数字图像处理第6章PPT课件

1、第1页/共119页第2页/共119页第3页/共119页 第4页/共119页12RnCn 12111RnnDCnR 1n2n1n2n1n1n2n第5页/共119页DRRC21nn 1RC 0DR 1n2n21nn,1,RDCR 21 nn0,RDCR 第6页/共119页1n2n2avgnLnnavgL ,0,1,.,1knPkLknkn第7页/共119页 10()()LavgkLl k P k ( )avgLl km avgLm avgLavgLavgLminavgLL 第8页/共119页 第9页/共119页例6.1 变长编码与自然编码的对比。灰度级灰度级k直方图直方图P(k)码字码字码字长码字

2、长自然编码自然编码变长编码变长编码自然编码自然编码变长编码变长编码00.19000003210.25001013220.21010103230.160111103340.0810011103450.06101111103560.031101111103670.021111111113670( )( )20.1920.2520.2130.1640.0850.0660.0360.022.7avgkLl k P k比特/像素 这个例子说明变长编码是用尽量少的比特数来表达尽可能多的灰度级以实现数据的压缩。第10页/共119页 信 源信源编码信道编码调 制信道传输解 调噪声、干扰信 宿信源解码信道解码输

3、入输出编码器解码器信号传输第11页/共119页),(nmf变换器量化器符号编码器信道信道符号解码器反变换器),(nmg)(a)(b第12页/共119页(,)(,)(,)e m ng m nfm n 第13页/共119页 1111112222110000,MNMNrmsMNMNmnmneem ng m nf m nrmsSNR 111111222200001111220000,MNMNmnmnrmsMNMNmnmnfm nfm nSNRem ng m nf m n (, )(, )(, )(, )(, )g m nf m nm nf m ne m n 第14页/共119页实际中使用时常将SNR归

4、一化并用分贝（dB）表示，即 ， 其中， 为图像平均值。 1120021100(, )10lg(, )(, )MNmnMNmnf m nfSNRg m nf m n f11001(, )MNmnff m nMN （3）峰值信噪比 如果令 那么峰值信噪比为：对于常见的256级灰度图像， 255。 maxmax(, );0,1,1;0,1,1ff m nmMnN 2m ax2110010 lg(,)(,)MNmnM NfPSNRg m nfm n maxf第15页/共119页（1）综合评价法第16页/共119页（2）成对比较打分法第17页/共119页第18页/共119页 1( )( )loglog

5、( )aaP xI xP x 2( )log( )I xP x 第19页/共119页 JaaaA,2112( )(), (), ()JP AP aP aP aia)(jiaj21()() lo g()JiiiHAPaPa 第20页/共119页ia()iP aavgL0,)(AHLavg)(AHLavg第21页/共119页 ( )avgH ALDR%100)1 (DRRCavgRLmCavgLmax()( )RmCH A第22页/共119页()iP aia()jP aja()()()ijkP aP aP a()()()ijkl al al a第23页/共119页ia()iP a()()()ijk

6、P aP aP a()iP a( )iP a第24页/共119页2a6a1a3a7a4a5a60.120.060.040.020.060.00.4 60.40.360.24符号概率12345原始信源信符缩减步骤0.40.6第25页/共119页原始信源原始信源按信符缩减逆向赋码字按信符缩减逆向赋码字符号符号概率概率码字码字12345a20.410.410.410.410.410.60a60.20000.20000.20000.24010.36000.41a10.160010.160010.16

7、0010.20000.2401a30.120100.120100.120100.16001a70.0601100.0601100.12011a40.04011100.060111a50.0201111第26页/共119页 1a2a2a1a3a3a4a4a5a5a6a6a7a7a第27页/共119页721( )()log()2.325iiiH AP aP a 71() ()3 0.161 0.43 0.125 0.045 0.023 0.240.062.380avgiiiLl a p a ( )2.3250.9772.380avgH AL第28页/共119页%3 . 2%100)1 (DR31.

