第7章图像压缩标准
合集下载
第7章图像处理 课后答案
7.1.1 图像金字塔
一系列以金字塔形状排列的分辨率逐步降低的图集合。 金字塔的底部是待处理图像的高分辨率表示，而顶部 是低分辨率的近似。基级J的尺寸是2J×2J或N×N (J=log2N)， 中间级j的尺寸是2j×2j ，其中0<= j <=J。
图7.2b表示，各级的近似值和预测残差金字塔都是以 一种迭代的方式进行计算的。第一次迭代和传递时， j = J ，并且2J×2J的原始图像作为J级的输入图像，从 而产生J-1级近似值和J级预测残差，而J-1级近似值又 作为下一次迭代的输入，得到J-2级近似值和J-1级预 测残差。 迭代算法：
1, 0 x 0.5 ψ( x) 1, 0.5 x 1 0,在，有了尺度函数和小波函数，可以正式定义小 波变换了，它包括：一般小波序列展开、离散小波 变换和连续小波变换。
7.3.1 小波序列展开
首先根据小波函数ψ( x)和尺度函数 ( x)为函数f(x)定 义小波序列展开：
高斯近似值和预测残差金字塔
基级，第9级
第8级 第7级 第6级
图像重建
7.1.2 子带编码
另一种与多分辨率分析相关的重要图像技术是子带 编码。在子带编码中，一幅图像被分解成为一系列 限带分量的集合，称为子带，它们可以重组在一起 无失真地重建原始图像。最初是为语音（一维信号） 和图像压缩而研制的，每个子带通过对输入进行带 通滤波而得到（相当于分解一个频段为若干个子频 段）。因为得到的子带的带宽要比原始图像的带宽 小，子带可以无信息损失的抽样。 原始图像的重建可以通过内插、滤波和叠加单个子 带来完成。
k
V Spk an{k ( x)}
7.2.2 尺度函数
现在来考虑由整数平移和实数二值尺度、平方可积 函数 ( x) 组成的展开函数集合，即集合{ j ,k ( x)} ： j/2 j j ,k ( x) 2 (2 x k ) 式7.2.10 k决定了 j ,k ( x)在x轴的位置（平移k个单位），j决定 了 j ,k ( x) 的宽度，即沿x轴的宽或窄的程度，而2j/2 控制其高度或幅度。由于 j ,k ( x)的形状随j发生变化， ( x) 被称为尺度函数。 如果为赋予一个定值，即j = j0，展开集合 { j0 ,k ( x)} 将是 { j ,k ( x)}的一个子集，一个子空间：
第7章Bandelet变换及其应用
Joint Laboratory of Shantou and Xiamen University, 2008
17
6.2离散弯曲小波和小波包转换
Joint Laboratory of Shantou and Xiamen University, 2008
18
6.2离散弯曲小波和小波包转换
在这个区域的水平低带滤波器是采用沿变量的标准 盘旋（convolution）和二次采样规则计算出来的：
这些内部系数是采用二重滤波器从低带系数中恢复出来的：
Vi [ k1 , k2 ] = ∑ h [ k1 − 2l ]Vi 0 [l , k2 ] + ∑ g [ k1 − 2l ]Vi1 [l , k2 ]
l l
Joint Laboratory of Shantou and Xiamen University, 2008
如果在区域里，几何流是垂直参数化的，则bandelet化 适用于弯曲小波系数：
fΩ[ n1 , n2 ] ,ψ l , p1 [ n1 ]ψ j , k2 ⎡ n2 − ci [ n1 ]⎤ ⎣ ⎦
i
Vi [ k1 , k2 ] = f [ n1 , n2 ] ,ψ j ,k1 ⎡ n1 − ci [ n2 ]⎤ φ j ,k2 [ n2 ] ⎣ ⎦
3
1. Bandelet变换的基本概念和算法
构造Bandelet变换的中心思想是定义图像中的几何特征 为矢量场，而不是看成普遍的边缘的集合,矢量场表示了图像 空间结构的灰度值变化的局部正则方向。Bandelet基并不是 预先确定的，而是以优化最终的应用结果来自适应的选择具 体的基。Pennec和Mallat给出了Bandelet变化的最优基快速 寻找算法。
第7章图像编码.ppt
像素冗余
由于任何给定的像素值，原理上都可以 通过它的相邻像素预测到，单个像素携 带的信息相对是小的。对于一个图像， 很多单个像素对视觉的贡献是冗余的。 这是建立在对邻居值预测的基础上。
例：原图像数据：234 223 231 238 235 压缩后数据：234 11 -8 -7 3，我们可以
对一些接近于零的像素不进行存储，从而 减小了数据量
7.1.5 图像传输中的压缩模型
源数据编码：完成原数据的压缩。
通道编码：为了抗干扰，增加一些容错、 校验位、版权保护，实际上是增加冗余。
通道：如Internet、广播、通讯、可移动介 质。
源数据 编码
通道 编码
通道
通道 解码
源数据 解码
7.2 哈夫曼编码
1.
