数字图像处理图像编码技术
数字图像处理实验报告 (图像编码)
实验三图像编码一、实验内容:用Matlab语言、C语言或C++语言编制图像处理软件，对某幅图像进行时域和频域的编码压缩。
二、实验目的和意义:1. 掌握哈夫曼编码、香农-范诺编码、行程编码2．了解图像压缩国际标准三、实验原理与主要框架:3.1实验所用编程环境:Visual C++6.0（简称VC）3.2实验处理的对象:256色的BMP(BIT MAP )格式图像BMP(BIT MAP )位图的文件结构:(如图3.1)图3.1 位图的文件结构具体组成图:单色DIB 有2个表项16色DIB 有16个表项或更少 256色DIB 有256个表项或更少 真彩色DIB 没有调色板每个表项长度为4字节（32位） 像素按照每行每列的顺序排列每一行的字节数必须是4的整数倍biSize biWidth biHeight biPlanes biBitCount biCompression biSizeImagebiXPelsPerMeter biYPelsPerMeter biClrUsedbiClrImportantbfType=”BM ” bfSizebfReserved1 bfReserved2 bfOffBits BITMAPFILEHEADER位图文件头 （只用于BMP 文件）BITMAPINFOHEADER位图信息头Palette 调色板DIB Pixels DIB 图像数据3.3 数字图像基本概念数字图像是连续图像(,)f x y 的一种近似表示，通常用由采样点的值所组成的矩阵来表示：(0,0)(0,1)...(0,1)(1,0)(1,1)...(1,1).........(1,0)(1,1)...(1,1)f f f M f f f M f N f N f N M -⎡⎤⎢⎥-⎢⎥⎢⎥⎢⎥----⎣⎦每一个采样单元叫做一个像素(pixel )，上式(2.1)中，M 、N 分别为数字图像在横(行)、纵(列)方向上的像素总数。
数字图像处理数字图像的压缩编码
debbie. bmp BMP是一种与设备无关的位图格式。 256×256，65KB 一般采用非压缩模 式
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400×400，10.9KB，
原图像数据468KB
5.1.1 图像压缩编码的必要性
2000年5月植被指数遥感图.bmp，原图像数据976×720＝2MB
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5.1.1 图像压缩编码的必要性
Buaa.jpg，0.98MB ,原图像数据1900×1560＝8.5MB
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5.1.3 图像压缩编码的分类
3．按压缩方法进行分类
静图：静止图像（要求质量高） 动图：活动的序列图像（相对质量要求低，压缩 倍数要高）
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5.1.3 图像压缩编码的分类
4．按失真与否进行分类
无失真压缩：经压缩后再恢复图像与原图像无任何 区别， 一般压缩倍数 < 2
有限失真压缩：单帧（静）4～20倍。图像序列 （x、y、t）50～200倍
像素相关性大：压缩潜力大
评价受人的影响大（军标）
4
5.1 概述
图像的特点
数据量大，为其存储、传输带来困难，需压缩
例：电话线传输速率一般为56kbit/s（波特率）
