图像编码有损编码讲稿.ppt

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1、图像编码有损编码第一页，讲稿共二十八页哦源数据编码与解码的模型源数据编码与解码的模型源数据编码的模型源数据编码的模型源数据解码的模型源数据解码的模型符号符号解码器解码器反向反向映射器映射器映射器映射器量化器量化器符号符号编码器编码器第二页，讲稿共二十八页哦量化器基本思想量化器基本思想：减减少少数数据据量量的的最最简简单单的的办办法法是是将将图图像像量量化化成成较较少少的的灰灰度度级级，通过减少图像的灰度级来实现通过减少图像的灰度级来实现这种量化是不可逆的，因而解码时图像有损失这种量化是不可逆的，因而解码时图像有损失 如果输入是如果输入是265 265 个灰度级，对灰个灰度级，对灰度级量化后输出

2、，只剩下度级量化后输出，只剩下4 4个层次，个层次，数据量被大大减少数据量被大大减少。sts1s2s3t1t2t3第三页，讲稿共二十八页哦10.3.1 有损预测编码有损预测编码 有损预测的基本思想有损预测的基本思想 对对无无损损预预测测压压缩缩的的误误差差进进行行量量化化，通通过过消消除除视视觉觉心心理理冗冗余余，达到对图像进一步压缩的目的。达到对图像进一步压缩的目的。算法的演变算法的演变a)无损预测压缩的基础是：无损预测压缩的基础是：原图像值原图像值fn与预测值与预测值fn之间的误差之间的误差en。有公式：。有公式：en=fn fn 解码与编码使用相同的预测器。解码与编码使用相同的预测器。第

3、四页，讲稿共二十八页哦编码编码en=fn fn+-符号符号编码编码预测器预测器最接近最接近的整数的整数压缩图像压缩图像输入图像输入图像enfn fn m fn(x,y)=roundif(x,y-i)i=1/m i=1第五页，讲稿共二十八页哦解码解码 fn=en+fn+符号符号解码解码预测器预测器解压缩图像解压缩图像压缩图像压缩图像enfn fn第六页，讲稿共二十八页哦b)有损预测的演变：有损预测的演变：将将en量化：量化：n=Q(en);用用 fn=n +fn近似近似fn；编码：编码：n=Q(fn-fn)；解码：解码：fn=n +fn；第七页，讲稿共二十八页哦有损预测编码有损预测编码 n=Q(

4、fn-fn)+-符号符号编码编码预测器预测器压缩图像压缩图像输入图像输入图像enfn fn量化器量化器n第八页，讲稿共二十八页哦有损预测解码有损预测解码 fn=n +fn+符号符号解码解码预测器预测器解压缩图像解压缩图像压缩图像压缩图像 fn fnn第九页，讲稿共二十八页哦有损预测编码有损预测编码上上述述方方案案的的压压缩缩编编码码中中，预预测测器器的的输输入入是是fn，而而解解压压缩缩中中的的预预测测器器的的输输入入是是 fn，要要使使用用相同的预测器，相同的预测器，编码方案编码方案要进行修改。要进行修改。第十页，讲稿共二十八页哦修改后的有损预测编码修改后的有损预测编码 n=Q(fn-fn)

5、+-符号符号编码编码预测器预测器压缩图像压缩图像输入图像输入图像enfn fn量化器量化器n+fn fn=n +fn第十一页，讲稿共二十八页哦 DM(Delta modulation)有损有损预测编码预测编码量化器和预测器的定义：量化器和预测器的定义：量化器量化器+en 0 是一个正常数是一个正常数-其它其它 en用用1位编码位编码 预测器预测器fn=fn-1 一般是一个小于一般是一个小于1的预测系数的预测系数 en=第十二页，讲稿共二十八页哦n f f e e f f f f-f014-14.0-14.00.011514.01.06.520.514.020.5-5.521420.5-6.5-

6、6.514.020.514.00.031514.01.06.520.514.020.5-5.5142920.58.56.527.020.527.02.0153727.010.06.533.527.033.53.5164733.513.56.540.033.540.07.0176240.022.06.546.540.046.515.5 输入输入 编码编码 解码解码 误差误差举例：举例：=1，=6.5 第十三页，讲稿共二十八页哦 举例：举例：=1，=6.5 计算：计算：n=0，f0=f0=14，n=1，f1=(1)(14)=14,e1=15 14=1,e1=+6.5(因为因为e1 0)，f1=6.

