第10章_图像编码_无损编码
编码理论第一章
编码理论——绪论
14
译码就是把编码器输出的编码信号进行反变换。一般认为 这种变换是可逆的。译码器也可分成信源译码器和信道译码 器及保密译码器三种。信宿是消息传送的对象，即接收消息 的人或机器。图1-1给出的模型只适用于收发两端单向通信的 情况。它只有一个信源和一个信宿，信息传输也是单向的。 更一般的情况是：信源和信宿各有若干个，即信道有多个输 入和多个输出，另外信息传输也可以双向进行，例如广播通 信是一个输入、多个输出的单向传输的通信，而卫星通信则 是多个输入、多个输出的多向传输的通信。
率失真信源编码理论是信源编码的核心问题是编码理论绪论20随着数学理论如小波变换分形几何理论数学形态学等以及相关学科如模式识别人工智能神经网络感知生理心理学等的深入发展世界范围内的有关专家一直在追求寻找现有压缩编码的快速算法同时又在不断探索新的科学技术在压缩编码上的应用因此新颖高效的现代压缩方法相继产生
编码理论——绪论
11
存在着各种天然和人为干扰使被传信号产生错误。除此以 外，非指定用户或敌人还会通过各种方法(如搭线、电磁波接 收、声音接收等)对所传输的信号进行侦听(称被动攻击)。更 有甚者，有些非法入侵者主动对系统进行骚扰，采用删除、 更改、增添、重放、伪造等手段，向系统注入信号或破坏被 传的信号，以达到欺骗别人，有利于自己的目的，这种攻击 称为主动攻击。因此,保护系统中所传消息的真实性、完整性， 是一个更为困难的问题，也是密码系统所必须完成的另一个 更为艰巨的任务。
编码理论——绪论
21
用SOFM算法所生成的码本就很少依赖于初始码本，且生成 的码本的拓扑结构能用来进一步提高编码效率和降低计算复 杂度。然而，现有的一些用于编码的神经网络模型都是在模 拟人脑功能的思想下建立的，没有考虑信源的特点和肉眼的 视觉机理，因此压缩效果不太理想。从理论上讲，神经网络 可以模拟肉眼的信息处理过程。这种模拟不限于网络结构方 面，还包括网络的学习机制；但大多数神经网络的学习算法 中，使用的只是均方误差或P阶矩误差失真准则，也没有考虑 人类视觉系统的特性。
樊昌信《通信原理》(第7版)名校考研真题(信源编码)【圣才出品】
第10章信源编码一、填空题1．脉冲编码调制（PCM）中最常见的二进制码包括：自然二进制码、______和______。
[北科2011研]【答案】折叠二进制码；反射二进制码（格雷码）【解析】通常把从模拟信号抽样、量化，直到变换成为二进制符号的基本过程，称为脉冲编码调制，常用的码型有自然二进制码、折叠二进制码和反射二进制码（又称格雷码）。
2.在模拟信号的数字化过程中，按奈奎斯特速率对模拟基带信号取样，______失真。
进一步在取值域上离散-量化，______失真。
[北科2010研]【答案】无；量化【解析】在模拟信号数字化的过程中，按奈奎斯特速率抽样，所得样值序列含有基带信号的全部信息，故信号无失真；但在量化时有失真，且失真与量化电平数有关，量化级数越多，量化失真越小，属于限失真。
3．对某模拟信号进行线性PCM编码，设抽样频率为8KHZ，编码位数为7，则此PCM 信号的信息速率为______；当抽样频率不变而编码位数由7增大到12时，量化信噪比提高______dB。
[华中科技大学2002研]【答案】56 kbit／s；30【解析】PCM 信号的信息速率b s R f n =⋅，其中n 为每个抽样值所对应的编码位数。
对于一M 个量化电平的线性量化器，其量化信噪比2qq S M N ≈，编码位数2log N M =。
4．A 率PCM 基群共包括______个时隙，每个时隙为______μs；帧长为______比特，因此基群总比特率为______Mbps 。
[南京大学2010研]【答案】32；3.9；256；2.048【解析】语音信号的采样频率取8kHz ，则采样间隔为1/8kHz ＝125μs。
A 律PCM 基群有32个时隙，每个时隙＝3.9μs；每个时隙中填充一个8比特码字，此32个时隙构成一帧，则帧长＝256bit ，总比特率。
5．在信源编码中，______是信源编码和数据压缩的理论基础。
[北邮2006研]【答案】信源的冗余度二、选择题1．模拟信号进行波形编码成为数字信号后（ ）。
第10章课后习题
f(t)
A
T/2
T
0
t
-A
图 P8-1
解：（1）为了使匹配滤波器是可实现的，因此 要求最大输出信噪比时刻应该在T以后，一般情 况取T时刻，即最大输出信噪比时刻t0在T处