一幅彩色图像640×480×24bit = 7Mbit大小 1．传输一幅图像：时间约2分钟左右 如压缩20倍，传一幅图6s左右，可以接受，实用 2．实时传送：640×480×24bit×25帧/s=175Mbit/s，
小，这种信息就被称为视觉心理冗余。
33K
15K
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5.1.2 图像压缩编码的可能性
图像无损压缩的原理
RGB RGB RGB RGB
RGB
RGB RGB
RGB
RGB RGB
图像编码的基本原理
图像编码的基本原理图像编码是数字图像处理中的重要环节，它通过对图像进行压缩和编码，实现对图像信息的有效存储和传输。
在图像编码的过程中，需要考虑到图像的信息量、保真度、压缩比等多个因素，因此，图像编码的基本原理显得尤为重要。
首先，图像编码的基本原理包括两个主要方面，压缩和编码。
压缩是指通过一定的算法和技术，减少图像数据的存储空间和传输带宽，而编码则是将压缩后的图像数据转换成数字信号，以便于存储和传输。
在实际的图像编码过程中，通常会采用有损压缩和无损压缩两种方式，以满足不同应用场景的需求。
有损压缩是指在压缩图像数据的同时，会损失一定的信息量，但可以获得更高的压缩比。
常见的有损压缩算法包括JPEG、MPEG等，它们通过对图像进行离散余弦变换、量化、熵编码等步骤，实现对图像数据的有损压缩。
而无损压缩则是在不损失图像信息的前提下，实现对图像数据的压缩。
无损压缩算法主要包括LZW、Huffman编码等，它们通过对图像数据的统计特性进行编码，实现对图像数据的无损压缩。
除了压缩和编码外，图像编码的基本原理还包括了对图像信息的分析和处理。
在图像编码的过程中，需要对图像进行预处理、采样、量化等操作，以便于后续的压缩和编码。
同时，还需要考虑到图像的特性和人眼的视觉感知特点，以实现对图像信息的高效编码和保真传输。
总的来说，图像编码的基本原理涉及到压缩、编码和图像信息处理等多个方面，它是数字图像处理中的重要环节，直接影响到图像的存储、传输和显示质量。
因此，对图像编码的基本原理进行深入理解和研究，对于提高图像处理技术和应用具有重要意义。
希望本文的介绍能够帮助读者更好地理解图像编码的基本原理，为相关领域的研究和应用提供参考。
图形编码知识点总结
图形编码知识点总结一、概念图形编码是一种用来表示和传输图像信息的技术。
它是数字图像处理技术的一部分，用来把图像信息转换成数字信号，以便能够存储和传输。
图形编码技术是基于数字信号处理的基础上，通过压缩技术和编码方式，将图像信息转化成数字信号并保存在计算机或其他数字媒体上。
二、图像编码的分类1、无损编码无损编码是指在保持图像质量不变的情况下，将图像数据进行压缩，并进行编码以便于传输和存储。
常见的无损编码算法有无损压缩算法、赫夫曼编码和算术编码等。
无损编码的优点是能够保持图像质量不变，但缺点是无损编码算法产生的文件体积大，传输和存储成本高。
2、有损编码有损编码是指在一定情况下，将图像数据进行压缩并编码，在达到一定压缩比的同时，牺牲一定图像质量的编码方式。
有损编码通过舍弃图像数据中的一些细节信息，将图像数据压缩至较小的存储空间。
有损编码的优点是可以取得较大的压缩比，降低存储和传输成本，但缺点是会对图像质量造成一定程度的影响。
三、图像编码的基本原理1、信号采样信号采样是图像编码的第一步，它是将连续的图像信号转化为离散的数据点。
通过对图像进行采样，可以获得图像在空间和时间上的离散表示。
2、量化量化是将采样得到的离散数据映射为有限数量的离散数值。
量化的目标是将连续的图像信号转化为离散的数字信号集合，以方便图像编码和传输。
3、编码编码是将量化后的离散数据进行数字化处理，通过一定的编码方式将图像数据压缩并进行编码以便传输和存储。
