第四讲图像压缩编码

1、图图像压缩编码压缩编码第四讲第四讲 图像压缩编码图像压缩编码4.1 4.1 概述概述4.2 4.2 熵编码原理熵编码原理4.3 4.3 预测编码原理预测编码原理4.4 4.4 变换编码原理变换编码原理4.5 4.5 二值编码二值编码4.6 4.6 国际编码标准国际编码标准图图像压缩编码压缩编码4.14.1 概述概述4.1.1 4.1.1 图像压缩的必要性图像压缩的必要性 计算机图像处理中的数字图像其灰度多数用计算机图像处理中的数字图像其灰度多数用8bit来度量，一幅最简单的黑白照片来度量，一幅最简单的黑白照片, ,若按若按512512点阵点阵采样采样, ,量化比特数为量化比特数为8bit,8b

2、it,则这则这幅图像的二进制数据量幅图像的二进制数据量5125128=2048Kbit= 2Mbit=256KB 而医学图像处理和其他科研应用的图像的灰度量而医学图像处理和其他科研应用的图像的灰度量化可用到化可用到12bit以上，因而所需数据量太大。以上，因而所需数据量太大。10241024 12 =12Mbit图图像压缩编码压缩编码 图像数据在传输和存储的过程中占用的信号空图像数据在传输和存储的过程中占用的信号空间包括：间包括： 物理空间物理空间：存储器、磁盘等数据存储介质；：存储器、磁盘等数据存储介质； 时间空间时间空间：传输信息所需要的时间；：传输信息所需要的时间； 电磁频谱空间电磁频谱

3、空间：传输信息所需要的带宽。：传输信息所需要的带宽。 为了减少信号占用的各种信号空间，必须压缩为了减少信号占用的各种信号空间，必须压缩图像数据。图像数据。图图像压缩编码压缩编码4.1.2 4.1.2 图像压缩的可能性图像压缩的可能性一、图像信号中存在大量的冗余可供压缩一、图像信号中存在大量的冗余可供压缩 1 1、结构上存在大量的冗余、结构上存在大量的冗余 图像信号的相邻像素间、相邻行间、相邻帧图像信号的相邻像素间、相邻行间、相邻帧间存在很强的相关性，可以信息压缩。相邻像素间存在很强的相关性，可以信息压缩。相邻像素间、相邻行间的冗余称为间、相邻行间的冗余称为空间冗余空间冗余；相邻帧间的；相邻帧间

4、的冗余称为冗余称为时间冗余时间冗余。图图像压缩编码压缩编码 2 2、统计上存在大量冗余、统计上存在大量冗余 被编码信号的概率分布不均匀，对出现概率高被编码信号的概率分布不均匀，对出现概率高的信号采用短码编码，对出现概率低的信号采用长的信号采用短码编码，对出现概率低的信号采用长码编码，从而节省码字。码编码，从而节省码字。 统计上的这种特性称为统计上的这种特性称为统计冗余统计冗余。二、利用人眼的视觉特性二、利用人眼的视觉特性 通过视觉的生理学、心理学特性分析可知，允通过视觉的生理学、心理学特性分析可知，允许经过压缩编码的复原图像在客观上有一定的失真，许经过压缩编码的复原图像在客观上有一定的失真，只

5、要失真在主观上是难以察觉的。只要失真在主观上是难以察觉的。图图像压缩编码压缩编码4.1.3 4.1.3 图像图像压缩基本模型压缩基本模型 图像压缩基本模型图像压缩基本模型图图像压缩编码压缩编码信源编码器信源编码器信源编码器：减少或消除输入图像中信源编码器：减少或消除输入图像中的结构冗余、的结构冗余、统计冗余统计冗余及心理视觉及心理视觉冗余。冗余。转换器转换器：减少结构冗余；减少结构冗余；量化器量化器：减少心理视觉冗余，该步操作是不可逆：减少心理视觉冗余，该步操作是不可逆的；的；符号编码符号编码器：器：减少统计冗余；减少统计冗余；注：注：并不是并不是每个图像压缩系统都必须包含这每个图像压缩系统都

