第 章圖像處理技術(shù)2.1圖像的數(shù)據(jù)表示圖像的數(shù)據(jù)表示2.2常用的無損壓縮方法常用的無損壓縮方法2.3常用的有損壓縮方法常用的有損壓縮方法2.4圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)2.5常用的數(shù)字圖像技術(shù)常用的數(shù)字圖像技術(shù)2.6常用的圖像文件格式常用的圖像文件格式2.7用用ACDSee編輯圖像編輯圖像進進 度度2.1圖像的數(shù)據(jù)表示圖像的數(shù)據(jù)表示2.2常用的無損壓縮方法常用的無損壓縮方法2.3常用的有損壓縮方法常用的有損壓縮方法2.4圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)2.5常見的數(shù)字圖像技術(shù)常見的數(shù)字圖像技術(shù)2.6常用的圖像文件格式常用的圖像文件格式2.7用用ACDSee編輯圖像編輯圖像圖像的基本參數(shù)圖像的基本參數(shù)圖像的種類圖像的種類2.1.1 2.1.1 圖像的數(shù)據(jù)表示圖像的數(shù)據(jù)表示數(shù)字圖像灰度信息數(shù)字化數(shù)字化像素1124421112788721158558611685686116875421158416611483166112611111采采樣樣量量化化目的：用有限的數(shù)據(jù)來表示無限的數(shù)據(jù)目的：用有限的數(shù)據(jù)來表示無限的數(shù)據(jù)采樣采樣把一幅連續(xù)圖像在空間上分割為把一幅連續(xù)圖像在空間上分割為MN的網(wǎng)格，這樣，的網(wǎng)格，這樣，連續(xù)圖像在空間上離散化了。連續(xù)圖像在空間上離散化了。量化量化每個網(wǎng)格的像素值用一個亮度來表示，這樣，連續(xù)圖像每個網(wǎng)格的像素值用一個亮度來表示，這樣，連續(xù)圖像在幅值上離散化在幅值上離散化對一幅連續(xù)圖像進行采樣 圖像采樣后的結(jié)果圖像量化后的結(jié)果同樣大小的一幅原圖，如果數(shù)字化時同樣大小的一幅原圖，如果數(shù)字化時圖像分辨率高，則組成該圖的象素點圖像分辨率高，則組成該圖的象素點數(shù)目越多，看起來就越逼真。數(shù)目越多，看起來就越逼真。2.1.2 2.1.2 數(shù)字圖像的基本參數(shù)數(shù)字圖像的基本參數(shù)1、分辨率、分辨率一幅圖像的像素密度，與一幅圖像的像素密度，與采樣采樣相關(guān)相關(guān)圖像的下采樣結(jié)果1024*1024512*512256*256128*1286432相同屏幕分辨率的下采樣圖像1024*1024512*512256*256128*12864*6432*32幾個相關(guān)的概念：幾個相關(guān)的概念：顯示分辨率顯示分辨率(屏幕分辨率屏幕分辨率)：顯示器上能夠顯示出的像素數(shù)目，是：顯示器上能夠顯示出的像素數(shù)目，是顯示器的一個衡量指標(biāo)。如標(biāo)準(zhǔn)顯示器的一個衡量指標(biāo)。如標(biāo)準(zhǔn)VGA顯示模式的分辨率為顯示模式的分辨率為640480，即把屏幕分成，即把屏幕分成480行，每行行，每行640個像素，整個顯示屏個像素，整個顯示屏就含有就含有640480=307200個顯像點。此指標(biāo)越高越好個顯像點。此指標(biāo)越高越好(如如Retina)圖像分辨率圖像分辨率：數(shù)字化圖像中水平像素點和垂直像素點的個數(shù)。圖：數(shù)字化圖像中水平像素點和垂直像素點的個數(shù)。圖像分辨率決定了圖像的顯示質(zhì)量。像分辨率決定了圖像的顯示質(zhì)量。