编码方式常见有熵编码、差分编码、矢量量化和小波变换等。
四、常见的图像编码技术1、JPEGJPEG是一种常见的有损图像压缩标准，它采用的是DCT变换和量化技术，能够取得较大的压缩比。
JPEG压缩技术在图像编码中应用广泛，被用于数字摄影、网络传输和数字视频等领域。
2、PNGPNG是一种无损图像压缩标准，它将图像数据进行无损压缩和编码，以便于图像的存储和传输。
PNG压缩技术在需要无损图像保真度的场合得到广泛应用。
图像编码中的哈夫曼编码技术解析(一)
图像编码是一种广泛应用于数字图像处理中的技术。
其中，哈夫曼编码作为一种优秀的编码算法，被广泛应用于图像压缩领域。
本文将对哈夫曼编码技术在图像编码中的应用进行详细解析。
一、哈夫曼编码的原理哈夫曼编码是一种变长编码算法，它通过将出现频率较高的字符用较短的编码表示，而将出现频率较低的字符用较长的编码表示，从而实现对数据的高效编码。
在图像编码中，每个像素点都可以看作是一种字符，其灰度值即表示该字符的频率。
二、图像编码的需求在图像编码中，我们往往需要将图像的原始数据进行压缩，以便存储和传输。
而压缩的核心思想就是通过减少冗余信息来减少数据的存储和传输量。
哈夫曼编码正是解决这一需求的有效方法之一。
三、基于哈夫曼编码的图像编码方案在图像编码中，我们可以将哈夫曼编码应用于两个方面：图像压缩和图像解压缩。
1. 图像压缩在图像压缩中，我们首先需要对图像进行离散余弦变换（Discrete Cosine Transform, DCT），将图像从空域变换到频域。
然后，我们将变换后的图像进行量化，将高频部分进行舍弃。
接下来，我们将量化后的图像进行分块，并统计每个像素值出现的频率。
最后，利用哈夫曼编码算法对出现频率进行编码，生成一个哈夫曼编码表。
这个编码表包含了每个像素值对应的变长编码，从而实现了对图像数据的高效压缩。
2. 图像解压缩在图像解压缩中，我们首先需要读取压缩后的图像文件，并解析出哈夫曼编码表。
然后，我们根据哈夫曼编码表对压缩数据进行解码，恢复出原始的像素值。
接下来，我们对解码后的数据进行逆量化和逆离散余弦变换，将图像从频域变换到空域。
最后，我们将逆变换后的图像数据进行重建，得到原始的图像。
四、哈夫曼编码的优势和应用哈夫曼编码作为一种变长编码算法，与传统的定长编码相比，具有如下优势：1. 数据压缩率高：哈夫曼编码可以根据字符的频率灵活选择编码长度，从而大大减少了数据的存储和传输量，实现了高效的数据压缩。
2. 无损压缩：哈夫曼编码是一种无损压缩算法，可以保证压缩后的数据与原始数据完全一致。
数字图像处理~图像编码
Eb = -log2(0.3) = 1.737
Ec = -log2(0.2) = 2.322
总信息量也即表达整个字符串需要的位数为：
E = Ea * 5 + Eb * 3 + Ec * 2 = 14.855 位
举例说明:
如果用二进制等长编码,需要多少位?
数据压缩技术的理论基础是信息论。
2.信息量和信息熵
A
B
数据压缩的基本途径
数据压缩的理论极限
信息论中信源编码理论解决的主要问题：
信息量等于数据量与冗余量之差
I = D - du
数据是用来记录和传送信息的，或者说数据
是信息的载体。
数据所携带的信息。
信息量与数据量的关系：
du—冗余量
I— 信息量
D— 数据量
叁
实时传输：在10M带宽网上实时传输的话，需要压缩到原来数据量的?
肆
存储： 1张CD可存640M，如果不进行压缩，1张CD则仅可以存放?秒的数据
伍
可见，单纯依靠增加存储器容量和改善信道带宽无法满足需求，必须进行压缩
1 图像编码概述
数字化后的图像信息数据量非常大，图像压缩利用图像数据存在冗余信息，去掉这些冗余信息后可以有效压缩图像。
01.
02.
03.
04.