根据信息论中信源编码理论，当平均码长R大于等于图像熵H时，总可设 计出一种无失真编码。当平均码长远大于图像熵时，表明该编码方法效率很低； 当平均码长等于或很接近于（但不大于）图像熵时，称此编码方法为最佳编码, 此时不会引起图像失真； 当平均码长大于图像熵时，压缩比较高，但会引起图 像失真。
第七章 图像编码
7.1 图像编码概述 7.2 哈夫曼编码 7.3 香农-范诺编码 7.4 行程编码 7.5 LZW编码 7.6 算术编码 7.7 预测编码 7.8 正交变换编码 7.9 JPEG编码 7.10 编程实例
7.1 图像编码概述
7.1.1 图像编码基本原理
虽然表示图像需要大量的数据，但图像数据是高度相关的， 或者说存在冗余（Redundancy）信息，去掉这些冗余信息后可以 有效压缩图像， 同时又不会损害图像的有效信息。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。
数字图像处理图像压缩ppt课件
图像熵值
6
H Pxi log2 Pxi i 1 0.4log2 0.4 0.3log2 0.3 2 0.1log2 0.1
0.06log2 0.06 0.04log2 0.04
2.14bit
平均码长 N与H接近，N H
第七章 图像压缩
7.2 基础知识 7.2.1 数据冗余
• 数据冗余旳概念
数据是用来表达信息旳。假如不同旳措施为表 达给定量旳信息使用了不同旳数据量，那么使用 较多数据量旳措施中，有些数据必然是代表了无 用旳信息，或者是反复地表达了其他数据已表达 旳信息，这就是数据冗余旳概念。
第七章 图像压缩
7.2.1 数据冗余
元素
xi
x1
x2 x3 x4
x5
x6
概率 P(xi) 0.4 0.3 0.1 0.1 0.06 0.04
编码 wi 1 00 011 0100 01010 01011
第七章 图像压缩
x1 0.4
0.4
x2 0.3
0.3
x3 0.1
0.1
x4 0.1
0.1 (0100)
x5 0.06 (01010) 0.1(0101)
例如：原图像数据：234 223 231 238 235 压缩后数据：234 -11 8 7 -3
第七章 图像压缩
7.2.1 数据冗余
• 什么是心理视觉冗余？
这是因为眼睛对全部视觉信息感受旳敏捷度 不同。在正常视觉处理过程中多种信息旳相对主 要程度不同。 有些信息在一般旳视觉过程中与另 外某些信息相比并不那么主要，这些信息被以为 是心理视觉冗余旳，清除这些信息并不会明显降 低图像质量。
• 三种基本旳数据冗余
编码冗余 像素间冗余 心理视觉冗余
6
H Pxi log2 Pxi i 1 0.4log2 0.4 0.3log2 0.3 2 0.1log2 0.1
0.06log2 0.06 0.04log2 0.04
2.14bit
平均码长 N与H接近，N H
第七章 图像压缩
7.2 基础知识 7.2.1 数据冗余
• 数据冗余旳概念
数据是用来表达信息旳。假如不同旳措施为表 达给定量旳信息使用了不同旳数据量，那么使用 较多数据量旳措施中，有些数据必然是代表了无 用旳信息，或者是反复地表达了其他数据已表达 旳信息，这就是数据冗余旳概念。
第七章 图像压缩
7.2.1 数据冗余
元素
xi
x1
x2 x3 x4
x5
x6
概率 P(xi) 0.4 0.3 0.1 0.1 0.06 0.04
编码 wi 1 00 011 0100 01010 01011
第七章 图像压缩
x1 0.4
0.4
x2 0.3
0.3
x3 0.1
0.1
x4 0.1
0.1 (0100)
x5 0.06 (01010) 0.1(0101)
例如：原图像数据：234 223 231 238 235 压缩后数据：234 -11 8 7 -3