掃描或打印分辨率掃描或打印分辨率：每英寸：每英寸(=2.54cm)獲取或輸出多少個點，英獲取或輸出多少個點，英文簡寫作文簡寫作dpi(dots per inch)。它表示一臺儀器獲取、輸出圖像。它表示一臺儀器獲取、輸出圖像的細(xì)微程度，數(shù)字越大，得到的圖像越逼真。例如用的細(xì)微程度，數(shù)字越大，得到的圖像越逼真。例如用300dpi分辨分辨率來掃描率來掃描8英寸英寸10英寸的圖像，就得到英寸的圖像，就得到24003000像素的圖像。像素的圖像。一幅分辨率為一幅分辨率為320240像素的彩色圖像，在分辨率為像素的彩色圖像，在分辨率為640480像素的顯像素的顯示器上顯示，這時圖像在屏幕上的大小只占整個屏幕的示器上顯示，這時圖像在屏幕上的大小只占整個屏幕的1/4。反之，分辨。反之，分辨率為率為1024768像素的彩色圖像，在此顯示器上顯示時只能看到整幅圖像像素的彩色圖像，在此顯示器上顯示時只能看到整幅圖像的的1/4，需要卷屏才能看到圖像的其余部分。，需要卷屏才能看到圖像的其余部分。演示：色彩變化少演示：色彩變化少.bmp、卷、卷屏屏.jpg，后者使用，后者使用700W像素的照相機拍攝出來的像素的照相機拍攝出來的2、圖像深度、圖像深度與與量化量化相關(guān)相關(guān)圖像深度：記錄每個像素點所占的位數(shù)，決定了彩色圖像中可出現(xiàn)的最多顏色數(shù)。圖像深度：記錄每個像素點所占的位數(shù)，決定了彩色圖像中可出現(xiàn)的最多顏色數(shù)。圖像的每一個像素對應(yīng)的數(shù)據(jù)通常可以是一位或者多圖像的每一個像素對應(yīng)的數(shù)據(jù)通?？梢允且晃换蛘叨辔唬糜诖娣旁撓袼氐念伾?、亮度等信息，數(shù)據(jù)位數(shù)位，用于存放該像素的顏色、亮度等信息，數(shù)據(jù)位數(shù)越多，可以表達的顏色數(shù)目就越多。越多，可以表達的顏色數(shù)目就越多。n計算機中常用的圖像深度有計算機中常用的圖像深度有1位、位、8位、位、16位、位、24位、位、32位等位等。例如，。例如，當(dāng)圖像深度為當(dāng)圖像深度為1位時，每個像素點只有位時，每個像素點只有“0”和和“1”兩種取值，此時得到兩種取值，此時得到的圖像就是的圖像就是黑白圖像黑白圖像(二值圖像二值圖像)；當(dāng)圖像深度為；當(dāng)圖像深度為24位時，每個像素可用位時，每個像素可用R、G、B這這3個分量表示，每個分量使用個分量表示，每個分量使用8位，此時得到的圖像就是位，此時得到的圖像就是真彩色真彩色圖像圖像，共有共有282828=224=16777216=16M種顏色。種顏色。注意與注意與后面的后面的顯示深顯示深度度之間之間的區(qū)別的區(qū)別1位位8位位24位位3、顏色類型圖像中的每個像素值都分成圖像中的每個像素值都分成R、G、B三個基色分量，每個基色三個基色分量，每個基色分量直接決定其基色的強度分量直接決定其基色的強度(正是前面提到的每個分量用正是前面提到的每個分量用8位表位表示示)，這樣得到的顏色可以反映原圖的真實顏色。，這樣得到的顏色可以反映原圖的真實顏色。3、顏色類型偽彩色圖像的每個像素值實際上是一個索引值或代碼，該代偽彩色圖像的每個像素值實際上是一個索引值或代碼，該代碼值作為顏色查找表中某一項的入口地址，根據(jù)該地址可查碼值作為顏色查找表中某一項的入口地址，根據(jù)該地址可查找出包含實際找出包含實際R、G、B的強度值。的強度值。