（2）匹配滤波器的冲激响应为：
h (t) f(t0 t) f(T t)，其波形如图a
匹配滤波器输出为： y ( t) h ( t) f( t) f( T t) f( t)
m mq
95
x4
7
1 2
*
D4
95 (64 7.5*4)
95 94
2、若数字消息序列为11011100010，试画出二进制ASK， FSK，PSK和DPSK信号的波形图。
2、若数字消息序列为11011100010，试画出二进制ASK， FSK，PSK和DPSK信号的波形图。
解： 1 1 0 1 1 1 0 0 0 1 0
ASK FSK
PSK
DPSK
３、编写出００００ ００００ ００００ ００００ 的ＨＤＢ３码。
0000 0000 0000 0000
+B 0 0 +V - B 0 0 -V +B 0 0 +V -B 0 0 -V
5-12. 设某数字基带传输的传输特性H（ω）如下图所示。
解：每路的信息速率为：RB1＝8000×log28＝24 Kbit/s 10路PCM的信息速率为：RB＝24 Kbit/s×10＝240 Kbit/s
为了保证此时分复用信号能无误码地进行传输， 要求系统的最小带宽为：B＝0.5RB＝120 KHz
9-14. 单路话音信号的最高频率为4kHz，抽样速率为 8kHz，以PCM方式传输。设传输信号的波形为矩形
第5章-图象编码技术2
如果平均比特数不能达到最小，就说明存在编码冗余。
6
例：自然码与变长码
sk
0
1 2 3 4 5 6 7
Ps(sk) 自然码
0.02
0.05 0.09 0.12 0.14 0.20 0.22 0.16
自然码长
3
3 3 3 3 3 3 3
变长码
00111
00110 0010 011 010 11 10 000
i 1
Jn
L’avg代表对应单符号信源n阶扩展信源的码字平均长度。
上式除以n后，可以获得：
lim
n
L'avg H (u ) n
零记忆信源的无失真编码定理
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零记忆信源的无失真编码定理
通过对信源的无穷长扩展的编码，可以使L’avg/n任意接近H(u).
B ' {1 , 2 ,..., J n }
产生的概率
i 为其中的一个块变量（n个符号组成），信源
P(i ) P(bj1 )P(bj2 )...P(bjn )
信源的熵：
H (u' ) P(i ) log P(i ) nH (u)
i 1
Jn
可从产生n个符号的自信息考虑。
变长码长
5
5 4 3 3 2 2 3
000
001 010 011 100 101 110 111
定长码 平均码长 3 变长码 平均码长 2.81 压缩比 3/2.81 = 1.068
7
3、心理视觉冗余 人们对视觉信息不是有相同的关心程度。 具体与人们的观察方式有关。 心理视觉冗余与实在的视觉信息密切相连，消除视觉冗余导致定量 信息的损失，因此这个过程也称作量化 电视中的各行扫描 ----- 视觉冗余的具体事例 编码器 输入图 映射器 量化器 符号编码器
ICD-10诊断编码编码查找方法
ICD-10诊断编码编码查找方法疾病分类编码的查找方法分为三个步骤:首先，确定主导词其次，在第三卷索引中查找编码最后，在第一卷中核对编码。
对于肿瘤的编码操作，由于它具有两个编码，所以要两次操作。
（一）主导词的选择主导词指第三卷索引中的黑体字词，其选择方法如下:1.疾病的主导词主要是由疾病诊断中的临床表现担任，常常被置于诊断术语的尾部。
2.疾病的病因常常可以作为主导词，但细菌、病毒虽然是病因，却不能作为主导词，此时还要以临床表现为主导词。
3.以人名地名命名的疾病（包括综合征），可以直接查找。
英文以该国发音为准进行汉字翻译。
4.寄生虫病可以查“侵染”。
5.“综合征”可以作为主导词，但其下的修饰词不含有人名和地名。
6.以“病”结尾的诊断，首先要按全名称查（去除明显的修饰词），如果查不到，可以将“病”作为主导词。
7.第十五章妊娠、分娩和产褥期是对其并发症的分类，从时间上可分为三个阶段，妊娠阶段的并发症主要以“妊娠”为主导词，分娩阶段的并发症主要以“分娩”为主导词，产后阶段的并发症主要以“产褥期”为主导词。
除上述三个主要主导词外，其他主导词也可以查到相同的编码，但不如上述三个主导词收集的修饰词那样集中。