第七章 图像压缩
7.2.1 数据冗余
• 什么是心理视觉冗余？
这是因为眼睛对全部视觉信息感受旳敏捷度 不同。在正常视觉处理过程中多种信息旳相对主 要程度不同。 有些信息在一般旳视觉过程中与另 外某些信息相比并不那么主要，这些信息被以为 是心理视觉冗余旳，清除这些信息并不会明显降 低图像质量。
• 三种基本旳数据冗余
编码冗余 像素间冗余 心理视觉冗余
数字图像处理的课程设计
数字图像处理的课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解数字图像处理的基本概念，掌握图像的数字化表示方法；2. 掌握图像处理的基本操作，如图像变换、滤波、增强和复原；3. 了解常见的图像分割和特征提取方法，并应用于实际问题；4. 掌握图像压缩的基本原理及常用算法。
技能目标：1. 能够运用图像处理软件进行基本的图像编辑和操作；2. 能够编写简单的数字图像处理程序，实现对图像的基本处理功能；3. 能够运用所学的图像处理方法解决实际问题，如图像去噪、图像增强等；4. 能够对图像进行有效的压缩，以适应不同的应用场景。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对数字图像处理技术的兴趣和热情，激发其探索精神；2. 培养学生的团队合作意识，学会与他人共同解决问题；3. 增强学生的实际操作能力，使其认识到理论与实践相结合的重要性；4. 引导学生关注图像处理技术在日常生活和各领域的应用，提高其科技素养。
课程性质：本课程为高年级选修课程，旨在使学生掌握数字图像处理的基本原理和方法，培养其实际应用能力。
学生特点：学生具备一定的数学基础和编程能力，对图像处理有一定了解，但尚未深入学习。
教学要求：结合学生特点和课程性质，注重理论与实践相结合，以实际应用为导向，提高学生的动手能力和创新能力。
通过本课程的学习，使学生能够达到上述课程目标，为未来进一步学习和研究打下坚实基础。
二、教学内容1. 数字图像基础：包括图像的数字化表示、图像质量评价、颜色模型等基本概念；- 教材章节：第1章 数字图像处理基础2. 图像增强：介绍直方图均衡化、图像平滑、锐化等增强方法；- 教材章节：第3章 图像增强3. 图像复原：涉及图像退化模型、逆滤波、维纳滤波等复原方法；- 教材章节：第4章 图像复原4. 图像分割与特征提取：包括阈值分割、边缘检测、区域生长等分割方法，以及特征点的提取和描述；- 教材章节：第5章 图像分割与特征提取5. 图像压缩：介绍图像压缩的基本原理，如JPEG、JPEG2000等压缩算法；- 教材章节：第6章 图像压缩6. 数字图像处理应用：分析图像处理在医学、遥感、计算机视觉等领域的应用案例；- 教材章节：第7章 数字图像处理应用教学进度安排：1. 数字图像基础（2学时）2. 图像增强（4学时）3. 图像复原（4学时）4. 图像分割与特征提取（6学时）5. 图像压缩（4学时）6. 数字图像处理应用（2学时）三、教学方法为提高教学效果，本课程将采用以下多样化的教学方法：1. 讲授法：教师通过系统的讲解，使学生掌握数字图像处理的基本概念、原理和方法。
现代教育技术基础重点
现代教育技术基础复习资料第一章 现代教育技术的基本概念1、信息技术发展对教育的影响：信息技术的进步，使传统的教育和管理方式受到猛烈的冲击，引起教育的重大变革，包括教育思想、教育内容、教育手段和教育方法，教育模式以至教育体制都发生了重大变革，使教育由一次性教育向终身教育转变，由精英教育向大众教育转变，由传统民族性教育向现代国际化教育转变，由传统的课堂传授教育模式向网络化开放性教育模式转变。
而且对人们传统的学习方式也产生了深远影响，引发了思维观念和行为方式的重大革新。
