第十一章圖像壓縮編碼

徐琪圖像編碼的研究背景信息傳輸方式發生了很大的改變通信方式的改變

文字+語音

圖像+文字+語音通信對象的改變

人與人

人與機器，機器與機器由于通信方式和通信對象的改變帶來的最大的問題是：

傳輸帶寬、速度、存儲器容量的限制。給我們帶來了一個難題，也給我們一個機會：

如何用軟件的手段來解決硬件上的物理極限。海量數據帶來的需求數碼圖像的普及，導致了數據量的龐大。圖像的傳輸與存儲，必須解決圖像數據的壓縮問題。彩色視頻數據量分析對于電視畫面的分辨率640*480的彩色圖像，每秒30幀，則一秒鐘的數據量為：

640*480*24*30=221.12M播放時，需要221Mbps的通信回路。彩色視頻數據量分析實時傳輸

在10M帶寬上實時傳輸的話，需要壓縮到原來數據量的0.045，即0.36bit/pixel.存儲（按一張光盤可存640M計算）

如果不進行壓縮，1張CD則僅可以存放2.89秒的數據。存2小時的信息則需要壓縮到原來數據量的0.0004，即0.003bit/pixel。傳真數據量分析如果只傳送2值圖像，以200dpi的分辨率傳輸，一張A4稿紙的數據量為：

1654*2337*1=3888768bit=390k按目前14.4k的電話線傳輸速率，需要傳送的時間是：270秒(4.5分鐘)圖像通信系統模型討論的內容數據的冗余圖像壓縮編碼簡介行程編碼Huffman編碼DCT變換編碼混合編碼數據的冗余基本概念我們從一個互動游戲來體會數據冗余的概念。在下面的例子中，用一種最好的方式來發送一封電報。你的妻子，Helen，將于明天晚上6點零5分在上海的虹橋機場接你。

（23*2+10=56個半角字符）你的妻子將于明天晚上6點零5分在虹橋機場接你。

（20*2+2=42個半角字符）Helen將于明晚6點在虹橋接你。

（10*2+6=26個半角字符）數據冗余—描述上的冗余描述方式：1）這是一幅2*2的圖像，圖像的第一個像素是紅的，第二個像素是紅的，第三個像素是紅的，第四個像素是紅的。2）這是一幅2*2的圖像，整幅圖都是紅色的。圖像冗余—數據冗余的壓縮圖像冗余無損壓縮的原理圖像冗余有損壓縮的原理圖像冗余—實際圖像中的數據冗余圖像冗余—視覺冗余的壓縮圖像的視覺冗余(彩色)圖像壓縮原理由于一幅圖像存在數據冗余和主觀視覺冗余，所以壓縮方式就可以從這兩方面著手開展。改變圖像信息的描述方式，以壓縮掉圖像中的數據冗余。忽略一些視覺不太明顯的微小差異，以壓縮掉圖像中的視覺冗余圖像的壓縮編碼第一代壓縮編碼80年代以前，主要是根據傳統的信源編碼方法。第二代壓縮編碼80年代以后，突破信源編碼理論，結合分形、模型基、神經網絡、小波變換等數學工具，充分利用視覺系統生理心理特性和圖像信源的各種特性。圖像的壓縮編碼圖像的壓縮編碼行程編碼(RLE編碼)行程編碼是一種最簡單的，在某些場合是非常有效的一種無損壓縮編碼方法。雖然這種編碼方式的應用范圍非常有限，但是因為這種方法中所體現出的編碼設計思想非常明確，所以在圖像編碼方法中都會將其作為一種典型的方法來介紹。行程編碼—基本原理通過改變圖像的描述方式，來實現圖像的壓縮。將一行中灰度值相同的相鄰像素，用一個計數值和該灰度值來代替。行程編碼—實現方法舉例說明：a=100,b=1,c=23,d=254行程編碼—傳真中的應用方法傳真件中一般都是白色比較多，而黑色相對較少。所以可能常常會出現如下的情況：行程編碼—傳真中的應用方法行程編碼—傳真中的應用方法現在，根據傳真件的特點，對其進行改進。肌肉已經可以預知白色多黑色少，所以可對白色和黑色的計數值采用不同的位數。以這個例子，可以定義：

白色：12bit

黑色：4bit行程編碼—傳真中的應用方法二維行程編碼—基本概念二維行程編碼要解決的核心問題是：

將二維排列的像素，采用某種方式轉化成一維排列的方式。之后按照一維行程編碼方式進行編碼。二維行程編碼—數據排序如下圖所示，是兩種典型的二維行程編碼的排列方式：二維行程編碼—例題二維行程編碼—例題如果按照行掃描的順序排列的話，數據分布為：二維行程編碼—例題二維行程編碼—例題如果按照列掃描的順序排列的話，數據分布為：二維行程編碼—例題二維行程編碼—例題如果按照方式（a）掃描的順序排列的話，數據分布為：二維行程編碼—例題Huffman編碼(熵編碼)行程編碼要獲得好的壓縮率的前提是,有比較長的相鄰像素的值是相同的。熵是指數據中承載的信息量。所謂的熵編碼是指在完全不損失信息量前提下最小數據量的編碼。Huffman編碼—基本原理為了達到大的壓縮率，提出了一種方法就是將在圖像中出現頻度大的像素值，給一個比較短的編碼，將出現頻度小的像素值，給一個比較長的編碼。Huffman編碼—基本原理例：如果不進行特殊的編碼，按照圖像像素的描述，需要的數據量為：22*8=176bitsHuffman編碼—基本原理按照熵編碼的原理進行編碼：這里的編碼規則是長短不一的異字頭碼Huffman編碼—基本原理由：Huffman編碼—算法首先求出圖像中灰度分布的灰度直方圖；根據該直方圖