7、5+14=20.5，（重构结果）（重构结果）f1-f1=(15 20.5)=5.5（重构误差）（重构误差）+6.5-6.5ee第十四页，讲稿共二十八页哦算法分析算法分析在在n=14到到19变变化化快快的的区区域域，太太小小以以至至不不能能表表示示输输入入的最大的变化，发生一个被称为的最大的变化，发生一个被称为溢出过载溢出过载的失真。的失真。在在n=0到到7相相对对平平滑滑的的区区域域，太太大大以以至至不不能能表表示示输输入的最小变化，出现了入的最小变化，出现了粒状噪声粒状噪声。在在大大多多数数图图像像中中，这这两两种种现现象象导导致致对对象象边边缘缘的的钝钝化化和平滑区域表面粒状的失真。和平滑

8、区域表面粒状的失真。粒状噪音粒状噪音溢出过载溢出过载第十五页，讲稿共二十八页哦最优预测器与最优量化器的选择最优预测器与最优量化器的选择使均方预测误差：使均方预测误差：最最小小的的预预测测器器和和量量化化器器，被被称称为为最最优优预预测测器器和和最优量化器最优量化器。第十六页，讲稿共二十八页哦10.3.2 变换编码变换编码 变换编码的基本思想变换编码的基本思想（1）用用一一个个可可逆逆的的、线线性性的的变变换换（如如傅傅立立叶叶变变换换），把把图图像像映映射射到变换系数集合到变换系数集合;（2）然后对该系数集合进行量化和编码）然后对该系数集合进行量化和编码;（3）对于大多数自然图像，重要系数的数

9、量是比较少的。）对于大多数自然图像，重要系数的数量是比较少的。第十七页，讲稿共二十八页哦 变换编码的基本思想变换编码的基本思想举例举例 原始图像原始图像 相应的相应的DCT系数系数52 55 61 66 70 61 64 7363 59 66 90 109 85 69 7262 59 68 113 144 104 66 7363 5871 122 154 106 70 6967 6168 104 126 88 68 7079 6560 70 77 68 58 7585 7164 59 55 61 65 8387 7969 68 65 76 78 94-415-29-6225 55-20-1 3

10、 7 -21-629 11-7 -6 6-46 8 77 -25 -30 10 7-5-50 13 35 -15 -9 6 0 3 11 -8 -13 -2 -1 1 -4 1-10 1 3 -3 -1 0 2-1-4 -1 2 -1 2-3 1-2-1 -1 -1 -2 -1-1 0-1第十八页，讲稿共二十八页哦 实现变换压缩算法的主要问题实现变换压缩算法的主要问题变换的选择变换的选择子图尺寸的选择子图尺寸的选择正向变换正向变换量化器量化器符号符号编码器编码器构造构造nxn的子图的子图输入图像输入图像NxN压缩图像压缩图像第十九页，讲稿共二十八页哦变换的选择变换的选择1）Karhunen-L

11、oeve变换变换(KLT)2）离散傅立叶变换（）离散傅立叶变换（DFT）3）离散余弦变换（）离散余弦变换（DCT）4）Walsh-Hadamard变换（变换（WHT）5）小波变换）小波变换 第二十页，讲稿共二十八页哦子图尺寸的选择子图尺寸的选择子图尺寸的选择有三个原则：子图尺寸的选择有三个原则：1)如果如果n是子图的维数，是子图的维数，n应该是应该是2的整数次方。的整数次方。2)n一般选为一般选为8x8或或16x16。3)随着随着n的增加，块效应相应减少。的增加，块效应相应减少。第二十一页，讲稿共二十八页哦10.4 10.4 静态图像压缩标准静态图像压缩标准JPEG JPEG 编编 码码 JP