6、必须包含这3 3种种操作。操作。图图像压缩编码压缩编码4.1.4 4.1.4 图像压缩的分类图像压缩的分类 图像编码的方法有很多，但从技术的角度来图像编码的方法有很多，但从技术的角度来看，可以分为三大类：看，可以分为三大类：1 1、无失真编码（无损编码、可逆编码）无失真编码（无损编码、可逆编码） 该方法是一种经编、解码后图像不会产生失该方法是一种经编、解码后图像不会产生失真的编码方法，可重建图像，但压缩比不大。主真的编码方法，可重建图像，但压缩比不大。主要应用于图像的数字存储方面。要应用于图像的数字存储方面。 图图像压缩编码压缩编码2 2、有失真编码（有损编码、不可逆编码）有失真编码（有损编码

7、、不可逆编码） 解码时无法完全恢复原始图像，解码图像与编解码时无法完全恢复原始图像，解码图像与编码时的图像有一定的失真，但是该失真人眼是感觉码时的图像有一定的失真，但是该失真人眼是感觉不出来的，该方法压缩比大。主要应用于数字电视不出来的，该方法压缩比大。主要应用于数字电视技术和多媒体图像通信中。技术和多媒体图像通信中。3 3、特征抽取编码特征抽取编码 在图像识别和分析、理解等技术中，往往并不在图像识别和分析、理解等技术中，往往并不需要全部的图像信息，只对需要的特征信息编码。需要全部的图像信息，只对需要的特征信息编码。图图像压缩编码压缩编码 传统的压缩编码方法有脉码调制、量化算法、传统的压缩编码

8、方法有脉码调制、量化算法、空间和时间亚取样编码、熵编码、预测编码、变换空间和时间亚取样编码、熵编码、预测编码、变换编码、矢量量化和子带编码等；编码、矢量量化和子带编码等； 新型编码技术包括第二代图像编码方法、分形新型编码技术包括第二代图像编码方法、分形编码、基于模型编码和小波编码等。编码、基于模型编码和小波编码等。 本章重点介绍传统编码本章重点介绍传统编码中中： 熵编码：从空间域去除统计冗余：熵编码：从空间域去除统计冗余： 预测编码：从空间域去除结构（时、空）冗余预测编码：从空间域去除结构（时、空）冗余 变换编码：从频域去除冗余变换编码：从频域去除冗余图图像压缩编码压缩编码4.24.2 熵编码

9、熵编码4.2.1 4.2.1 基本概念基本概念一、图像熵一、图像熵 设数字图像像素灰度级集合为设数字图像像素灰度级集合为（W1，W2，WM），），其对应的概率分别其对应的概率分别（P1，P2，PM），），按信息论中信源信息熵定义，按信息论中信源信息熵定义，数字图像的熵数字图像的熵H为：为：)(log21bitPPHkMkk图图像压缩编码压缩编码二、平均码字长度二、平均码字长度 给给(W1，W2，WM)每个灰度级赋予一个编每个灰度级赋予一个编码码Ck，其中，其中k=1,2,=1,2, ,M ( (二进制二进制) )，称为码字。，称为码字。 设设Nk为数字图像第为数字图像第k个码字个码字Ck的长度

10、（二进制的长度（二进制代码的位数）代码的位数）, ,其相应出现的概率为其相应出现的概率为Pk，则数字图像，则数字图像所赋予的所赋予的码字平均长度码字平均长度R为：为：)(1bitPNRkMkk图图像压缩编码压缩编码三、编码效率三、编码效率(%)RH式中式中H为信源熵，为信源熵，R为平均码字长度为平均码字长度根据信息论信源编码理论，可以证明：根据信息论信源编码理论，可以证明：信信息息丢丢失失，图图像像失失真真最最佳佳编编码码数数多多编编码码效效率率低低，占占用用比比特特方方法法码码总总可可以以设设计计出出不不失失真真编编HRHRHRHR图图像压缩编码压缩编码 在变长编码中，对出现在变长编码中，对

11、出现概率大概率大的信息符号赋的信息符号赋予予短码字短码字，而对于出现，而对于出现概率小概率小的信息符号赋予的信息符号赋予长长码字码字，如果码字长度严格按照所对应符号出现概，如果码字长度严格按照所对应符号出现概率大小逆序排列，则编码结果平均码字长度一定率大小逆序排列，则编码结果平均码字长度一定小于任何其他排列方式。小于任何其他排列方式。四、变长最佳编码定理四、变长最佳编码定理定理证明如下：定理证明如下：图图像压缩编码压缩编码设：图像灰度级为设：图像灰度级为 各灰度级出现概率分别为各灰度级出现概率分别为 编码所赋予的码字长度分别为编码所赋予的码字长度分别为;,21NiWWWW;,21NiPPPP。

