1、第4章多媒體數(shù)據(jù)壓縮與編碼技術(shù)本章重點:編碼模型 編碼壓縮方法分類 統(tǒng)計編碼的基本原理 預(yù)測編碼的基本原理 變換編碼的基本原理 視頻編碼的基本原理第4章多媒體數(shù)據(jù)壓縮與編碼技術(shù)4.14.2編碼壓縮的必要性與可能性 編碼模型4. 3編碼壓縮方法分類4.44.54.64.74. 84.9統(tǒng)計編碼 預(yù)測編碼 變換編碼 其他編碼視頻編碼本章小結(jié)4.1編碼壓縮的必要性與可能性4.1.1編碼壓縮的必要性4.1.2編碼壓縮的可能性4.1.1編碼壓縮的必要性眾所周知，圖像量化所需數(shù)據(jù)量大。圖像和視 頻的龐大數(shù)據(jù)對計算機(jī)的處理速度、存儲容量 都提出過高的要求。因此必須進(jìn)行數(shù)據(jù)量壓縮。從傳送的角度來看，在信道帶寬

2、、通信鏈路容 址一定的前提下，采用編碼壓縮技術(shù)，減少 傳輸數(shù)據(jù)雖，是提高通信速度的重要手段。因 此，更要求數(shù)據(jù)量壓縮。4.1.2編碼壓縮的可能性所周知，視頻由戈是鍔男體蟲 一定的相關(guān)程，即冗余度。間,£ 4.1.2編碼壓縮的可能性 2.時間冗余在裡頻的相鄰幀間，往往 和移動楊體，因此，后一質(zhì)藪 有許多共同的地方，即在時間 余 3.結(jié)構(gòu)冗余在有些圖僂的紋理區(qū)，圖 著明顯的分布橫式。例如，方 等。我們淼氏種冗余為結(jié)構(gòu)冗余。 4.知識冗余有些圖像的理解與棊些知識有料當(dāng)大的相 關(guān)性。例如，人臉的圖福有固定的峯構(gòu)。這類同的矽景理的第呃茴4.1.2編碼壓縮的可能性翻瓣»知識得到'

3、; 5.視覺冗余事實表咽，人類的視覺系統(tǒng)對圖像場的敏 感性是非均勾的和非線桂的。然而，在記錄原 始圖像數(shù)據(jù)時，通常假定銀覺系統(tǒng)是線隹的和 筠勻舐 對視覺敏感和不皺感的部分同等對待, 從而產(chǎn)生了比理想編碼更爹的數(shù)據(jù)，這就是視 覺兀余。 6,圖像區(qū)域的相同性冗余是指在圖像中的兩個或多個區(qū)域所對應(yīng)的所有4.1.2編碼壓縮的可能性像素值相同或相近，從而產(chǎn)生的數(shù)據(jù)重復(fù)性存 儲，這就是圖像區(qū)域的相似性冗余。 7 .紋理的統(tǒng)計冗余有些圖像紋理盡管不嚴(yán)格服從某一分布規(guī) 律，但是它在統(tǒng)計的意義上服從該規(guī)律。利用 這種性質(zhì)也可以減少表示圖像的數(shù)據(jù)量，所以 我們稱之為紋理的統(tǒng)計冗余。4. 2編碼模型 4. 2. 1

4、信源編碼器和信源解碼器 4. 2. 2信道編碼器和解碼器占4.2編碼模型如圖4.1所示，一個壓縮系統(tǒng)包括兩個不 同的結(jié)構(gòu)塊，一個編碼器和一個解碼器。圖像 fg 7）輸入到編碼器中，這個編碼器可以 根據(jù)輸入數(shù)據(jù)生成一組符號。在通過信道逬行 傳輸之后，將經(jīng)過編碼的表達(dá)符號送入解碼器, 經(jīng)過重構(gòu)后，就生成了輸出圖像。J 4.2. 1信源編碼器和信源解碼器中舷鸚瞬髓囁鸚護(hù)(0)從入的的種 舉號各 將冗禹要可。如以 主為合例可 看蒙，還 來幫性， 理齧關(guān)關(guān) 原數(shù)數(shù)曙階入設(shè)號相 個叢焉 三少階番 為減二麋 分以第對去，像去可階素圖掉有 -像原去樣 第中除以這段間象J 4.2. 1信源編碼器和信源解碼器孵器