代碼代碼R R G G B B 顏色名稱顏色名稱 效果效果 0 0 0 0 黑(Black)1 0 0 128 深藍(Navy)2 0 128 0 深綠(Dark Green)3 0 128 128 深青(Dark Cyan)4 128 0 0 深紅(Maroon)5 128 0 128 紫(Purple)6 128 128 0 橄欖綠(Olive)7 192 192 192 灰白(Light gray)8 128 128 128 深灰(Dark gray)9 0 0 255 藍(blue)10 0 255 0 綠(green)11 0 255 255 青(cyan)12 255 0 0 紅(red)13 255 0 255 品紅(magenta)14 255 255 0 黃(Yellow)15 255 255 255 白(white)16色標(biāo)準(zhǔn)VGA調(diào)色板(類似旅行社組團，給每個團隊編號)3、顏色類型直接色的獲取是通過每個像素點的直接色的獲取是通過每個像素點的R、G、B分量分別作為單分量分別作為單獨的索引值進行變換，經(jīng)相應(yīng)的顏色變換表找出各自的基色獨的索引值進行變換，經(jīng)相應(yīng)的顏色變換表找出各自的基色強度，用變換后的強度，用變換后的R、G、B強度值產(chǎn)生的顏色。強度值產(chǎn)生的顏色。真彩色系統(tǒng)真彩色系統(tǒng)偽彩色系統(tǒng)偽彩色系統(tǒng)直接直接色系色系統(tǒng)統(tǒng)相同相同：都采用R、G、B分量決定基色強度相同相同：都采用查找表(數(shù)數(shù)值非顏色值值非顏色值)不同不同：直接色系統(tǒng)的基色強度經(jīng)變換后決定(間接索引，間接索引，數(shù)值非顏色值數(shù)值非顏色值)，真彩色系統(tǒng)的基色強度直接用R、G、B決定(直接決定，數(shù)值即直接決定，數(shù)值即顏色值顏色值)不同不同：直接色系統(tǒng)對R、G、B分量分別進行轉(zhuǎn)換(單獨索引單獨索引)，偽彩色系統(tǒng)把整個像素作為查找表的索引值進行彩色變換(整整體索引體索引)給定查找表或給定查找表或RGB值表，如何確定值表，如何確定某種顏色的幾種表示？某種顏色的幾種表示？4、顯示深度顯示深度：緩存中記錄屏幕上一個點的位數(shù)，也即顯示器可以顯示的顏色數(shù)。顯示深度：緩存中記錄屏幕上一個點的位數(shù)，也即顯示器可以顯示的顏色數(shù)。顯顯示示深深度度與與圖圖像像深深度度的的關(guān)關(guān)系系n顯示深度大于圖像深度：顯示的顏色完全取決于圖像的顏色定義n顯示深度等于圖像深度：能較真實地反映圖像文件的顏色效果n顯示深度小于圖像深度：顯示的顏色會出現(xiàn)失真8位8位8位8位8位8位8位顯示深度圖像深度8位8位8位8位8位8位顯示深度圖像深度8位8位8位8位8位顯示深度圖像深度演示演示5、圖像數(shù)據(jù)的容量 圖像數(shù)據(jù)量圖像的總像素圖像數(shù)據(jù)量圖像的總像素圖像深度圖像深度/8(Byte)640*480一幅一幅640480、真彩色的圖像，真彩色的圖像，其文件大小約為：其文件大小約為：64048024/8 0.88 M(Bytes)演示：色彩變演示：色彩變化少化少.bmp進進 度度2.1圖像的數(shù)據(jù)表示圖像的數(shù)據(jù)表示2.2常用的無損壓縮方法常用的無損壓縮方法2.3常用的有損壓縮方法常用的有損壓縮方法2.4圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)2.5常見的數(shù)字圖像技術(shù)常見的數(shù)字圖像技術(shù)2.6常用的圖像文件格式常用的圖像文件格式2.7用用ACDSee編輯圖像編輯圖像圖像的基本參數(shù)圖像的基本參數(shù)圖像的種類圖像的種類 位圖位圖通過顏色網(wǎng)格通過顏色網(wǎng)格(即即像素像素)來表現(xiàn)圖像。來表現(xiàn)圖像。記錄的是原始數(shù)據(jù)記錄的是原始數(shù)據(jù)，與分辨率有關(guān)與分辨率有關(guān)，放大，放大時需要復(fù)制像素時需要復(fù)制像素(出現(xiàn)鋸齒出現(xiàn)鋸齒)，縮小時需要丟，縮小時需要丟失像素失像素(丟失細(xì)節(jié)丟失細(xì)節(jié))，尤其放大時容易造成，尤其放大時容易造成失失真真2.1.22.1.2圖像的種類圖像的種類 矢量圖矢量圖通過通過數(shù)學(xué)定義的對象數(shù)學(xué)定義的對象(稱為矢量，稱為矢量，例如點、線等例如點、線等)來表現(xiàn)圖像。