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1、,第七讲图像的编码与压缩,、引言数据压缩最初是信息论研究中的一个重要课题,在信息论中数据压缩被称为信源编码。但近年来,数据压缩不仅限于编码方法的研究与探讨,己逐步形成较为独立的体系。它主要研究数据的表示、传输、变换和编码方法,目的是减少存储数据所需的空间和传输所用的时间。,为什么要压缩?图像作为信息的重要表现形式,其具有数据量大、带宽宽等特点。需要增加信道,但这很有限,因为信道的增加永远赶不上信息的爆炸式增长,况且还要受到环境的限制。必须减少表示图像的数据量,以达到压缩图像数据的目的,图像数据的特点之一是信息量大。以像幅为23cm23cm的航摄影像为例,若按采样间隔25um、每象素8bit扫描
2、,其数据量为84.5MB颗卫星每半小时发回一次全波段(五个波段)数据,每个波段图像大小为22922190字节约4.90MB,每天的数据量高达1.2GB。如此海量数据需要巨大的存储空间。在多媒体中,海量图像数据的存储和处理是难点之一。根据计算,一张600M字节的光盘,能存放20秒左右的640480像素的图像画面信息,如不进行编码压缩处理,多媒体信息保存有多么困难是可想而知的。在现代通信中,图像传输已成为重要内容。除要求设备可靠、图像保真度高以外,实时性将是重要技术指标之很显然,在信道带宽、通信链路容量一定的前提下,采用编码压缩技术,减少传输数据量,是提高通信速度的重要手段。没有图像编码压缩技术的
3、发展,大容量图像信息的存储与传输是难以实现的,多媒体、高速信息公路等新技术在实际中的应用会碰到很大困难。,2.为什么能压缩?般图像中,存在很大的冗余度到底能压缩多少,除了和图像本身存在的冗余度多少有关外,很大程度取决于对图像质量的要求。例如:广播电视要考虑艺术欣赏,对图像质量要求就很高,用目前的编码技术,即使压缩比达到3:1都是很困难的。而对可视电话,因画面活动部分少,对图像质量要求也低,可采用高效编码技术,使压缩比高达1500:1以上。目前高效图像压缩编码技术已能用硬件实现实时处理,在广播电视、工业电视、电视会议、可视电话、传真和互连网、遥感等多方面得到应用,数字图像的冗余主要表现为以下几种
4、形式空间冗余、时间冗余、视觉冗余、信息熵冗余、结构冗余空间冗余:图像内部相邻像素之间存在较强的相关性所造成的冗余。时间冗余:视频图像序列中的不同帧之间的相关性所造成的冗余视觉冗余:是指人眼不能感知或不敏感的那部分图像信息。,信息熵冗余:也称编码冗余,如果图像中平均每个像素使用的比特数大于该图像的信息熵,则图像中存在冗余,这种冗余称为信息熵冗余结构冗余:是指图像中存在很强的纹理结构或自相似性。,图像数据的这些冗余信息为图像压缩编码提供了依据。例如,利用人眼对蓝光不敏感的视觉特性,在对彩色图像编码时,就可以用较低的精度对蓝色分量进行编码图像编码的目的就是充分利用图像中存在的各种冗余信息,特别是空间冗余、时间冗余以及视觉冗余,以尽量少的比特数来表示图像利用各种冗余信息,压缩编码技术能够很好地解决在将模拟信号转换为数字信号后所产生的带宽需求增加的问题,它是使数字信号走上实用化的关键技术之一,下表中列出了几种常见应用的码率,图像压缩编码的概念图像数据的压缩和编码表示。图像压缩编码系统图像编码:对图像信息进行压缩和编码,在存储、处理和传输前进行,也称图像压缩图像解码:对压缩图像进行解压以重建原图像或其近似图像。,