8、262.380RavgmCL第29页/共119页ixiP121212;nnnxxxXPPPPPP12112kkxxxXPPP12212kknkknxxxXPPP第30页/共119页11knijij kPP 1X2X02. 004. 006. 012. 016. 02 . 04 . 05473162aaaaaaaA第31页/共119页02. 004. 006. 012. 016. 02 . 04 . 07654321xxxxxxxX记为图6.3.4 香农费诺码编码过程 1x2x3x4x5x6x7x码字码字符号符号概率概率 00.40 1000.2100 1010.161 1100.1210 11

9、100.0610 111100.0410111110.021第32页/共119页737. 13 . 0log2第33页/共119页 第34页/共119页( )0.2P a ( )0.3P b ( )0.4P c ( )0.1P d 表6.3.2 信源符号出现概率和初始编码区间分配表信源符号信源符号abcd 出现概率出现概率P0.1 初始区间初始区间 l , h ) 0 , 0.2 ) 0.2 , 0.5 ) 0.5 , 0.9 ) 0.9 , 1.0 )第35页/共119页 ( ),( ) )L i H i)(iL)(iHhiRiLiHliRiLiL) 1() 1()() 1

10、() 1()()5 . 0 , 2 . 0),hl)1 (),1 (HLhRLHlRLL)0()0() 1 ()0()0() 1 () 1 , 0)0(),0(HL101)0()0()0(LHR ),)5 . 0 , 2 . 0)1 (),1 (hlHL)9 . 0 , 5 . 0),hl3 . 02 . 05 . 0) 1 () 1 () 1 (LHR，第36页/共119页47. 09 . 03 . 02 . 0) 1 () 1 ()2(35. 05 . 03 . 02 . 0) 1 () 1 ()2(hRLHlRLL)47. 0 ,35. 0)2(),2(HL)2 . 0 , 0),hl3

11、74. 02 . 0)35. 047. 0(35. 0)2()2()3(35. 00)35. 047. 0(35. 0)2()2()3(hRLHlRLL)374. 0 ,35. 0。 )0 . 1 , 9 . 0),hl 第37页/共119页374. 00 . 1)35. 0374. 0(35. 0)3()3()4(3716. 09 . 0)35. 0374. 0(35. 0)3()3()4(hRLHlRLL37376. 09 . 0)3716. 0374. 0(3716. 0)4()4()5(3728. 05 . 0)3716. 0374. 0(3716. 0)4()4()5(hRLHlRL

12、L)37376. 0 ,3728. 0)37376. 0 ,3728. 00.01011111011 , 0.01011111101)第38页/共119页。abcd01b0.5c0.47a0.374d0.374c0.373760.20.350.350.37160.3728第39页/共119页)(DRD第40页/共119页221222log;0()0;DDR DD 预测编码第41页/共119页),(),(),(nmfnmfnme),(nmf第42页/共119页-300-200-1000100200300 050100150200250 第43页/共119页22(, )(, )(, )em nEf

13、 m nf m n2122()logffDRD2122()logeeDR D22),(fenm2f2222111222222()()logloglogffeefeDDRRDR D第44页/共119页预测器 nf 解码器信道编码器量化器nfnenf预测器nfnfnenenf+nf121(,)nn mn mnnfF ffff第45页/共119页miininfaf1nnnnnnffefef： min22nnnffEeEia min2neE 212miininfafEneE第46页/共119页 inmnmnnnmnmnnnimiininiinffafafafEfafafafEafafEaaeE2211

14、222112122 02inaeE00022112221112211mnmnmnnnnmnmnnnnmnmnnnffafafafEffafafafEffafafafE ), 2 , 1(miai第47页/共119页miinimnmnnmiininnnmiininnnfafEffEfafEffEfafEffE1122111rRa nf2rRa11RmnmnnmnnmnmnnnnnnmnnnnnnffEffEffEffEffEffEffEffEffE212221212111RmnnnnnnffEffEffE21rmaaa21a第48页/共119页 miinniTnnneffEaffEeE12222

15、2ra jhivijjnimfnmfER2),(),(hv1,0vhnfinf第49页/共119页 nf332211nnnnfafafaf123( , )( ,1)(1, )(1,1)f m na f m na f mna f mnha1va2hva3( , )( ,1)(1, )(1,1)hvvhf m nf m nf mnf mn )1)(1 (2222hve第50页/共119页第51页/共119页子图像划分正交变换量化编码器原始图像压缩码流解码器压缩码流反变换子图像合并解压图像),(nmfi),( vuFi),(vuFi),(nmfi),(nmf(a)(b),(nmf),(vuFi第52

