数字图像处理第9章-image coding

数字图像处理

DigitalImageProcessing翟瑞芳Email:rfzhai@Office:逸夫楼B407-1第9章图像编码9.1图像编码概述9.2无损编码9.3有损编码9.4JPEG编码实例9.5主流编码技术9.1图像编码概述9.1.1图像编码基本原理与方法

1.图像数据冗余

图像数据是高度相关的，即存在冗余（Redundancy）信息。数字图像的冗余主要表现为以下几种形式：空间冗余、时间冗余、视觉冗余、信息熵冗余、结构冗余和知识冗余。2图像编码方法是否存在信息损耗：有损压缩和无损压缩；根据编码原理：熵编码、预测编码、变换编码和混合编码等。3图像编码评价

编码效率

编码质量

算法复杂度和适用范围无损压缩编码9.2Huffman编码(略)9.3香农-范诺(Shannon-Fannon)编码(略)9.5行程长度编码(RunLengthEncoding,RLE)(略)9.4算术编码

算术编码在图像数据压缩标准中扮演了重要的角色。在算术编码中，消息用0到1之间的实数进行编码，算术编码用到两个基本的参数：符号的概率和它的编码间隔。符号00011011概率0.3初始编码间隔[0,0.1)[0.1,0.5)[0.5,0.7)[0.7,1)

假设信源符号为{00,01,10,11}，这些符号的概率分别为{0.1,0.4,0.2,0.3}上面的信息可综合在下表中。假设二进制消息序列的输入为：10001100101101。算术编码示意图StartN=StartB+LeftC×L

EndN=StartB+RightC×L

步骤输入

符号编码间隔编码判决110[0.5,0.7)符号的间隔范围[0.5,0.7)200[0.5,0.52)[0.5,0.7)间隔的第一个1/10311[0.514,0.52)[0.5,0.52)间隔的最后3个1/10400[0.514,0.5146)[0.514,0.52)间隔的第一个1/10510[0.5143,0.51442)[0.514,0.5146)间隔的第五个1/10开始，二个1/10611[0.514384,0.51442)[0.5143,0.51442)间隔的最后3个1/10701[0.5143836,0.514402)[0.514384,0.51442)间隔的4个1/10，从第1个1/10开始8从[0.5143876,0.514402中选择一个数作为输出：0.5143876步骤间隔译码符号译码判决1[0.5,0.7)100.51439在间隔[0.5,0.7)2[0.5,0.52)000.51439在间隔[0.5,0.7)的第1个1/103[0.514,0.52)110.51439在间隔[0.5,0.52)的第7个1/104[0.514,0.5146)000.51439在间隔[0.514,0.52)的第1个1/105[0.5143,0.51442)100.51439在间隔[0.514,0.5146)的第5个1/106[0.514384,0.51442)110.51439在间隔[0.5143,0.51442)的第7个1/107[0.51439,0.5143948)010.51439在间隔[0.51439,0.5143948)的第1个1/107译码的消息：100011001011019.6LZW编码1.词典编码的两种思想（1）寻找正在压缩的字符序列是否在以前输入的数据中出现过，用已出现过的字符串替代重复的过程，它的输出为指针。（2）从输入的数据中创建一个“短语词典（Dictionaryofthephrases）”，它可以是任意字符的组合。在编码过程中，当遇到词典中已出现的“短语”，则输出“短语”的索引号。

LZW编码属于第二种编码思想。LZW编码（1）相关术语字符流（charstream）：被编码的数据序列；字符（character）：字符流中的基本数据单元；前缀（prefix）：在一个字符之前的字符序列；缀-符串（string）：前缀＋字符；码字（codeword）：码字流中基本数据单元，代表词典中的一串字符；码字流（codestream）：编码器输出的数据序列；（1）相关术语词典（dictionary）：缀-符串表；当前前缀（currentprefix）：当前正在处理的前缀，用P表示；当前字符（currentcharacter）：当前前缀之后的字符，用C表示；当前码字（currentcodeword）：译码过程中当前正在处理的码字；前缀根（root）：字符流中的所有单个字符串。（2）LZW的编码算法具体步骤：词典初始化过程；当前字符（C）:=码字流中第一个字符；判断缀-符串P+C是否在词典中；若是，P:=P+C（用C扩展P）；若否：把代表当前前缀P的码字输出到码字流；把缀-符串P+C添加到词典；令P:=C（现在的P仅包含一个字符C）;判断字符流中是否还有字符要编码；若是，返回2)；若否：把代表当前前缀P的码字输出到码字流；结束。（3）LZW的编码实例输入字符流：ababcbababaaaaaaa…………

输出码字流：(1)(2)(4)(3)(5)(8)(1)(10)(11)(1)…LZW编码流程图初始化词典P=NULLC:=下一个字符P+C是否在词典中输出P的码字P+C添入词典P:=C是否结束结束P:=P+C是否是否例：有垂直边缘图像如下设有512字带有初始内容的字典：Photoshop中未压缩TIFF版本：286740字节LZW压缩后版本：224420字节压缩率C=1.