问题：
把某地区天气预报的内容看作一个信源，它有6种可能的天气：晴天（概率为0.30）、阴天（概率为0.20）、多云（概率为0.15）、雨天（概率为0.13）、大雾（概率为0.12）和下雪（概率为0.10），如何用霍夫曼编码对其进行编码？平均码长分别是多少？
哈夫曼编码
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图像编码有哪些国际标准
图像编码有哪些国际标准图像编码是数字图像处理中的一个重要环节，它涉及到图像的压缩、存储和传输等方面。
在国际上，有一些图像编码的标准被广泛应用，它们为图像编码提供了统一的规范，促进了图像处理技术的发展。
接下来，我们将介绍一些常见的图像编码国际标准。
首先，JPEG（Joint Photographic Experts Group）是图像编码中最为常见的国际标准之一。
JPEG标准采用了一种有损压缩的方法，能够在一定程度上减小图像文件的大小，同时保持图像质量。
这使得JPEG成为了广泛应用于数字摄影和网络传输的图像编码标准。
其次，PNG（Portable Network Graphics）是另一种常见的图像编码国际标准。
与JPEG不同，PNG采用了无损压缩的方法，能够保持图像的原始质量。
此外，PNG还支持透明度和索引色等特性，使得它在网页设计和图像编辑领域有着广泛的应用。
除了JPEG和PNG，还有一些其他的图像编码国际标准，如GIF（Graphics Interchange Format）、TIFF（Tagged Image File Format）等。
它们各自具有特定的优势和适用范围，为不同领域的图像处理提供了多样化的选择。
此外，随着图像处理技术的不断发展，一些新的图像编码国际标准也在不断涌现。
比如，HEVC（High Efficiency Video Coding）是一种针对视频编码的国际标准，它能够在保持高清画质的同时显著减小视频文件的大小，为高清视频传输和存储提供了更好的支持。
总的来说，图像编码国际标准在数字图像处理中起着至关重要的作用，它们为图像的压缩、存储和传输提供了统一的规范，推动了图像处理技术的不断进步。
随着技术的不断发展，我们相信会有更多更好的图像编码国际标准涌现，为数字图像处理领域带来更多的创新和发展。
图像编解码技术及应用
图像编解码技术及应用1. 什么是图像编解码技术？图像编解码技术（Image Encoding and Decoding）是指一系列将图像信号转换成数字信号的技术，也包括将数字信号还原成原始图像的技术。
图像编解码技术广泛应用于数字图像处理、数字图像传输和储存等领域，使得图像能够更加便捷地传输和存储。
常见的图像编解码技术包括JPEG、PNG、GIF等。
其中，JPEG是最常见的图像编解码技术之一，适用于不带透明度的复杂色彩图像。
PNG则适用于带透明度的复杂色彩图像，但其文件大小比JPEG大。
GIF则适用于简单色彩图像和动态图像。
2. 图像编解码技术的原理图像编解码技术的原理是将原始图像转化成数字信号，再传输或储存这些数字信号。
具体的过程包括以下几个步骤：1.采样和量化：将原始图像按照一定的采样率进行采样，并对采样到的数字信号进行量化，即将其转化为离散的数字。
2.编码：对采样和量化后的数字信号进行编码，将其转换为二进制码。
3.压缩：为了降低文件大小，图像编解码技术通常采用压缩技术对编码后的二进制码进行压缩。
4.解码：将压缩后的二进制码转化成编码前的二进制码。
5.重构：根据解码后的二进制码，重构出原始的图像。
3. 图像编解码技术的应用图像编解码技术在数字图像处理、数字图像传输和储存等领域中得到了广泛应用。
在数字图像处理领域，图像编解码技术可以用于图像的修改、增强和复原，例如对图像进行缩放、旋转和修复等操作。
在数字图像传输领域，图像编解码技术可以用于图像的网络传输和无线传输，例如在网络视频会议中传送视频图像，或者在移动设备间传送图像。
在数字图像储存领域，图像编解码技术可以降低图像文件的大小，从而节约储存空间和传输带宽。