12、Nitttt,21则编码后图像平均码字长度则编码后图像平均码字长度R应为应为NiiitPR1 令第令第m和和n个灰度级出现的概率分别为个灰度级出现的概率分别为且且 。nmPP 和nmPP 图图像压缩编码压缩编码与这两个灰度级对应的码字长度分别为与这两个灰度级对应的码字长度分别为 。nmtt 和如果不按定理规则赋予这两个码字长度，即令如果不按定理规则赋予这两个码字长度，即令nmtt )()()()(:nmnmmnnnmmmnnmnnmmttPPttPttPtPtPtPtP则则nmnmttPP,由前面假设条件，由前面假设条件，0)(nmnmttPPmnnmnnmmtPtPtPtP即即证明了该定理证

13、明了该定理图图像压缩编码压缩编码4.2.2 4.2.2 霍夫曼霍夫曼（huffman）编码编码 霍夫曼编码是根据霍夫曼编码是根据可变长最佳编码定理可变长最佳编码定理应用应用霍霍夫曼算法夫曼算法而产生的一种编码方法。其具有最优变长而产生的一种编码方法。其具有最优变长编码性质，编码性质，平均码长最短平均码长最短，接近熵值，是一种，接近熵值，是一种无失无失真编码真编码。mmpppxxxXmX2121个灰度级有设图像图图像压缩编码压缩编码 霍夫曼编码的步骤为：霍夫曼编码的步骤为： 1 1、将图像将图像X中中的灰度级按照的灰度级按照概率从大到小顺序概率从大到小顺序排列排列（概率（概率相同的可任意颠倒排列

14、位置）；相同的可任意颠倒排列位置）；排序排序 2 2、把最后两个出现概率最小、把最后两个出现概率最小的灰度级合并的灰度级合并为一为一个，个，从而从而使图像的灰度级数使图像的灰度级数减少；减少；合并合并 3 3、重复以上两个步骤，、重复以上两个步骤，直到图像最后直到图像最后只有两只有两个个灰度级为止灰度级为止；图图像压缩编码压缩编码 4 4、将被合并、将被合并的灰度级分别的灰度级分别赋予赋予1 1和和0 0，并对最，并对最后的两后的两个灰度级也个灰度级也相应的赋予相应的赋予1 1和和0 0。赋值赋值 5 5、从根部开始读取编码结果。、从根部开始读取编码结果。读取结果读取结果例例1 1：求图像求图

15、像x（包含（包含6个灰度级）个灰度级）的的霍夫曼编码霍夫曼编码05. 010. 015. 020. 025. 025. 0654321xxxxxxX图图像压缩编码压缩编码解：码树及编码结果如图解：码树及编码结果如图4 41 1所示：所示：图图4 41 1 码树及编码结果码树及编码结果图图像压缩编码压缩编码 422261.PlogPXHiii45. 205. 0410. 0415. 0320. 0225. 0225. 0261kkkPNR计算图像的计算图像的熵，平均码长，效率分别为：熵，平均码长，效率分别为：%9898. 045. 242. 2RH图图像压缩编码压缩编码例例2 2：求求下面下面图

16、像的图像的霍夫曼编码霍夫曼编码0400500600701001001804087654321.xxxxxxxxX学生自己算学生自己算1110011101101010111111100110087654321xxxxxxxxX结结果果为为：图图像压缩编码压缩编码编码效率计算：编码效率计算：%7 .9761. 255. 2RH 55. 2log2811iiPPXH61. 281kkkPNR图图像压缩编码压缩编码4.2.3 4.2.3 仙农仙农（Shannon） 仙农编码也是一种常见的变长编码，利用该编仙农编码也是一种常见的变长编码，利用该编码有时效率可达到码有时效率可达到100。 仙农编码的步骤如