5、減餾鷺種E下圖(b)中顯示的信源解碼器僅包含兩部 分，一個符號解碼器和一個反向轉(zhuǎn)換器。這些 模塊的運(yùn)行次序與編碼器的符號編碼器和轉(zhuǎn)換 模塊的操作次序相反帶was*加.2.2信道編碼器和解碼器4.2.2信道編碼器和解碼器hlh2-h5h6h7 是:當(dāng)信道帶有噪聲或易于出現(xiàn)錯誤時，信道編 碼器和解碼器就在整個譯碼解碼處理中扮演了 重宴的角色。*垠有用矗一種值道編聊找術(shù)是田 R. w. Hanmingi出的。該獲采基于這樣的思 想，即向被編他數(shù)據(jù)中加入足夠的位數(shù)以確保 可用的碼字回變化的位數(shù)最小。例如，科甩 HammingK3位幾荼誨加到4位字上，使禱任 意兩個者效碼字間的距離為3,則所有的一位 錯

6、謀都可以檢測出來托得到糾止。歹4位三電 制數(shù)b3b2blb0相聯(lián)系的7位Hamming(7, 4)碼字（4.1）這里表示異或運(yùn)算。hl, h2和h4位分別是 位字段b3b2b0, b3blb0和b2blbO的偶校驗位。4.2.2信道編碼器和解碼器土 4.3編碼壓縮方法分類為了將漢明(Hamming)編碼結(jié)果進(jìn)行解 碼，信道解碼器必須為先前設(shè)立的偶校驗的各 個位字段進(jìn)行奇校驗并檢査譯碼值。一位錯誤 由一個非零奇偶校驗字c4c2cl給出.這里，數(shù)據(jù)壓縮的目標(biāo)是去除各種冗余。根據(jù)壓 縮后是否有信息丟失，多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)可 分為無損壓縮技術(shù)和有損壓縮技術(shù)兩類。數(shù)據(jù) 壓縮編碼分類如圖43所示。常見的無

7、損壓縮技術(shù)有：霍夫曼編碼算術(shù)編碼行程編碼-詞典編碼t 4.3編碼壓縮方法分類常用的一些有損壓縮技術(shù)包括:預(yù)測編碼變換編碼基于模型編碼 分形編碼其他編碼£ 4.3編碼壓縮方法分類4.4統(tǒng)計編碼統(tǒng)計編碼屬無損編碼，它是根據(jù)消息出現(xiàn)HuMnan編碼、存靈編碼和算來編碼三種。4.4. 1哈夫曼(Huffman)編碼4.4.2香農(nóng)-費諾編碼4.4.3算術(shù)編碼4.4.4游程編碼(RLC)4.4.5 LZ用編碼右 4.4. 1哈夫曼(Huffman)編碼在一幅圖像中，有些圖像數(shù)據(jù)出現(xiàn)的頻率 高，有些圖像數(shù)據(jù)出現(xiàn)的頻率低。如果對那些 出現(xiàn)頻率高的數(shù)據(jù)用較少的位數(shù)來表示，而出 現(xiàn)頻率低的數(shù)據(jù)用較多的位

8、數(shù)來表示，這樣從 總的效果來看還是節(jié)省了存儲空間。這種編碼 思想首先由香農(nóng)(Shannon)提出，哈夫曼后 來對它提出了一種改進(jìn)的編碼方法，用這種方法得到的編碼稱為Huffman編碼，Huffman編碼 是一種變長編碼。右 4.4. 1哈夫曼(Huffman)編碼 1.理論基礎(chǔ)一個事件集合Xh處于一個基本概率空間，其相應(yīng)概率為，pn, 且pl+ p2 +.pn = lo每一個蓿息的信息量 為/(xJ=-log11(A)(4-3)定義在概率空間中每一事件的概率不相等 時的平均信息量為信息焰，則信息焰H可采用 如下公式計算：h二以心)2£幾心)=幾log. Pt (4-4)占 4.4.