2、应用在教育领域的信息技术⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧虚拟现实仿真技术因特网络技术计算机局域网络技术人工智能技术多媒体计算机技术卫星电视广播技术数字音像技术 3、教育信息化：指在教育与教学的各个领域中，积极开发并充分应用信息技术和信息资源，培养适应信息社会需求的人才，以推动教育现代化进程。
4、教育技术：是关于学习过程与学习资源的设计、开发、利用、管理和评价的理论与实践。
研究对象 基本研究内容5、科学技术的进步与教育技术发展年代 20世纪20年代 30-40年代 50-60年代 70-80年代 90年代 21世纪初阶段 起步阶段 初级阶段 发展阶段 系统化阶段 数字化阶段 虚拟化阶段体现无声电影录音 电影电视 程序教学机录像 卫星 CAI多媒体 人工智能 因特网虚拟现实 虚拟社区6、现代教育技术的理论基础包括视听教学理论、学习理论、传播理论、系统科学理论。
7、戴尔的“经验之塔”8、戴尔的“经验之塔”理论的基本观点：①把它最底层的经验最具体，越往上升，则越趋抽象； ②教育教学应从具体经验入手，逐步到抽象；③教育教学不能至于具体经验，而要向首相和普遍发展，要形成概念；④在学校中，应用各种教学媒体，可以使得学习更为具体，从而造成更好的抽象；⑤宝塔中层的视听媒体，较言语、视觉符号更能为学生提供较具体和易于理解的经验，并能冲破时空的限制，弥补其他直接经验方式之不足；⑥过分看重直接经验方式的危险固然存在，但不会太大，如果教学太过于具体化，那就是没达到更普遍的充分的了解，但在今日这种危险只是理论的。
图像压缩技术概述
３ １ 分形编 码
像压缩 标 准分为 静 止 图像 压 缩标 准和 视频 图像压 缩 标准 。 目前 最常 用 的静止 图像压缩 标 准是Ｊ Ｐ Ｅ Ｇ 图像压 缩标 准。 Ｊ Ｐ Ｅ Ｇ 标准 定义基 于Ｄ ｃ ｒ ｌ 碍 有损基 本编码 系统 、 面 向大规模压 缩得扩 展的 编码系统 和面 向可逆压 缩的无 损独立 编码 系统 。 Ｊ Ｐ Ｅ Ｇ 具有 有失 真和无 失真两 种编 码解码 的处理 方 式 ， 其 中无 失真得 到 的解码 后 图像和 原 图像 数据 基本 相 同 ， 但压 缩 率较低 ， 而有 失 真可 以实 现高的压 缩 比 ， 但同 时可 能会导 致 图像 的失 真较 明显 。 压 缩 比的高低 可以在 算法 中改变压 缩参数 来调 整 。 Ｊ Ｐ Ｅ Ｇ 标准 的计 算量不 算很大 ， 算 法也 易于 实现 ， 所 以具 有较 好 的实用 性 能 。 随着 多媒体技 术的快速 发展和 广泛应 用 ， 为 满足用 户对更高 压缩效率 和对 压 缩 图像 的互 动性 和可 伸 缩性 的要 求 ， Ｊ Ｐ Ｅ Ｇ ２ Ｏ Ｏ ０ 应运 而 生 的。 Ｊ Ｐ Ｅ Ｇ ２ ０ ０ （ ￣ 准可 以实现 很高 的压缩性 能 ， 它还 具有 只对感 兴趣 区域编 码 、 可进 行有 损压缩 和无损压 缩 、 对错误 的鲁棒 性 、 对 码流 做随机 访 问等 特性 。 灵 活 使 用这 些特征 ， 不仅 可 以达 到很 高 的压 缩 比 ， 还可 以满足 在移 动和 网络环 境 下 交互操 作和 可伸 缩性 的要 求 。 Ｊ Ｐ Ｅ Ｇ ２ ０ ０ ０ 的需求 针对 性 以及技 术先 进性 保证 了 它光 明的 应用前 景 。 ６圈像 压缩 性 能的 评价 个 图像 压缩 方法性 能的评价 主要从 两个方 面来衡量 ： 压缩 比和图像质 量 评价 。 压 缩 比就 是原始 图像文 件大小 与压 缩后生成 文件大 小的 比值 ， 比值越 大 ， 说 明压 缩率越 高 。 图像 质量 评价 一般是 通过 保真 度准 则来判 断 。 保 真度准 则有 两种： 客 观保 真度 准则 和主 观保 真度 准 则 。 ６ １客 观保 真度准 则 客观保 真度 准则 是对解 码 图像 和 原始 图像 的误差进 行定量 计算 的一 种衡 量标准， —般是对整个图像或者图像中的某个指定区域进行某种平均计算得到 均方 误 差 。 ’