17、下：仙农编码的步骤如下： 1 1、统计出各个灰度出现的概率；、统计出各个灰度出现的概率； 2 2、从上到下把上述概率按从大到小的顺序排列；、从上到下把上述概率按从大到小的顺序排列； 3 3、从序列中的某个位置将序列分成两个子序列、从序列中的某个位置将序列分成两个子序列图图像压缩编码压缩编码并尽量使两个子序列概率和近似相等。给前面的一并尽量使两个子序列概率和近似相等。给前面的一个子序列赋值为个子序列赋值为0 0，后面的一个子序列赋值为，后面的一个子序列赋值为1 1； 4 4、重复步骤、重复步骤3 3直到各个子序列不能再分；直到各个子序列不能再分； 5 5、分配码字，将每个元素所属子序列的值串起、

18、分配码字，将每个元素所属子序列的值串起来，就可以得到来，就可以得到各个灰度级的各个灰度级的仙农编码。仙农编码。 例例3 3：一幅图像的灰度级别及概率如下图：一幅图像的灰度级别及概率如下图4 42 2所所示，求其仙农编码结果及编码效率。示，求其仙农编码结果及编码效率。图图像压缩编码压缩编码图图4 42 2 仙农编码过程仙农编码过程图图像压缩编码压缩编码编码效率计算：编码效率计算：%100751. 275. 2RH75. 2log2811iiPPH75. 281kkkPNR 如果各级灰度出现的概率正好为如果各级灰度出现的概率正好为1/21/2n n(n=1,2,(n=1,2,),n),n为编码长度

19、，则采用仙农编码时为编码长度，则采用仙农编码时效率可达到效率可达到100100。图图像压缩编码压缩编码4.34.3 预测编码原理预测编码原理4.3.1 4.3.1 DPCM原理原理 预测编码亦称为差分脉冲编码调制预测编码亦称为差分脉冲编码调制(DPCM：Differential Pulse Code Modulation) ，方法简单，方法简单，硬件容易实现。硬件容易实现。 DPCM是是基于图像中相邻像素、相邻行之间具基于图像中相邻像素、相邻行之间具有较强的相关性。有较强的相关性。图图像压缩编码压缩编码预测编码的基本预测编码的基本思想：思想： 1、通过、通过仅提取每个像素中的新信息并对它们编仅

20、提取每个像素中的新信息并对它们编码来消除像素间的码来消除像素间的冗余；冗余； 2、像素、像素的新信息定义为该像素的当前值与的新信息定义为该像素的当前值与预测预测值的值的差；差； 3、正是、正是由于像素间有相关性，所以才使由于像素间有相关性，所以才使预测编预测编码成为可能。码成为可能。图图像压缩编码压缩编码 DPCM系统基本原理框图如图系统基本原理框图如图43所示：所示：图图像压缩编码压缩编码为为量量化化后后的的差差值值为为预预测测差差值值，性性组组合合产产生生的的。性性强强的的若若干干个个数数据据的的线线或或时时间间上上相相关关该该值值是是由由与与它它在在空空间间上上为为预预测测系系数数）为为

21、预预测测器器的的阶阶数数，（是是预预测测值值是是待待传传送送的的数数据据，111,NNNNiNNiiNNeXXeNXXX图图像压缩编码压缩编码 原理：在发送端需传送的数据是原理：在发送端需传送的数据是XN, ,但实际传但实际传送的是预测差值送的是预测差值eN（去除了像素间的相关性），在（去除了像素间的相关性），在接收端将此误差和预测值相加，重建原始图像像素接收端将此误差和预测值相加，重建原始图像像素信号。信号。1141141121y,xfy,xfy, xfy, xf 例如电视图像的压缩编码用到例如电视图像的压缩编码用到DPCM，对于隔，对于隔行扫描通常有：行扫描通常有：图图像压缩编码压缩编码差

22、差即量化器产生的量化误即量化器产生的量化误为：为：输出端与输入端的差别输出端与输入端的差别系统接收端：系统接收端：NNNNNNNNNNNNqeeXeXeXXXeXDPCM DPCM编码中量化和传送的是误差信号，可用编码中量化和传送的是误差信号，可用较少的单位像素比特率进行编码，从而使图像数据较少的单位像素比特率进行编码，从而使图像数据得以压缩。得以压缩。图图像压缩编码压缩编码 1 1、qN=0=0时可以完全不失真地恢复输入信号，时可以完全不失真地恢复输入信号，实现信息保持编码。实现信息保持编码。 2 2、qN不等于不等于0 0时输入信号和复原信号输出之间时输入信号和复原信号输出之间就一定存在误