12、EG是是面面向向静静态态图图像像编编码码的的国国际际标标准准。在在相相同同图图像像质质量量条条件件下下，JPEG文文件件拥拥有有比比其其他他图图像像文文件件格格式式更更高高的的压压缩缩比比。JPEG是是一一种种有有损损压压缩缩，即即在在压压缩缩过过程程中中会会丢丢失失数数据据，每每次次编编辑辑JPEG图图像像后后，图图像像就会被重复压缩一次，就会被重复压缩一次，损失就会有所增加。损失就会有所增加。第二十二页，讲稿共二十八页哦 下下面面针针对对基基于于DCT的的顺顺序序式式基基本本系系统统编编码码来来说说明明JPEG的的编编码方法。码方法。JPEG 编码流程图编码流程图 第二十三页，讲稿共二十八

13、页哦 1）数据分块数据分块 对对图图像像进进行行编编码码前前，将将每每个个分分量量图图像像分分割割成成不不重重叠叠的的88像像素素块块，每每一一个个88像像素素块块称称为为一一个个数数据据单单元元（DU）。在在彩彩色色图图像像中中，JPEG分分别别压压缩缩图图像像的的每每个个彩彩色色分分量量。编编码码前前一一般般先先将将图图像像从从RGB空空间间转转换换到到YCbCr空间，再把各分量图像分割成空间，再把各分量图像分割成88数据块。数据块。在在对对图图像像采采样样时时，由由于于亮亮度度比比色色彩彩更更重重要要，因因而而对对Y分分量量的的采采样样频频率率可可高高于于对对Cb、Cr的的采采样样频频率

14、率，这这样样有有利利于于节节省省存存储储空空间间。常常用用的的采采样样方案有方案有YUV422和和YUV411。第二十四页，讲稿共二十八页哦 2）DCT处理处理 图图像像数数据据块块分分割割后后，即即以以MCU为为单单位位顺顺序序将将DU进进行行二二维维离离散散余余弦弦变变换换。对对每每个个88的的数数据据块块DU进进行行DCT后后，得得到到的的64个个系系数数代代表表了了该该图图像像块块的的频频率率成成分分，其其中中低低频频分分量量集集中中在在左左上上角角，高高频频分分量量分分布布在在右右下下角角。系系数数矩矩阵阵左左上上角角的的叫叫做做直直流流（DC）系系数数，它它代代表表了了该数据块的平

15、均值，其余该数据块的平均值，其余63个叫交流（个叫交流（AC）系数。）系数。第二十五页，讲稿共二十八页哦 3）系数量化系数量化 在在DCT处处理理中中得得到到的的64个个系系数数中中，低低频频分分量量包包含含了了图图像像亮亮度度等等主主要要信信息息。在在从从空空间间域域到到频频域域的的变变换换中中，图图像像中中的的缓缓慢慢变变化化比比快快速速变变化化更更易易引引起起人人眼眼的的注注意意，所所以以在在重重建建图图像像时时，低低频频分分量量的的重重要要性性高高于于高高频频分分量量。因因而而在在编编码码时时可可以以忽忽略略高高频频分分量量，从从而而达达到压缩的目的，这也是量化的根据和目的。到压缩的目

16、的，这也是量化的根据和目的。第二十六页，讲稿共二十八页哦 理理论论上上，对对不不同同的的空空间间分分辨辨率率、数数据据精精度度等等情情况况，应应该该有有不不同同的的量量化化表表。不不过过，一一般般采采用用图图中中所所示示的的量量化化表表，可可取取得得较较好好的的视视觉觉效效果果。对对Y采采用用细细量量化化，而而对对Cb和和Cr采采用用粗粗量量化化。由由于于量量化化表表中中左左上上角角的的值值较较小小，而而右右下下角角的的值值较较大大，因因而而起起到到了了保保持持低低频频分分量量、抑抑制制高高频频分量的作用。分量的作用。亮度量化表亮度量化表 色度量化表色度量化表 第二十七页，讲稿共二十八页哦 4）Z形扫描形扫描 DCT系系数数量量化化后后，用用Z（Zigzag）形形扫扫描描将将其其变变成成一一维维数数列列，将将有有利利于熵编码。于熵编码。DCT系数的系数的Z形扫描顺序形扫描顺序 第二十八页，讲稿共二十八页哦