9、1哈夫曼(Huffman)編碼【例41】信息爛的計算。設(shè)8個隨機(jī)變量具有同等概率為1/8,則爛: 即計算出H二3比特。 2. Huffman編碼Huffman編碼是1952年由Huffman提出的一種編碼方法。它在變長編碼方法中是最佳 的.4. 4. 1哈夫曼(Huffman編碼設(shè)信源A的信源空間為沖卩二爲(wèi)爲(wèi):'；,>其中j 現(xiàn)用r個碼符號的碼符號集糾斗 叮對信源A中的每個符號耳(i=l,2, N)進(jìn)行編碼。具體編碼的方法是：(1) 把信源符號按其出現(xiàn)概率的大小順序排列起 來；(2) 把最末兩個具有最小概率的元素之概率加起 來；占 4.4. 1哈夫曼(Huffman)編碼(3)

10、把該概率之和同其余概率由大到小排 隊，然 后再把兩個最小概率加起來，再重 新排隊；重復(fù)步驟，直到最后只剩下兩個概率為止。在上述工作完畢之后，從最后兩個概率開始逐步向前進(jìn)行編碼對于概率大的賦予0,右 4.4.4. 4. 1哈夫曼(Huffman編碼Raj a«Awr«¥ne»i1哈夫曼（Huffman編碼tn j訂*二M宀內(nèi)，尺心心|.丈Um分料u左尺叩心）0”屮m "和7F（S）U3.吒。0.<M 財其燦lA*rMrr，%、FE.« NwSB&MMti«ftn44 a*. H4>M“arrg «

11、u<str i.小 Ilfa MlKa«wjbo MTu 女 iUiTM 十 3?，jn«x. tasufm i«*r.->7e j. ffn xi«ra 92iuo：*«itrio*VT I. RilDO. W»I*5?»*S- n*F|Kr*Di O :出節(jié)).T I.i»rD-»VWK9r嗎池4;Jt希帀i 經(jīng)霍夫曼編碼后，平均碼長為: 刃 士 z>< "； m=0.4X1+0.30X2+0.1X4+0.06X5+0.04X5=2.20 (bit)4. 4. 1哈夫

12、曼(Huffman編碼 3. Huffman編碼的幾點說明(1) Huffman編碼是最佳的，雖然構(gòu)造出 來的碼不唯一，但其平均碼長卻相同，所以不 影響編碼效率和數(shù)據(jù)壓縮性能。(2) 由于Huffman碼的碼長參差不齊.因 此，脊在一不輸入、輸出逵率匹配問題。解決 的辦住是設(shè)置一定容量的殘沖存儲器。右 4.4. 1哈夫曼(Huffman)編碼(4) Huffman編碼對不同信源其編碼效率也不盡相冋。當(dāng)聲槪率是2的負(fù)次無時， Huffman碼的編碼茲率達(dá)到100%；當(dāng)信源概率 相等時，苴編碼效率最低。這表明在使用 Huffman方法編碼時，只有當(dāng)信源概率分布很 不均勻時，Huffman碼才會收到

13、顯著的效果。(5) Huff編碼結(jié)合起比。例如，一可心円?guī)?圖像像素進(jìn)行DCT變換.隸化 編碼后，再進(jìn)行霍夫曼編碼。J,均需要雪他 一步提高數(shù)據(jù)壓縮 標(biāo)準(zhǔn)JPEG審，先對 '、Z形掃描.游程Huffman碼在存儲或傳輸過程中.如 果出那誤碼，可能會引起誤碼的連續(xù)傳播， IbitK誤碼可能把二夭串碼字全部破壞，因此, 限薊了 Guff man碼的便甬。4.4. 2香農(nóng)-費諾編碼具體編碼方法如下，把A,兀按概率由大到小、從上到下排成 一列，然后把H d分成兩組，并 使這兩組符號概率和相等或幾乎相等，即：(2)把兩組分別按0, 1賦值，例如將第一組賦值 為6則第二組賦值為1。然后分組、賦值，

14、不 斷反復(fù)，直到每組只有一種輸入為止。將每個 所賦的值依次排列起來就是香農(nóng)-費諾編碼。4. 4. 3算術(shù)編碼理論上，用Huffman方法對源數(shù)據(jù)流進(jìn)行編 碼可達(dá)到最佳編碼效果。但由于計算機(jī)中存儲、 處理的最小單位是“位”，因此，在一些情況 下，實際壓縮比與理論壓縮比的極限相去甚遠(yuǎn)。算術(shù)編碼把要壓縮處理的整段數(shù)據(jù)映射 到一段實數(shù)半開區(qū)間0, 1內(nèi)的某一區(qū)段，構(gòu) 造出小于1且大于或等于0的數(shù)值。這個數(shù)值是 輸入數(shù)據(jù)流的唯一可譯代碼。4. 4. 3算術(shù)編碼下面通過一個例子來說明算術(shù)編碼的方法。 對一個5符號信源A=al, a2, a3, a2, a4, 各字符出現(xiàn)的概率和設(shè)定的取值范圍如下表 4.2