23、差，从而产生图像质量的某种降质，就一定存在误差，从而产生图像质量的某种降质，系统实现的是保真度编码。系统实现的是保真度编码。 DPCM系统需要设计的组成部分主要有两个：系统需要设计的组成部分主要有两个：一个量化器；一个预测器。一个量化器；一个预测器。图图像压缩编码压缩编码4.44.4 变换编码原理变换编码原理4.4.1 4.4.1 概述概述 变换编码是实现图像数据压缩的另一主要手段。变换编码是实现图像数据压缩的另一主要手段。 变换编码的变换编码的基本思想基本思想：将空间：将空间域描述的域描述的图像信号图像信号变换到变换域进行描写。变换到变换域进行描写。 空间域的空间域的88个像素组成的个像素组

24、成的像块像块进行正交变换，进行正交变换，得到变换域的得到变换域的88个个系数组成的系数组成的系数块系数块。图图像压缩编码压缩编码 1 1、正交变换正交变换：空间域像块中像素间存在很强的空间域像块中像素间存在很强的相关性，能量分布比较均匀；正交变换后变换域系相关性，能量分布比较均匀；正交变换后变换域系数间近似是统计独立的，相关性基本解除，并且能数间近似是统计独立的，相关性基本解除，并且能量主要分布在直流和少数低频系数上。量主要分布在直流和少数低频系数上。 变换编码是冗余压缩的过程，主要通过三个步变换编码是冗余压缩的过程，主要通过三个步骤来实现：骤来实现： 2 2、非均匀量化非均匀量化：编码的时候

25、，对高低频成分分：编码的时候，对高低频成分分别用不同的粗细量化等级，甚至于对很高的频率成别用不同的粗细量化等级，甚至于对很高的频率成分舍去不传，从而使码率明显减少。分舍去不传，从而使码率明显减少。 3 3、Z形扫描和游程编码：形扫描和游程编码：减少码字长度减少码字长度图图像压缩编码压缩编码 影响变换编码误差和计算复杂性的因素为：影响变换编码误差和计算复杂性的因素为：1 1、图像的尺寸、图像的尺寸 一般采用一般采用88和和66的像块。的像块。2 2、比特分配比特分配 对不同的频率分量采用不同的量化比特数对不同的频率分量采用不同的量化比特数。 高频成分：采用少的量化比特数；高频成分：采用少的量化比

26、特数； 低频成分：采用多的量化比特数。低频成分：采用多的量化比特数。图图像压缩编码压缩编码3 3、正交变换的选择、正交变换的选择 可以采用前面第三章介绍的各种正交变换。可以采用前面第三章介绍的各种正交变换。比较：比较： DCT的信息压缩能力比的信息压缩能力比DFT和和WHT的能力的能力要强；要强； WHT是最容易实现是最容易实现的；的； DCT在信息压缩能力和计算复杂性之间提供了很好在信息压缩能力和计算复杂性之间提供了很好的平衡的平衡，因此，许多变换，因此，许多变换编码均以编码均以DCT变换为变换为基础；基础； DCT变换具有使用单一的集成电路就变换具有使用单一的集成电路就可以可以实现，可实现

27、，可以将最多的信息包装在最少的系数以将最多的信息包装在最少的系数之中。之中。图图像压缩编码压缩编码4.4.2 4.4.2 基于基于DCT的变换编码的变换编码基于基于DCT变换变换编码的基本结构如图编码的基本结构如图44所示：所示： 图图44 变换编码基本结构图变换编码基本结构图图图像压缩编码压缩编码1、方块化和、方块化和DCT MPEG2标准中通常采用二维离散余弦变换标准中通常采用二维离散余弦变换DCT，图像尺寸为，图像尺寸为88。 设由设由88像素组成的像块用矩阵像素组成的像块用矩阵X表示，其表示，其DCT变换后的变换后的88系数块用矩阵系数块用矩阵Y表示，则表示，则DCT和和IDCT的公式

28、如下：的公式如下：YCCXCXCYTT图图像压缩编码压缩编码70 , 711612cos2170 , 081jijijiCij 88的的DCT变换矩阵变换矩阵C的第的第i行，第行，第j列元素按列元素按下式定义：下式定义： 变换后的系数矩阵变换后的系数矩阵Y中，中，y00对应空间的直流分对应空间的直流分量，称为量，称为DC系数，其余系数，其余63个为交流分量，称为个为交流分量，称为AC系数。系数。Y的左上角变换系数对应空间低频分量，右下的左上角变换系数对应空间低频分量，右下角对应高频分量。角对应高频分量。 图图像压缩编码压缩编码3 3、游程编码游程编码 游程编码的思想游程编码的思想：用：用适当的

