后用出现过的字符串代替该重复的部分 输出对应的 指针 位置 例如 aabbccddee 的指针是0100 以后每次出现该字符串 就用0100代替 LZWNotes Dictionaryisnotnullatfirst singlesymbolBuildingdecompressiondictionaryisneededApplication GIF graphicinterchangeformat TIFF taggedimagefileformat PDF portabledocumentformat Huffmancoding 灰度01234567概率0 050 050 100 150 250 200 150 05 0 10 0 15 0 25 0 30 0 45 0 55 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 编码 01100 01101 100 101 00 11 010 0111 编码 从根节点开始到叶子节点 StandardHuffmancoding Averagebits 2 2Entropy 2 14efficiency 0 973 StandardHuffmandisadvantages Evenif1biterror aseriesoferrors nosolutions exampleinnextpage Whendecoding failtoabstractcontentsfromrandomlypositionComputation k 2sourcerankingTosymbolwithlessprobability codelengthistoolong max k 1bits shiftedHuffman ErrordecodingexampleofHuffman Code 011 1 01010 0100 01011 00 Gray a1a2a3a4a5a6 a3 a1 a2 a2 a6 010100111100 Encoding Gray Code Decoding Code Gray 010100111100 0101000111100 010100101100 a3 a6 a2 a2 a2 a2 a6 a3 a5 a6 Add0 errordecoding 011 010 ShiftedHuffmanencoding1 Truncate 90 main standardHuffmanDivideblocks assignaprefixtoeachblockShift prefix standardHuffmancode ShiftedHuffmanencoding2 主区间 120150 编码为 c120 c150119 sum 0 119 低界码c119151 sum 151 255 高阶码c151c119和c151分别作为正 负区间码 ShiftedHuffmanencoding3 0区间 120150 120 1501区间 151181 c151 0区间中对应位置的编码 如170 139 编码为 c151c1392区间 182212 区间码为 c151c151 1区间 89119 区间码为 c119 算术编码 ArithmeticEncoding 将信息量的增加映射为实数精度的提高编码过程将 0 1 区间不断细分 符号序列 C A D A C D B 0 1 Lossycompression Lossless 8 1lossy 100 1 200 1 quantization10 1to100 1sameinhumaneyesJPEG MPEG H 263 Lossypredictivecoding Transformbasedcoding Lossypredictivecoding DPCM differentialpulsecodemodulation Difference Predictor Deltamodulation DM Simplestpredictor m 1Quantier 1bit pixel Problems Slopeoverload whengrayvalueschangerapidlydistortion edgeblurredGranularnoise whengrayvalueschangesmall spotnoise Problemsofdeltamodulation Optimalpredictor Minimizing Optimalpredictor Globalpredicator Fixedpredictivecoefficients Comparisonoffourpredicators m 1 2 3 1 阶数增加 误差减小 Transformbasedcoding Principle Magnitudenear0inhigherfrequency Datacompression removingthosedatanear0 samevisualresult正交变换DFT DCT Wavelet Transformbasedcodingmodel 能量最高的系数被最细量化 而能量较低的系数就被粗量化或被简单地舍去 优点 变换系数的编码误差只影响该系数所在的块 不会扩散到其他的子块 故变换编码的抗干扰能力优于预测编码 subimagesize Size largerthan8 8 saturation ImageCompressionStandards JointPhotographicsExpertsGroup JPEG reordering JPEGCoder DC F 0 0 DPCMAC RLC HuffmanDCTcoefficients Zig Zigreordering originalimage size 66616bytes JPEGcompressed size 8181bytes qualityfactor 0 6 originalimage size 66616bytes JPEGcompressed size 2742bytes qualityfactor 0 1 视频编码技术 国际电联 ITU T 标准有 H 261 H 262 H 263 H 263 国际标准化组织 ISO 标准有MPEG 1 MPEG 2 MPEG 4 MPEG 7由两个组织联合组建的联合视频组 JVT 共同制定的新数字视频编码标准 H 264 MPEG 4part10 100 1 四种图像 I 图像帧内图 每个图像群组由此类型的图像开始 编码时独立编码 JPEG 解码时不参考其他帧 P 图像预测图 用前面的I图或P图像进行预测编码得到 并可以作为下一个预测 B图像或P图像 的参照图像 B 图像插补图 双向预测图 预测时 需要用先前及后续的若干个图像作参考 并作运动补偿和运动估计 D 图像 用于快速进带 仅由DC直流分量构造的图像 可在低比特率的时候做浏览用 MPEG 视频流的组成 允许编码端自行选择I图像的使用频率和在视频流中的位置 允许编码端自行选择任意两帧参考图像 I 图或P 图 之间的B图像数 编码端的视频流记录格式可以和图像显示顺序不同 显示的顺序 IBBPBBPBBPBBPBBI 12345678910111213141516 视频流顺序 IPBBPBBPBBPBBIBB 14237561089131112161415 MPEG I 图像 编码 图像数据压缩采用类似JPEG的算法 P 图像 的编码 差分方法 运动矢量估计 差分预测编码 假设 宏块MPI是宏块MRJ的最佳匹配块 运动矢量估计 最佳匹配 MSE MAD B 图像 的压缩编码 计算方法与预测图像P的算法类似 可伸缩性分层编码 scalablelayeredcoding 原始视频流被压缩至多个压缩层码流 substreams 基本层码流 basesubstream 可以被独立解码 提供基本的视频质量保证 增强层码流 需要和基本层一起解码 提供增强的细节上的视频质量 可伸缩性分层编码 时域 通过增加或者减少非关键帧 B帧 的方法来调整帧率从而达到调整码率的目的 空域 多分辨率 原始视频通过下采样得到低分辨率基本层码流 原始视频 基本层视频 增强层码流 质量 不同的量化方法 传统分层编码的不足 由于它的编码是以层为最小单位的 所以接收端解码的时候也必须以层为最小单位 即要么解码整个层的数据 要么丢弃整个层 增强层解码需要在基本层的基础上进行 一旦基本层接收失败 则整个解码过程将失败 各个压缩层的码率在编码完成时就固定了 并且一般比特率相差较大 因此 只能实现离散的有限的码率调整 无法保证在带宽波动范围内始