15、：*(P 02>044. 4. 3算術(shù)編碼為討論方便起見.假定有N.tcms 式中Ns為新子區(qū)間的起始位置；Fs為前子 區(qū)間的起始位置，C1當(dāng)前符號的區(qū)間左端： Ne為新子區(qū)間的結(jié)束位置；Fe為前子區(qū)間的結(jié) 束位置；"當(dāng)前符號的區(qū)間右端；L為前子區(qū) 間的長度。按上述區(qū)間的定義，最終結(jié)果如表4. 3：4. 4. 3算術(shù)編碼隼碎丿窕 麗J0 0.4>QM 0 36> “XI”0 2? 0 29外打J2St C2928丿312；B C 35-sy給定事件序列的算術(shù)編碼步驟如下:臺勰聲譽(yù)時將“當(dāng)前間隔”5田 廳灌-事件，編碼器按步驟（3和寸4.4. 3算術(shù)編(a)編碼器將“

16、當(dāng)前間隔”分為子間隔,每一個事件一個。<b) 一個子間隔的大小與下一個將出現(xiàn)的 事件的概率成比例，編碼器選擇子間隔對應(yīng)于 下一個確切發(fā)生的事件相對應(yīng)，并使它成為新 的“當(dāng)前間隔附o最后輸出的“當(dāng)前間隔”的下邊界就是該 給定事件序列的算術(shù)編碼。，占4.4. 3算術(shù)編碼 在算術(shù)編碼中有幾個問題需要注意2由于實際的計算機(jī)的精度不可能無限長，一個 明顯酹問題是運(yùn)嫌中出現(xiàn)溢出，但多數(shù)機(jī)器都 有16、32或者64位的精度，因此這個問題可使 用比例縮放方法薜決。算朮編碼器對整個消息只產(chǎn)生一個碼字，這個 器舌接收到表示這個夫數(shù)的所有位之前不能進(jìn) 行譯碼。算術(shù)纏碼也是一種對錯涙很敏感的編碼方法， 如果肴一

17、位發(fā)生錯誤就會導(dǎo)致整個消息譯 錯.4. 4.4游程編碼（RLC）游程編碼是一種利用空間冗余度壓縮圖像 的方法，相對比較簡單，也屬于統(tǒng)計編碼類。設(shè)圖像中的某一行或某一塊像素經(jīng)采樣或 經(jīng)某種方法變換后的系數(shù)為（幾®"，如圖 47所示。某一行或某一塊內(nèi)像素值兀可分為k 段，長度（為的連續(xù)串，每個串具有相同的值, 那么二該圖像的某一行或某一塊可由下面偶對 來表示（f】其中i為每令串內(nèi)的代表值，為串的長度,4. 4.4游程編碼（RLC）4. 4.5 LZW編碼J 4. 4. 4游程編碼(RLC)串長就是游程長度(Run-length),簡寫為RL,即由字符或采樣值或灰度值構(gòu)成的數(shù) 據(jù)

18、流中各個字符等垂復(fù)出現(xiàn)而形成的字符串的長度。基本結(jié)構(gòu)如圖4. 8所示。事杵4. 4.4游程編碼(RLC)游程編碼分為定長游程編碼和變長游程編 碼兩類。定長游程編碼是指RL位數(shù)是固定的。 變長游程編碼是指RL位數(shù)是不固定的。游程編碼一般不直接應(yīng)用于多灰度圖像,但比較適合于二值圖像的編碼。例如黑白傳真圖像的編碼等。為了達(dá)到較好的壓縮效果，有 時游程編碼和其他一些編碼方法混合使用定義游程和游程長度后，就可以把任何二 元序列變換成游程長度的序列，簡稱游程序列。 這一變換是可逆的，一一對應(yīng)的。LZ甲壓縮編碼是一種無損壓縮編碼。LZW的 基本思想是用符號代替一串字符，這一串字符 可以是有意義的，也可以是無