29、扫描方式适当的扫描方式，将已量，将已量化的化的DCT系数矩阵变为一维序列，使序列中连零的系数矩阵变为一维序列，使序列中连零的数目尽量多，对数目尽量多，对游程的长度进行编码游程的长度进行编码以代替逐个传以代替逐个传送这些零值，从而实现数据压缩。送这些零值，从而实现数据压缩。2、非均匀量化：、非均匀量化： 对低频成分对低频成分采用多的采用多的量化层次，对高频成分量化层次，对高频成分采采用少的用少的量化层次，在量化后量化层次，在量化后DCT系数矩阵变得稀疏，系数矩阵变得稀疏，大部分位于右下角的高频分量系数被量化为大部分位于右下角的高频分量系数被量化为0。图图像压缩编码压缩编码 在在MPEG-2中最为

30、常用的是中最为常用的是Z形形扫描方式。扫描方式。 编码方法编码方法：将一维序列转化为一个由二元数组：将一维序列转化为一个由二元数组(run,level)组成的数组序列。组成的数组序列。Run表示连零的长度，表示连零的长度，level表示这串连零之后出现的一个非零值。当剩下表示这串连零之后出现的一个非零值。当剩下的所有系数都是零时，用一个符号的所有系数都是零时，用一个符号EOB(End of Block)来表示。来表示。 例：例：DCT变换后的系数矩阵如下表，求变换后的系数矩阵如下表，求Z形扫形扫描游程编码，设量化因子为描游程编码，设量化因子为16。 图图像压缩编码压缩编码1125-32-886

31、3010-18-203551100-155401713000180000000000000000000000000000000000000070 -2-500000-1-1200000-921000000000000000000000000000000000000000000000 DCT后的系数矩阵后的系数矩阵 均匀量化的结果均匀量化的结果图图像压缩编码压缩编码游程编码结果为：游程编码结果为：0，70，0，-2，0，-1，0，- 9，0，-1，0，-5，1，2，0，2，3，1，EOB 码字变短了很多码字变短了很多Z形扫描的结果为：形扫描的结果为：70，-2，-1，- 9，-1，-5，0，2，

32、2，0，0，0，1，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0。图图像压缩编码压缩编码变换编码图例：变换编码图例：图图像压缩编码压缩编码4.54.5 二值图像编码二值图像编码 二值图像：二值图像：只有两个灰度级只有两个灰度级0和和1的图像，即的图像，即图像内容图像内容“非白即黑非白即黑”。 二值图像的典型应用有：文字档案、气象趋二值图像的典型应用有：文字档案、气象趋势图、工程蓝图、逻辑线路图、指纹图等。势图、工程蓝图、逻辑线路图、指纹图

33、等。 图图像压缩编码压缩编码4.5.1 4.5.1 直接编码直接编码 直接编码直接编码：每一个像素只用一位二进制码：每一个像素只用一位二进制码0或或1来表示。一幅二值图像的像素数也是比特数。来表示。一幅二值图像的像素数也是比特数。 分辨率分辨率：图像单位长度的像素数。：图像单位长度的像素数。 CCITT（国际电话电报咨询委员会）建议在传（国际电话电报咨询委员会）建议在传真中采用两种分辨率：真中采用两种分辨率： 1728像素像素/行，行，8像素像素/mm，3.85行行/mm； l728像素像素/行，行，8像素像素/mm，7.7行行/mm。图图像压缩编码压缩编码 压缩倍数：压缩是和直接编码相比较而

34、言的。压缩倍数：压缩是和直接编码相比较而言的。 定义式为：定义式为：压缩编码总比特数压缩编码总比特数直接编码总比特数直接编码总比特数C C取决于图像内容、分辨率、编码方法，取决于图像内容、分辨率、编码方法，C越大越大越好。越好。 二值图像编码压缩一般采用熵编码。二值图像编码压缩一般采用熵编码。图图像压缩编码压缩编码4.5.2 4.5.2 跳过白色块编码跳过白色块编码 （White Block Skipping,WBS） WBS编码编码: : 跳过白色区域，对黑色像素编码。这样表示这跳过白色区域，对黑色像素编码。这样表示这些图像的比特数将减少，每个像素平均比特数也就些图像的比特数将减少，每个像素