像压缩 标 准分为 静 止 图像 压 缩标 准和 视频 图像压 缩 标准 。 目前 最常 用 的静止 图像压缩 标 准是Ｊ Ｐ Ｅ Ｇ 图像压 缩标 准。 Ｊ Ｐ Ｅ Ｇ 标准 定义基 于Ｄ ｃ ｒ ｌ 碍 有损基 本编码 系统 、 面 向大规模压 缩得扩 展的 编码系统 和面 向可逆压 缩的无 损独立 编码 系统 。 Ｊ Ｐ Ｅ Ｇ 具有 有失 真和无 失真两 种编 码解码 的处理 方 式 ， 其 中无 失真得 到 的解码 后 图像和 原 图像 数据 基本 相 同 ， 但压 缩 率较低 ， 而有 失 真可 以实 现高的压 缩 比 ， 但同 时可 能会导 致 图像 的失 真较 明显 。 压 缩 比的高低 可以在 算法 中改变压 缩参数 来调 整 。 Ｊ Ｐ Ｅ Ｇ 标准 的计 算量不 算很大 ， 算 法也 易于 实现 ， 所 以具 有较 好 的实用 性 能 。 随着 多媒体技 术的快速 发展和 广泛应 用 ， 为 满足用 户对更高 压缩效率 和对 压 缩 图像 的互 动性 和可 伸 缩性 的要 求 ， Ｊ Ｐ Ｅ Ｇ ２ Ｏ Ｏ ０ 应运 而 生 的。 Ｊ Ｐ Ｅ Ｇ ２ ０ ０ （ ￣ 准可 以实现 很高 的压缩性 能 ， 它还 具有 只对感 兴趣 区域编 码 、 可进 行有 损压缩 和无损压 缩 、 对错误 的鲁棒 性 、 对 码流 做随机 访 问等 特性 。 灵 活 使 用这 些特征 ， 不仅 可 以达 到很 高 的压 缩 比 ， 还可 以满足 在移 动和 网络环 境 下 交互操 作和 可伸 缩性 的要 求 。 Ｊ Ｐ Ｅ Ｇ ２ ０ ０ ０ 的需求 针对 性 以及技 术先 进性 保证 了 它光 明的 应用前 景 。 ６圈像 压缩 性 能的 评价 个 图像 压缩 方法性 能的评价 主要从 两个方 面来衡量 ： 压缩 比和图像质 量 评价 。 压 缩 比就 是原始 图像文 件大小 与压 缩后生成 文件大 小的 比值 ， 比值越 大 ， 说 明压 缩率越 高 。 图像 质量 评价 一般是 通过 保真 度准 则来判 断 。 保 真度准 则有 两种： 客 观保 真度 准则 和主 观保 真度 准 则 。 ６ １客 观保 真度准 则 客观保 真度 准则 是对解 码 图像 和 原始 图像 的误差进 行定量 计算 的一 种衡 量标准， —般是对整个图像或者图像中的某个指定区域进行某种平均计算得到 均方 误 差 。 ’
第7章图像压缩标准
7.6.2 静止图像压缩标准
• 1. JPEG标准简述 • 2. JPEG压缩流程 • 3. JPEG压缩算法的实现
– 颜色变换 – 零偏置转换 – 频域变换 – 系数量化 – 符号编码
• 4. JPEG压缩举例
图像处理实验室
Digital Image Processing
– 1. JPEG标准简述
Digital Image Processing
• 制定图像标准的国际组织：
– ISO（international standardization organization 国际标准化组织 ）
– ITU（international telecommunication union 国际电信联盟）,其 前身为CCITT（国际电报电话咨询委员会）
5. CCITTGroup4基本思想： Group4标准是Group3标准简化或改进版本； 只用二维压缩编码。且为非适应二维编码方法； 每一个新图像的第一行的参考行是一个虚拟的白 行。
G4压缩比比G3高一倍
图像处理实验室
Digital Image Processing
二值图象压缩国际标准
6. JBIG ✓ 二值图联合组（joint bilevel imaging group，