19、意義的。在編碼 中僅僅把字符串看成是一個號碼，而不去管它 代表什么意思。 1.編碼算法LZW編碼是圍繞稱為詞典的轉(zhuǎn)換表來完成 的。這張轉(zhuǎn)換表用來存放稱為前綴(Prefix) 的字符序列，并且為每個表項分配一個碼字 (Code word) r或者叫做序?qū)ぁ?編碼算法的具體執(zhí)療步驟如下; 步1：步理2；步S3：4. 4. 5 LZW編碼開始時的詞典包含所有可能的根(Root),而當(dāng)前前綴P是空的； 當(dāng)前字符(C):二字符淹中的下一個字符；判斷編符痢PY是否在詞典中如果“是” « Pi = P-K：即用C擴(kuò)展F0 <如果"否"把代表當(dāng)將前綴P的碼字輸出到硏*流；把

20、馭符串PIC添加到訶典f令P： = C ,即現(xiàn)在的P僅包含一個字符C, 判斷碼字流中是否還有碼字藝譯如果“封.就返回到步驟2： 如果心否”把代表當(dāng)前前綴F的碼字輸出到碼字流;開Ml時假設(shè)綢碼詞典包會若干個已經(jīng)定義的單J 4.4. 5LZW編碼【例44】256個字符的碼字的偽碼形式表示:Diet io nary j - al 1 n siiig le-cliaracter. j = 1.2. .iiPref if irt Chararter i n rhar<twhile ( <C next ClidLacter) !-NLXL>Beg inIf Prefix. C is ia

21、 DictionaryPrefix Prefix.CelseCodostream cW for PrefixDiet ioikiLyCjJ-Prefix Cjn+lPrefix CendCodestream *-cW for Prefix4. 4. 5 LZW編碼 2.譯碼算法LZ甲譯碼算法中還用到另外兩個術(shù)語 當(dāng)前碼字(Current code word):指當(dāng)前正 在處理鬲碼字，用c甲表示，用string. cW表示 當(dāng)前綴-符串；先前碼字(Previous code word):指先于當(dāng)前碼字的碼字，用pW表示, 用string. pW表示先前綴-符串。LZW譯碼算法開始時，譯碼詞典與編

22、碼詞 典相同，它包含所有可能的前綴根(HMltC o4.4. 5 LZW編碼LZWiJ碼算沐的貝體離行步如門步Hi：在幵始譯碼時呵典包含所有可能的前銀根<Root), 步： CW: M碼字流中的第一個碼字： 步浜弘輸岀當(dāng)前緩符Mitring.cW到碼字流：步宴*先前碼字PW；二當(dāng)帕碼字tW；步畀& 3K«y<w：二碼字瀝中的卜一個碼字|步驥6：判斷先削綴符串stringl>w是否在詞典中 如果是-5把先前緞符帕VlngpW輸出對字符漱 當(dāng)前前紙A =先前綴符申string.當(dāng)前字符C：二當(dāng)M9&符$string.cW的第一個字符丫 耙緩符申P(guān)Y浚加到

23、詞典；如果否:當(dāng)前前綴趴=先前綴符申HHh.pW；當(dāng)前字符G二十前綴符申rtringxWRO-個字符； 輸出馥符串P-C到宇符淚儼后把它涉加到詞典中.步517判斷碼字流中是否還有碼字要諾如果緒是” 就返冋AH3W4：如果“否"結(jié)束.右 4. 4. 5 LZW編碼【例4.6】編碼字符巾如表4. 6所示.編碼過程如表4.7 所示.現(xiàn)說明如下：“步驟”欄表示編碼步驟，“位 置”欄表示在輸入數(shù)據(jù)中的當(dāng)前位置；“詞典力欄表 示添加到詞典中的綴-符串，它的索引在括號中，“輸 出”欄表示碼字輸出層仃I?齊融鈉恭【|24 、6(789制彳3A4耳卜c4. 4.5LZW編碼string, ci是輸出（