8.损伤如果指出了类型，如：脱位，撕裂，就要以损伤的类型作为主导词。
如果指出的是“砍伤”、“穿刺伤”等具有开放性的损伤，要以“伤口”为主导词，没有指出任何类型的以“损伤”为主导词。
9.部位一般都不能做主导词，但是当部位这个词作为被修饰词时，可以作为主导词。
（二）在第三卷索引中查找编码首先，识别疾病诊断的类型，在三个索引中选定适当的索引进行查找。
1.主导词的查找在索引中主导词的查找方法有三种：（1）首字笔画查找法（2）首字拼音查找法（3）书眉拼音查找法2．编码的查找应注意以下四点：（1）阅读并遵循主导词下面注释的指导。
（2）要阅读主导词后面圆括号内的修饰词，阅读主导词下面缩排的修饰词，直到诊断表达的所有信息都被考虑了为止。
第十一章图像编码基础
§11.1基本概念
一、数据冗余 数据中有些数据代表了无用的信息或者 是重复地表示了其他数据已表示的信息。
1 RD 1 CR n1 CR n2 第一个数据集合（相对于第二个 数据集合）的相对数据冗余 压缩率
其中n1和n2 分别代表用来表达相同信息的 两个数据集合中的信息载体单位的个数。
图像压缩中有三种数据冗余
第十一章图像编码基础
一、编码依据 1、图像中像素间具有相关性、编码的目的是 减少其相关冗余数据； 2、人眼对图像中某些信息不敏感，可以在一 定限度内压缩图像。 二、常用的三类压缩方法 1、信息保持编码 信息无丢失、无失真编码 2、保真度编码 在允许一定失真条件或一定的保真度准则 下进行压缩编码
3、特征提取 只对感兴趣的区域进行特征信息编码。 三、具体压缩方法 1、平均信息法 如：哈夫曼编码、香农编码、费诺编码。 2、预测法 3、变换法 4、其他编码方法 如 游程编码、轮廓编码等。
M 1 N 1 x 0 y 0 2 max
ˆ ( x, y ) f ( x, y )]2 [ f
]
2、主观保真度准则
1 2 3 4
优秀 图像质量非常好，如同人能想象出的最好质量。 良好 图像质量高，观看舒服，有干扰但不影响观看。 可用 图像质量可接受，有干扰但不太影响观看。 刚可看 图像质量差，干扰有些妨碍观看，观察者希 望改进 5 差 图像质量很差，妨碍观看的干扰始终存在， 几乎无法观看。 6 不能用 图像质量很差，不能使用。
b4
b5
001
00001
0 .08 1101
b6
b7
0.06 1110 0.03 11000 0.02 11011
00010
00011
第10章多媒体_d
多媒体技术的应用
主 要 内 容
10.1
10.2 10.3 10.4 10.5
多媒体及多媒体计算机概述
多媒体图像处理 多媒体音频处理 多媒体视频 多媒体动画
《大学计算机基础教程》
高等教育“十一五”国家级规划教材
第10章 多媒体
10.1
10.1.1
10.1.2 10.1.3
多媒体及多媒体计算机概述
（4）动画
动画（Animation）与运动着的图像有关，动画在实质上就是一幅幅静态 图像的连续播放，因此特别适合描述与运动有关的过程，便于直接有效的理解。 动画因此成为重要的媒体元素之一。
（5）视频
视频（Video）是图像数据的一种，若干有联系的图像数据连续播放就形 成了视频。计算机视频是数字信号，视频图像可以来自录像带、摄像机等视频 信号源的影像，这些视频图像使多媒体应用系统功能更强、更精彩。
第10章 多媒体
10.1.2
多媒体计算机的基本组成
2．多媒体计算机硬件系统 （1）MPC硬件的配臵标准
按照MPC联盟的标准，多媒体计算机应包含5个基本单元： Pc机 CD-ROM驱动器 声卡 音箱 Windows操作系统 MPC标准是一个开放式的平台，用户可以在此基础上附加 其他的硬件，配臵性能更好、功能更强的MPC。
（2）多媒体计算机的关键硬件配臵
多媒体计算机最基本的硬件是声频卡（Audio Card）、视 频卡（Video Card）、CD-ROM光盘驱动器。在PC上配上声频卡 和CD-ROM就可构成多媒体计算机了。 根据实际需要，还可以将扫描仪等设备作为多媒体计算机 的硬件配臵。
《大学计算机基础教程》
高等教育“十一五”国家级规划教材 第10章 多媒体
第六章 图像编码基础(2015)
fˆn 是根据前面几个像素的亮度值
f n1, f n2 , , f nk
预测而得.
n fn fˆn
量化器：对n进行舍入，整量化.
编码器：可采用成熟的编码技术，如Huffman编码等.
解码器：编码器的逆.