例如，JPEG是最常用的图像储存格式之一。
4. 图像编解码技术的未来发展随着计算机技术和互联网技术的发展，图像编解码技术也在不断地发展和创新。
一方面，图像编解码技术的编码器和解码器都在不断地优化和改进，以提高图像编解码的效率和准确性，并能够处理更加复杂和高清晰度的图像。
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变长编码
用短码来表示出现多的灰度级 用长码表示出现少的灰度级
• 哈夫曼编码
信源消减 对每个信源符号赋值
5.4 哈夫曼编码
5.4 哈夫曼编码
5.4 哈夫曼编码
5.4 哈夫曼编码
• 哈夫曼码改型
亚最优 牺牲编码效率来换取编码速度
• 截断哈夫曼码
只一部分用哈夫曼编码
• 平移哈夫曼码
5.7 有损预测编码
5.8 变换编码
5.8 变换编码
• 变换编码
（1）构造子图象 子图象尺寸影响
（2）变换 变换的选择
（3）量化 分区编码 阈值编码
（4）符号编码
5.8 变换编码
5.8 变换编码
• 变换编码
• （2）变换
变换的选择
压缩并不是在变长步骤取得的 是在量化变换的系数时取得的
变换将图象能量或信息集中于某些系数
5.1 数据冗余和压缩
5.1 数据冗余和压缩
5.1 数据冗余和压缩
• 心理视觉冗余
眼睛对某些视觉信息更敏感 人对某些视觉信息更关心 心理视觉冗余与实在的视觉信息联系 量化操作，损失不可逆转
5.1 数据冗余和压缩
5.2 图象保真度
• 图象保真度
信息保存型 信息损失型 描述解码图象相对于原始图象的偏离程度 对信息损失的测度
• 数据压缩
给定量信息，减少数据量 用给定数据量，携带更多信息量
5.1 数据冗余和压缩
5.1 数据冗余和压缩
5.1 数据冗余和压缩
• 数据冗余
（1）象素相关冗余 空间冗余，几何冗余
（2）编码冗余 与概率特性有关
（3）心理视觉冗余 与主观感觉有关
5.1 数据冗余和压缩
• 象素相关冗余
同一目标的象素之间有相关性 每个象素所携带的信息相对较少 映射：2－D象素矩阵 —》其他表达形式
• （4） 符号编码
5.5 位平面编码
• 游程编码
1－D游程编码
将连续的游程用游程的长度来编码 用变长码对游程的长度编码
5.5 位平面编码
5.6 无损预测编码
5.6 无损预测编码
5.6 无损预测编码
5.7 有损预测编码
5.7 有损预测编码
5.7 有损预测编码
5.7 有损预测编码
5.7 有损预测编码
5.7 有损预测编码.4 哈夫曼编码
5.4 哈夫曼编码
5.4 哈夫曼编码
• 截断哈夫曼码
前M个符号用哈夫曼编码 其余用前缀码+定长码（自然码）
• 平移哈夫曼码
分组：相同符号数 用哈夫曼编码编第一组 其余组用平移符号+第一组哈夫曼码
5.5 位平面编码
5.5 位平面编码
5.5 位平面编码
5.2 图象保真度
• 主观保真度准则
主观测量图象的质量 应用不方便
• 客观保真度准则
用编码输入图与解码输出图的某个确定函数表示损失 的信息量
便于计算或测量
5.2 图象保真度
5.3 无失真编码定理
5.3 无失真编码定理
5.3 无失真编码定理
5.3 无失真编码定理
5.3 无失真编码定理
5.4 哈夫曼编码
KLT最优。但计算量非常大 正弦类变换（如DFT和DCT）较优 非正弦类变换（如WHT）实现简单
5.8 变换编码
5.8 变换编码
• （3） 量化 阈值编码
随子图象不同而保留不同位置变换系数 （1）对所有子图象用一个全局阈值 （2）对各个子图象分别用不同的阈值 （3）根据子图象中各系数的位置选取阈值
数字图象处理
第5章 图像编码技术
吉林大学 计算机学院
第5章 图像编码技术
• 5.1 数据冗余和压缩 • 5.2 图象保真度 • 5.3 无失真编码定理 • 5.4 哈夫曼编码 • 5.5 位平面编码 • 5.6 无损预测编码 • 5.7 有损预测编码 • 5.8 变换编码
5.1 数据冗余和压缩
• 图象编码 数据：信息的载体 信息：媒体所携带的内容