24、“AB”），先前綴-符審 string. （"B"是用當(dāng)前綴-符串string. cW"A"） 的第一個字符，其結(jié)果（"B A"）添加到詞典中，它 的索引號是（6）上4：U：Wf）產(chǎn)西虐F，>2>(2)3丿*Cety<|)Ar<2)(4)3<XD3<4)BA2、(7)(7)ABA*0*(3)(B)ABAC-C-4. 5預(yù)測編碼 4.5.1概述 -4. 5. 2無損預(yù)測編碼 4.5.3有損預(yù)測編碼4. 5. 1概述-預(yù)測編碼是根據(jù)離散傅號之間存在著一定的相 關(guān)旌，利用前面的一術(shù)或多個信號囁下一信號 進(jìn)

25、程預(yù)測，然后對實際值和預(yù)測值的差(預(yù)測 誤樂)進(jìn)行編碼。預(yù)測編碼中典型的壓縮方法有脈沖編碼調(diào)制 (PCM, Pulse Code Modulation)、差分脈沖 編碼調(diào)制(DPCM, Differential Pulse Code Modulation) x自適應(yīng)差分脈沖編碼調(diào)制 (ADPCM, Adaptive Differential Pulse Code Modulation)等-預(yù)測編碼可分為無損預(yù)測編碼和有損預(yù)測編碼。4. 5. 2無損預(yù)測編碼無損預(yù)測編碼器的工作原理圖和預(yù)測原理 如圖4.9和圖4.10所示。其中f （ij）的預(yù)測值 為心，將的差值進(jìn)行無損爛編碼，爛 編碼器可采用霍

26、夫曼編碼或算術(shù)編碼。圖410 給出了像索（i, j）的預(yù)測圖，圖中給出了（i, j）的三個相鄰像素，由壷前三點預(yù)測，定義為：兀J）訕（“）-n其中% a3稱預(yù)測系數(shù)，都是待定參數(shù)。如果預(yù)測器中預(yù)測系數(shù)是固定不變的常數(shù)，稱之為線性預(yù)測。4. 5.2無損預(yù)測編碼(IIE<to TPJr»£ 4.5.2無損預(yù)測編碼預(yù)測誤差計算公式如下: 祇河（i，JH訕二吋卜ij j卜m設(shè)8二f (i> j-1) , b=f (i-1, j) > c=f (i-1, j-1）加）的預(yù)測方法如4. 11所示,可有8種選擇方法。4. 5.2無損預(yù)測編【例4.7設(shè)有一幅圖像，F(xiàn) (i

27、-1, j-1) ff <i, j-1) , f (i, j)的灰度值分別為 253,252,253,255,用圖4. M第四種選擇方法預(yù)測 f(ir J)的灰度值，并計算預(yù)測誤差.Mt /</.)=a4)-c= f <iB j-1) * f (i-li j) - f Ci-b j-1)=253吃52-252=253預(yù)測浜差 川J*"八九歸255-253=2右 4. 5. 3有損預(yù)測編碼如果不是直接對差值信號進(jìn)行編碼，而是 對差值信號進(jìn)行量化后再進(jìn)行編碼就稱之為有 損預(yù)測編碼。有損預(yù)測方法有多種，其中差分 脈沖編碼調(diào)制(Differential Pulse Code

28、 Modulation,簡稱DPCM),是一種具有代表性 的編碼方法.DPCM系統(tǒng)由編碼器和解碼器組成，它們各 有一個相同的預(yù)測器。圖像DPCM系統(tǒng)的工作原 理如圖412所示。系統(tǒng)包括發(fā)送、接收和信道 傳輸三個部分。4. 5.3有損預(yù)測編碼3:4 12和W氏Gm4. 6變換編碼4. 5.3有損預(yù)測編碼 4. 6. 1變換編碼的基本原理 4. 6. 2離散余弦變換編碼 4. 6. 3小波變換4. 6.2離散余弦變換編碼6. 1變換編碼的基本原理4. 6.2離散余弦變換編碼變換編碼的原理如圖4.13所示。從圖中看 出，存儲或傳輸都是在變換域中進(jìn)行的，即傳 輸或存儲都不是空域圖像而是變換域系數(shù)4.