线性预测器：
n1
fˆn F ( fn1, fn2 , , fnk ) ak fk , ak 1 k l
（5） 编码定理 问题：如何度量编码方法的优劣？（编码的性能参数）
➢图像信息熵与平均码字长度
令 d {d1, d2 , , dm} 是图像象素灰度级集合 其对应的频率为 p(d1), p(d2 ), , p(dm ) 定义
m
H (d ) p(di ) log 2 p(di )（单位：比特/象素） i 1
编码效率： H (d ) (%) 2.25 / 2.61 97.8%
R(d )
例6-2
信源符号
a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7
概率
编码过程
0.20
0
0.19 0.18
1
1
0.39
0.17 0.15 0.10 0.01
0
0
1 0.35
0
0
1 0.61
0
1 0.261ຫໍສະໝຸດ 0.11Huffman编码过程
根据图像像素灰度值出现的概率的分布特性而进行的压缩编码叫统 计编码。
几个基本概念
信源编码:通过对表示信息的数据体的形式的变换,祛除数据冗余,从而 达到以尽可能少的数据代码表示尽可能多的信息的目的,实现数据压 缩目标.
信道编码:主要指用于确保信道传输可靠性和安全性的各类纠错编码、 密码（加密）、信息隐藏等。通过信道编码，对数码流进行相应的处 理，使系统具有一定的纠错能力和抗干扰能力，可极大地避免码流传 送中误码的发生 .
医学信息学论文：手术与操作分类ICD-9-CM-3第九章、第十章、第十一章、第十二章-2013
四、手术编码分析
1、什么是血管腔内支架术 是放射介入治疗的一种； 选择性动脉栓塞术 区域性灌注疗法 血管性 血管腔内成形术 放射 血管腔内支架置入 介入 管道狭窄扩张内支架置放 经皮穿刺活组织检查 非血管性 经皮穿刺引流或造瘘 椎体成形术
四、手术编码分析
血管腔内成形的编码： 明确：具体操作血管：冠状动脉、入脑前动脉 (基底、颈、椎）、颅内动脉、周围动脉 支架：是否支架植入、支架类型 支架数量、血管数量 熟练掌握查找方法，正确使用索引 主导词：血管成形术 (P859) 插入- 支架 (P859)
四、手术编码分析
以二尖瓣为例 二尖瓣成形术(直视)(MVP)：35.12;39.61 查:瓣膜成形术- 心脏- -二尖瓣 - - - 开放性,不伴有置换 35.12(P407) 二尖瓣置换术(MVR)：35.2;39.61 (P117) 瓣膜类型：生物瓣、 机械瓣 查: 置换 – 心脏 - - 瓣膜 (P922) - - - 二尖瓣 35.2
ICD – 9 – CM - 3 第9-12章
中山大学附属第一医院 病案管理科 熊莺
第九章 心血管系统手术(35-39)
心脏、血管(动脉)(静脉)(毛细血管)
二、编码范围
本章不包括的内容： 1、动脉周围交感神经切除术 05.25； 2、冠状动脉经皮腔内血管成形术 00.66； 3、颅内、入脑前动脉经皮血管成形术 00.62;00.61； 4、颅内、入脑前动脉(基底、颈、椎动脉) 经皮支架置入术 00.65;00.64;00.63;
四、手术编码分析
血管腔内修补术的编码 例1：动脉瘤的腔内修复术
(索引P484) (类目P163) 查：动脉瘤内缝合术 - 用或伴- -血管内移植 - - - 上肢动脉 39.79 - - - 胸主动脉 39.73 - - - 腹主动脉 39.71
哈夫曼编码方法Huffman
为什么?
3 图像的无失真编码方法
自适应WBS编码
根据图像局部结构或统计特性，改变像素块 尺寸大小； 一维情况下，首先判断该行是否有1024个连 续白像素； 否则判断是否有64，16，4个连续白像素； 否则直接编码；
3 图像的无失真编码方法
1）白块跳过编码WBS
原理
对于一般白纸黑字的文件，总是白的面积大。因此 跳过白的行程，只对黑行程编码就可以压缩数据。 将每一扫描行分成若干段，每段包含n个像素。对 于全白段，给最短码字如0；而对于黑白相间或全 黑段，不进行压缩。 为区别全白段和有黑段，在编码前加1作为标志位。
一维WBS编码
3 图像的无失真编码方法
一维WBS编码平均码长
设全白段出现的概率是pw，则平均码长 1 1 Rn pw 1 1 pw n 1 1 pw n n 因此WBS 编码的效率取决于n和pw。
设n 5，求包含一个全白块、有黑块11010、 有黑块10000三块的WBS码。 解：全白块编码为0，有黑块11010编码为 111010，有黑块10000编码为110000， 所以编码为0111010110000。
从Lenna和Bob的差分图像的直方图看：
i 1 k i k 1
wn分成两组，
p；
i
n
Step 2 : 将两个子集分别编码0和1； Step3: 将两个子集重复Step1，同样上面子集编码0，下面编码1； Step 4 : 重复Step3，直到每个子集只有1个w为止。最后将编码依 次排出，得到Fano - Shannon编码。