16、页/共119页22, 2 , 1),(),(dNiinmfnmf第53页/共119页第54页/共119页1100( , )( , ) ( , , , )NNiimnF u vf m n g m n u v( , )( , ) ( , )iiF u vF u v P u v第55页/共119页1;( , )( , )0u vP u velse选定区域；第56页/共119页222Nd1;( , )( , )0;ihFu vTP u velse第57页/共119页14( 212)d第58页/共119页11111110111111001111100011110000111000001100000010

17、00000000000000876432107654320065432000443300003320000022000000100000000000000011110100111110001101000010110000000000000101000000000000000000000156141527282471316262942381217253041439111824314044531019233239455254202233384651556021343747505659613536484957586263(a) (b)(c) (d)第59页/共119页23k255k255) 1(k(

18、, );(, ),0;(, )(, );(, )TTTDm nTD m nTDm nTD m nTDm nTD m nT (,)(,) /0.5TTDm nIN TDm nt第60页/共119页第61页/共119页第62页/共119页BBWWWBWBWBLPLPHLH（bit/像素） WBLWBHWPBPWLBL第63页/共119页第64页/共119页1100100 0001 0 0 011 0 01 01 0 0 1 1 1 0 0第65页/共119页；iSiiMNiT14SS2iM 2iN 0iiiTM NiS0iT 第66页/共119页第67页/共119页第68页/共119页)2 , 0

19、(),(xxfdxxf220)()2 , 0(2L)2 , 0()(2LxfRxjedeFxfxj)(21)(xjeFxf)(21)(第69页/共119页( )( )j xFf x edx)()(xfFF)(xRf)(fS( )( )1( )( )2j xffj xffSRx edxRxSed)()(1FFxf第70页/共119页dxexftxgtFxj)()(),( dtdetxgtFxfxj)(),(21)(第71页/共119页能很好地刻画出信号的时域特性。因此，这能很好地刻画出信号的时域特性。因此，这种自适种自适应改变窗口大小的思想，加窗傅立叶变换是应改变窗口大小的思想，加窗傅立叶变换是

20、无法实无法实现的，而利用小波变换可迎刃而解。现的，而利用小波变换可迎刃而解。第72页/共119页并称上式为小波函数的可允许条件。并称上式为小波函数的可允许条件。)()(2RLt )(2()Rd ( ) t第73页/共119页)(t1/2,( ),0t ba bataa bR a)(,tba)(t第74页/共119页(b)(c)(a)第75页/共119页)(t0tt)(,tbatabatbatbat),(),(0)(t)(0)(,tba)(,ba)()(,aeajbba第76页/共119页Herisenberg的测不准原理。的测不准原理。101( , )( , )aaa ba b第77页/共11

21、9页21,bbb t020201b2b时宽频宽21/a1a2a第78页/共119页使变换结果同时具有时频局部特性。使变换结果同时具有时频局部特性。 ,1,( ),( )a bRtbCWTf a bf ttf tdtaa2,21( )( , )( )a bRdadbf tCWTf a btaCdCR2)( )w第79页/共119页二进小波变换，即二进小波变换，即ma2nbm2)2(2)(2,nttmmnmZnm,( , )( )( )m nRDWTf m nf tt dt第80页/共119页)()(2RLt )2()2(2)(2,tkttjkjjkj)2(tjkjVZktspanVjkj,)2(

22、第81页/共119页（5）Riesz基存在性基存在性存在存在，使得，使得是是的的Riesz基，即基，即， jVZj21012VVVVV0jZjV)(2RLVjZj0)2()(VtfVtfjjjjVntfVtf)()(0)(Vt Znnt )(0V)(0ntspanVnmRdtmtnt,)()(第82页/共119页)(2RLVjZj ZjjV)(,tkjZkZjkjt ,)()(2RL)(2RL ZjjVmWmV1mVmmmWVV1mmVW 第83页/共119页那么那么的整个集合的整个集合构成了构成了 空空间的一组正交基。此时，间的一组正交基。此时，是由同一个母函数伸缩是由同一个母函数伸缩平移得