29、6.2離散余弦變換編碼4. 6.2離散余弦變換編碼4. 6.2離散余弦變換編碼海g “ 4BHh 3訶“占4. 6. 2離散余弦變換編碼PK4.I3 殳換加眄.MHKaWMDCT計算復(fù)雜度適中，又具有可分離特性， 還有快速算法等特點，所以近年來在圖像數(shù)據(jù) 壓縮中，采用離散余弦變換編碼的方案很多， 特別是20世紀(jì)80年代迅速堀起的多媒體技術(shù)中, JPEG、MPEG、H.261等壓縮標(biāo)準(zhǔn)，都用到離散 余弦變換編碼進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮。二維離散偶余弦正變換公式為一°" 1，21° 伽燦皿'當(dāng)u-v-0時。Eimi.£ii,)-I 9 當(dāng)> N-l； V1

30、 > 2 >二維離散偶余弦逆變換公式為:式中，x, y, u, v=0> 1,N-lo珈加二IG f當(dāng)U二¥=0時。咖叭1，u=l, 2，N-l； v=l, 2，NT時°J 4. 6. 2離散余弦變換編碼從圖4-14可以看出，采用DCT進(jìn)行變換編 碼時，通常首先將原始圖像分成子塊，對每一 子塊經(jīng)正交變換得到變換系數(shù)，并對變換系數(shù) 經(jīng)過量化和取舍，然后采用爛編碼等方式進(jìn)行 編碼后，再由信道傳輸?shù)浇邮斩恕Ｔ诮邮斩耍?經(jīng)過解碼.反量化、逆變換后，得到重建圖像。eu4陽m4. 6.2離散余弦變換編碼4. 6.2離散余弦變換編碼.6.3小波變換變頻于沒間少 弦到減

31、余換處變率現(xiàn) 鑿之舊實 離域同小分術(shù) 于時不.1 似由。整近 類。出變后逼 縮換輸行換級 壓變、進(jìn)變逐又像些時一同mg在并-4以用MPie所應(yīng)如的行碼像據(jù)用 圖像、幅要：H 對圖化整主點的繼許番 換對量對篇目換的域縮 變是再是，的的變它領(lǐng)壓 波都后換盡儲波服番 小即婪籀存小克壓一F0點需依采了缺廣標(biāo)4. 7其他編碼 4. 7.1分形編碼 4.7.2矢量量化編碼 4.7.3子帶編碼4. 7. 1分形編碼分形編碼與分形幾何相關(guān)。所謂分形幾何就是研 究無限復(fù)雜但具有一定意義下的自相似圖形和結(jié) 構(gòu)的幾何學(xué)。分形編碼正是利用分形幾何中自相 似的原理來實現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮的.首先對圖像進(jìn)行分 塊，然后再去尋找各塊

32、之間的相似性，這里相似 性的描述主要是依靠仿射變換來確定的，一旦找 到了每塊的仿射變換，就保存下這個仿射變換的 系數(shù)，由于每塊的數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)大于仿射變換的系數(shù), 因而圖像得以大幅度地壓縮。-分形圖像編碼和解碼不夠成熟，產(chǎn)生的壓縮比不 夠高。壓縮效果還不十分理想，在當(dāng)前圖像壓縮 編碼中還不能占據(jù)主導(dǎo)地位.4. 7. 2矢量量化編碼矢量量化編碼利用相鄰圖像數(shù)據(jù)間的髙度相關(guān) 性，將輸入圖像數(shù)據(jù)序列分組，每一組由m個 數(shù)據(jù)構(gòu)成一個M維矢量，一起進(jìn)行編碼，即一 次量化多個點。根據(jù)香農(nóng)失真率理論，對于無 記憶信源，矢就量化編碼總是優(yōu)于標(biāo)量量化編 碼.矢量量化編碼是有損編碼。4. 7. 3子帶編碼由于人眼對不同頻域段的敏感程度不同圖像信號可以劃分為不同的頻域段。If子帶編碼的基本思想是利用一濾波器組， 將釆樣將輸入信號分解為高頻分量和低頻分量, 然后分別對高頻和低頻分量進(jìn)行量化和編碼。 解碼時，高頻分量和低頻分量經(jīng)過插值和共覘 濾波器而合成原信號。4.8視頻編碼 4.8.1幀內(nèi)預(yù)測編碼 4.8.2幀間預(yù)測編碼4.8.3活動圖像幀間內(nèi)插£ 4. 8視頻編碼視頻編碼系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖415所示。從占4. &1幀內(nèi)預(yù)測編碼在視頻預(yù)測編碼中，主要分