35、平均比特数也就可以减少。可以减少。图图像压缩编码压缩编码 将图像的每条扫描线分成若干等长的段，每将图像的每条扫描线分成若干等长的段，每段有段有N个像素。这些扫描线段有三种形式：全是个像素。这些扫描线段有三种形式：全是0像素；全是像素；全是1像素；由像素；由0和和1像素混合组成。像素混合组成。 对全部是对全部是0像素的像素的空白段空白段用用1 1bit“0”表示；表示；对于其他像素段采用对于其他像素段采用N十十1 1个比特编码，即第一个个比特编码，即第一个比特人为地规定为比特人为地规定为1，其余，其余N比特采用直接编码。比特采用直接编码。一、一维一、一维WBS编码编码图图像压缩编码压缩编码例：假

36、定扫描线由例：假定扫描线由160个像素组成，令个像素组成，令N=10,=10,则有：则有： 线段号线段号 线段组成线段组成 编码编码 1 0000000000 01 0000000000 0 2 0111010011 2 0111010011 1 101110100110111010011 3 1111111111 3 1111111111 1 111111111111111111111 16 1000000000 16 1000000000 1 110000000001000000000 在在WBS中，空白块总是占有一定的比例，所以中，空白块总是占有一定的比例，所以尽管对非空白块编码时比直接

37、编码多了一个尽管对非空白块编码时比直接编码多了一个1 1，但，但总的编码效果还是优于直接编码的。总的编码效果还是优于直接编码的。图图像压缩编码压缩编码11111NNNpNNppR 空白块编码的平均码字长度为：空白块编码的平均码字长度为： 压缩比为：压缩比为：111NpNRNPPN为空白块出现的概率，为空白块出现的概率，N的取值一般为的取值一般为812。 图图像压缩编码压缩编码二、二维二、二维WBS编码编码 一维一维WBS编码可以方便地推广到二维。编码可以方便地推广到二维。 一维的一维的像素段像素段二维中二维中像素块像素块 假设像素块尺寸为假设像素块尺寸为MN，全部为白色的像素，全部为白色的像素

38、块用块用“0”表示，非全白像素块用表示，非全白像素块用(MN+1)个比特个比特码表示。其中第一个比特为码表示。其中第一个比特为“1 1”。其余。其余MN个个比特采用直接编码。比特采用直接编码。图图像压缩编码压缩编码0000000000000010010000000100101001000000000000000 01 1001001 000 0001 1010010 100 1000 0 WBS图图像压缩编码压缩编码三、自适应三、自适应WBS编码编码 二值图像的自适应二值图像的自适应WBS编码：编码： 根据图像的局部结构或统计特性，改变其像根据图像的局部结构或统计特性，改变其像素块尺寸大小、则

39、素块尺寸大小、则WBS编码所用的比特数一定会编码所用的比特数一定会更少。更少。 自适应增加了设备的复杂性。实际选用时要自适应增加了设备的复杂性。实际选用时要根据应用要求和具体图像内容综合考虑其经济性根据应用要求和具体图像内容综合考虑其经济性和有效性。和有效性。图图像压缩编码压缩编码4.64.6 图像编码的国际标准图像编码的国际标准 国际标准化组织国际标准化组织 (ISO) (International Standardization Organization)国际电信联盟国际电信联盟 (ITU) (International Telecomm Unication) 国际电信联盟前身是国际电话电

40、报咨询委员会国际电信联盟前身是国际电话电报咨询委员会(CCITT) (Consultative Committee of the International Telephone and Telegraph)图图像压缩编码压缩编码 根据各标准所处理图象的类型不同，可将它们根据各标准所处理图象的类型不同，可将它们分成两大系列：分成两大系列： 1 1、用于压缩静止图像的标准、用于压缩静止图像的标准JPEG； 2 2、用于压缩运动图像的标准、用于压缩运动图像的标准MPEG和和H.26X。 图图像压缩编码压缩编码4.6.1 4.6.1 JPEG标准标准 (Joint Photo-Graphic Expert Group) 静止图像数据压缩标准，也可直译为联合图像静止图像数据压缩标准，也可直译为联合图像专家组，专家组，1986年开始制定。年开始制定。