384 00110111 000000110100
1600 010011010 0000001011011 1664 0110000000001100100 1728 010011011 0000001100101
图像处理实验室
Digital Image Processing
3. 二维压缩
1) 基本思想：
b1
b2
参考行
当前行
a0
• 1. JPEG标准简述 • 2. JPEG压缩流程 • 3. JPEG压缩算法的实现
– 颜色变换 – 零偏置转换 – 频域变换 – 系数量化 – 符号编码
• 4. JPEG压缩举例
图像处理实验室
Digital Image Processing
– 1. JPEG标准简述
Digital Image Processing
• 制定图像标准的国际组织：
– ISO（international standardization organization 国际标准化组织 ）
– ITU（international telecommunication union 国际电信联盟）,其 前身为CCITT（国际电报电话咨询委员会）
5. CCITTGroup4基本思想： Group4标准是Group3标准简化或改进版本； 只用二维压缩编码。且为非适应二维编码方法； 每一个新图像的第一行的参考行是一个虚拟的白 行。
G4压缩比比G3高一倍
图像处理实验室
Digital Image Processing
二值图象压缩国际标准
6. JBIG ✓ 二值图联合组（joint bilevel imaging group，
384 00110111 000000110100
1600 010011010 0000001011011 1664 0110000000001100100 1728 010011011 0000001100101
图像处理实验室
Digital Image Processing
3. 二维压缩
1) 基本思想：
b1
b2
参考行
当前行
a0
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
a1
a2
Digital Image Processing
哈尔滨工业大学（威海） 哈尔滨工业大学（威海）
4) CCITT二维编码表 a1与b1的距离
a1在b1下面： a1在b1右边1个 b 1 a1在b1右边2个 a1在b1右边3个 a1在b1左边1个 a1在b1左边2个 a1在b1左边3个
编码：
1 001 000011 0000011 010 000010 0000010
图像处理实验室
Digital Image Processing
哈尔滨工业大学（威海） 哈尔滨工业大学（威海）
静止图象压缩国际标准
1. JPEG 基本系统：
交流分量（AC）用变长码编码 直流分量（DC）系数用相对差值进行编码
图像处理实验室
Digital Image Processing
哈尔滨工业大学（威海） 哈尔滨工业大学（威海）
图像处理实验室
Digital Image Processing
哈尔滨工业大学（威海） 哈尔滨工业大学（威海）
0偏置转换后
-76 -65 -66 -65 -61 -49 -43 -41 -73 -69 -69 -70 -67 -63 -57 -49 -67 -62 -60 -57 -60 -68 -64 -59 -62 -38 -15 -6 -24 -58 -69 -60 -58 -19 16 26 -2 -51 -73 -63 -67 -43 -24 -22 -40 -65 -67 -52 -64 -59 -62 -58 -60 -70 -63 -50 -55 -56 -55 -59 -58 -53 -45 -34
黑编码