23、到的正交小波基，因此称平移得到的正交小波基，因此称为小波函数，为小波函数，相应地称相应地称是尺度是尺度j的小波空间。的小波空间。nmWW nm Znm,jZjWRL)(2 ZjjW)(2RL010VVWjjjVVW10)(Wt 01)(VVtjjjVVt1)2(jjWtWt)2()(00WZktk),(, 0Zj Zkjkttjjkj,);2(2)(2,)(,tkjZkjtkj,);(,)(,tkj)(,tkjjW第84页/共119页由二尺度方程得到由二尺度方程得到)(0,tj)(0,tjjVjW,001.0,011.1( )( )( )2( )(2)( )( )( )2( )(2)jjnjn

24、njjnjnnth nth ntnth nth ntnnjjnh, 10,0,)(1,01,( ),jjnh n0h1h)2(2)()(0ntnhtn第85页/共119页式为式为njjnjnktnhnktnhkt)22(2)()2(2(2)()2(100nkm 2)2(2)2()2(10mtkmhktjmj)2(212/ )1(1ktspanVjjj1)(jVtf1jVkjjkjktctf)2(2)(12/ )1(, 1第86页/共119页其中其中jVjWkjjkjjjkkjktdktctf)2(2)2(2)(2/,2/,/2/2,/2/2,( ),( )( )2(2)( ),( )( )2(

25、2)jjj kj kRjjj kj kRcf ttf ttk dtdf ttf ttk dtmmjmjRjkjckmhdtmttfkmhc, 1012/ )1(0,)2()2(2)()2(mjjjmjtfdtmttfc, 112/ )1(,.1),()2(2)(第87页/共119页mmjkjckmhd, 11,)2(kjc,kjd,kjc. 1)(0nh)(1nhjVkjc,kkjkkjmjkmhdkmhcc)2()2(1,0, 1第88页/共119页NJc1NJc2NJcJc1NJd2NJdJdJdJc1Jd1Jc1NJc1NJdNJc第89页/共119页)(1kh 2kjd,)(0kh 2

26、kjc,)(1kh 2kjd, 1)(0kh 2kjc, 1kjc, 1第90页/共119页2kjd, 12kjc, 1)(1kh)(0kh2kjd,2kjc,)(1kh)(0khkjc, 1第91页/共119页（3 3）在接收方对不同的编码采用不同的解码方法。）在接收方对不同的编码采用不同的解码方法。（4 4）通过小波反变换还原原图像，整个过程如图）通过小波反变换还原原图像，整个过程如图.6所所示。由于量化的不可逆，小波变换编码是属于有示。由于量化的不可逆，小波变换编码是属于有损压缩编码。损压缩编码。第92页/共119页原图像小波正变换亮度子图像边缘子图像细量化精确编码信道解

27、码小波反变换粗量化近似编码解码解压图像第93页/共119页)(),(22RLyx)()(),(yxyx)(x)(x)()(),()()(),()()(),(321yxyxyxyxyxyxjjjWVV1321jjjjWWWW)(),(22RLyxf),(yxfijVjjVyxf),(ijijWyxg),(311),(),(),(iijjjyxgyxfyxf第94页/共119页生成的二生成的二维分解序维分解序列列，ZlkljkjjjZlkljkjjjZlkljkjjjZlkljkjjjyxlkdyxgyxlkdyxgyxlkdyxgyxlkcyxf,331,221,111,1)()(),(),()()(),(),()()(),(),()()(),(),(lka,ilkb,3 , 2 , 1i21,lklkaaa211,lklkbab212,lklkabb213.lklkbbb第95页/共119页3 , 2 , 1,; 12,2,;,; 12,2,;icbdcaclklkjinlmknmjlklkjnlmknmj原始图像1LLLH1HL1LH1HH1HL1LH1HH2LL2HL2LH2HHLL第96页/共119页12mka212mkb222nla21,;nmjd22nlb2nmjc,;lkjc,; 122nla