0000110111 11 10 011 0011 000001011010 000001100110 000001011011
图像处理实验室
Digital Image Processing
哈尔滨工业大学（威海） 哈尔滨工业大学（威海）
长度大于63的组合编码 行程长度
64 128 192 256 320 384 1600 1664 1728
b1
参考行 当前行
b2
a0
a1
a2
图像处理实验室
Digital Image Processing
哈尔滨工业大学（威海） 哈尔滨工业大学（威海）
2) 定义几个重要符号：
参 考 行：当前处理行的前一行。 改变元素：与前一个像素值不同的像素 参考元素：一共有5个（当前行3个，参考行2个）： 1. a0 ： 当 前 处 理 行 上 ， 与 前 一 个 像 素 值 不 同 的 像 素 。 行首元素是本行的第一个a0 2. a1：a0右边下一个改变元素。 3. a2：a1右边下一个改变元素。 4. b1：参考行上在a0右边，且与a0值相反的改变元素 5. b2： b1右边下一个改变元素。
2. JPEG压缩流程
压缩图像
零偏置 转换 DCT 正向变换 量化器 符号 编码器
输入图像NxN 输入图像NxN
构造8x8 构造8x8 的子图 颜色空间 转换
解压图像 压缩的图像
符号 解码器 DCT 逆向变换 颜色空间 转换 零偏置 转换 合成8x8 合成8x8 的子图
图像处理实验室
Digital Image Processing
哈尔滨工业大学（威海） 哈尔滨工业大学（威海）
3. JPEG压缩算法的实现
• 1) 构造子图像 子图像尺寸：8 x 8 • 2) 颜色空间转换
人 眼 对 亮 度 更 敏 感 ， 提 取 亮 度 特 征 ， 将 RGB 转 换 为 YCbCr模型，编码时对亮度采用特殊编码：
Y = 0.299R + 0.5870G + 0.1140B Cb = –0.1787R – 0.3313G +0.5000B +128 Cr = 0.5000R – 0.4187G – 0.0813B + 128 颜色解码： R = Y + 1.40200(Cr – 128) G = Y – 0.34414(Cb – 128) – 0.71414(Cr – 128) B = Y + 1.77200(Cb –128)
a1 b1
b1
b2
a0
a1
a2
图像处理实验室
Digital Image Processing
哈尔滨工业大学（威海） 哈尔滨工业大学（威海）
（3）垂直编码方式： 条件：a1到b1之间的距离小于等于3，利用上一行编码。 编码：见CCITT二维编码表（下页） 动作：把a0移到a1
a1b1
b1
b2
a0
图像处理实验室
b1
b2
a0
图像处理实验室
新a0
a1
a2
Digital Image Processing
哈尔滨工业大学（威海） 哈尔滨工业大学（威海）
（2）水平编码方式： • 条件：a1到b1之间的距离大于3，放弃利用上一行编码 • 编码：001+M(a0a1)+M(a1a2) ， M：一维行程编码 • 动作：把a0移到a2。
• 标准的类型（三类）：
– (1) 二值图像压缩标准：面向传真而设计 (2) 静止帧黑白、彩色压缩：面向静止的单幅图像 (3) 连续帧黑白、彩色压缩：面向连续的视频影像 – 连续调图像压缩标准：
图像处理实验室
Digital Image Processing
哈尔滨工业大学（威海） 哈尔滨工业大学（威海）
Digital Image Processing
哈尔滨工业大学（威海） 哈尔滨工业大学（威海）
第七章 图像压缩标准简介
• • •
7.6.1 二值图像压缩标准 7.6.2 静止图像压缩标准 7.6.3 运动图像压缩标准
图像处理实验室
Digital Image Processing
哈尔滨工业大学（威海） 哈尔滨工业大学（威海）
白编码
黑编码
11011 0000001111 10010 000011001000 010111 000011001001 0110111 000001011011 00110110 000000110011 00110111 000000110100 010011010 0000001011011 0110000000001100100 010011011 0000001100101
图像处理实验室
Digital Image Processing
哈尔滨工业大学（威海） 哈尔滨工业大学（威海）
长度小于63的哈夫曼编码 行程长度
0 1 2 3 4 5 61 62 63
白编码
00110101 000111 010 0111 1000 1011 1100 00110010 00110011 00110100
二值图象压缩国际标准
6. JBIG 二值图联合组（joint bilevel imaging group， JBIG）于1991年制定 采用了自适应技术，提高了压缩比
打印字符的扫描图象：可提高1.1 ~ 1.5倍 计算机生成的打印字符图象：可提高约5倍 用抖动或半调表示的“灰度”图象：可提高2 ~ 30倍
可用于渐进（累进）的传输与重建应用
图像处理实验室
Digital Image Processing
哈尔滨工业大学（威海） 哈尔滨工业大学（威海）
7.6.2 静止图像压缩标准
• 1. JPEG标准简述 • 2. JPEG压缩流程 • 3. JPEG压缩算法的实现
– 颜色变换 – 零偏置转换 – 频域变换 – 系数量化 – 符号编码
垂直方式编码 a0置于 1 置于a 结束编码行
图像处理实验室
Digital Image Processing
哈尔滨工业大学（威海） 哈尔滨工业大学（威海）
4. CCITTGroup3基本思想： Group3标准应用了一种非适应的，一维和二维混合的 行程编码技术； 在该编码中，每一个K行组的最后K-1行（K = 2或4） ，有选择地用二维编码方式。 对八幅图像测试，压缩比 ： 对八幅图像测试，压缩比15：1
图像处理实验室
Digital Image Processing
哈尔滨工业大学（威海） 哈尔滨工业大学（威海）
开始新行 否 a0置于首像素前 检测a 检测 1 、 b1、b2 b2在a1左边 是 通过方式编码 a0置于 2下 置于b 否 |b2a1|≤ 3 ≤ 否 检测a 检测 2 水平方式编码 a0置于 2 置于a 行尾 是 是
图像处理实验室
Digital Image Processing
哈尔滨工业大学（威海） 哈尔滨工业大学（威海）
3. 二维压缩 1) 基本思想：
• 利用上一行相同改变元素的位置，来为当前行编码 • 假设相临两行改变元素位置相似的情况很多 • 且上一行改变元素距当前行改变元素的距离，小于行程的 长度，从而可以降低编码长度
图像处理实验室
Digital Image Processing
哈尔滨工业大学（威海） 哈尔滨工业大学（威海）
例子：
用8x8的JEPG基线标准，压缩并重构下列子图
52 63 62 63 67 79 85 87 55 59 59 58 61 65 71 79 61 66 68 71 68 60 64 69 66 90 113 122 104 70 59 68 70 109 144 154 126 77 55 65 61 85 104 106 88 68 61 76 64 69 66 70 68 58 65 78 73 72 73 69 70 75 83 94
• 4. JPEG压缩举例
图像处理实验室
Digital Image Processing
哈尔滨工业大学（威海） 哈尔滨工业大学（威海）