來表現(xiàn)圖像。記錄的是圖像記錄的是圖像的特征的特征，即按照記錄的指令來繪制圖像，即按照記錄的指令來繪制圖像，而不是顯示已經(jīng)創(chuàng)建好的圖像。而不是顯示已經(jīng)創(chuàng)建好的圖像。與分辨率與分辨率無關(guān)無關(guān)，縮放時不會丟失細(xì)節(jié)或降低質(zhì)量。，縮放時不會丟失細(xì)節(jié)或降低質(zhì)量。如一個圓可以用圓心、半徑來表示，一個如一個圓可以用圓心、半徑來表示，一個矩形可以用左上角、右下角坐標(biāo)來表示。矩形可以用左上角、右下角坐標(biāo)來表示。圖3-2 位圖及其局部的放大原圖原圖矢量圖的局部放大效果矢量圖的局部放大效果位圖的局部放大效果位圖的局部放大效果 矢量圖實際上是用數(shù)學(xué)方法來描述一幅圖矢量圖實際上是用數(shù)學(xué)方法來描述一幅圖先先將圖像分割為許多簡單部分，如點、線、圓、矩將圖像分割為許多簡單部分，如點、線、圓、矩形等，每一部分用一個數(shù)學(xué)表達式來表達，然后形等，每一部分用一個數(shù)學(xué)表達式來表達，然后按照矢量圖的語法編程，用相應(yīng)的命令來生成按照矢量圖的語法編程，用相應(yīng)的命令來生成 缺點是當(dāng)圖變得很復(fù)雜時，計算機要花費很長時缺點是當(dāng)圖變得很復(fù)雜時，計算機要花費很長時間去執(zhí)行繪圖指令。此外，間去執(zhí)行繪圖指令。此外，對于復(fù)雜的彩照對于復(fù)雜的彩照(如來如來自真實世界的彩照自真實世界的彩照)，很難用數(shù)學(xué)來描述，很難用數(shù)學(xué)來描述，因此就，因此就很難用矢量圖表示很難用矢量圖表示 注：注：由于計算機顯示器表現(xiàn)圖像的方式是由于計算機顯示器表現(xiàn)圖像的方式是在網(wǎng)格上顯示圖像，因此，無論是矢量圖在網(wǎng)格上顯示圖像，因此，無論是矢量圖還是位圖，在屏幕上都會顯示為像素還是位圖，在屏幕上都會顯示為像素位圖與矢量圖格式的比較位圖位圖矢量圖矢量圖實現(xiàn)技術(shù)實現(xiàn)技術(shù)像素像素表示圖像表示圖像計算機計算機指令指令表示圖像表示圖像適用領(lǐng)域適用領(lǐng)域彩色圖像，各種彩色圖像，各種數(shù)字設(shè)備采集數(shù)字設(shè)備采集的的圖像數(shù)據(jù)圖像數(shù)據(jù)以線條定位為主的以線條定位為主的電腦電腦繪圖繪圖，多用于印刷業(yè)、，多用于印刷業(yè)、廣告設(shè)計廣告設(shè)計特點特點占有存儲區(qū)大；占有存儲區(qū)大；可以進行壓縮；可以進行壓縮；適用的領(lǐng)域廣；適用的領(lǐng)域廣；顯示效果好；顯示效果好；存儲效率高存儲效率高(可利用圖庫可利用圖庫存儲類似的數(shù)據(jù)存儲類似的數(shù)據(jù))；易于實現(xiàn)各種移動、放易于實現(xiàn)各種移動、放縮等操作縮等操作繪圖工具繪圖工具Photoshopillustrator,CorelDraw進進 度度2.1圖像的數(shù)據(jù)表示圖像的數(shù)據(jù)表示2.2常用的無損壓縮方法常用的無損壓縮方法2.3常用的有損壓縮方法常用的有損壓縮方法2.4圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)2.5常見的數(shù)字圖像技術(shù)常見的數(shù)字圖像技術(shù)2.6常用的圖像文件格式常用的圖像文件格式2.7用用ACDSee編輯圖像編輯圖像HuffmanHuffman編碼編碼行程編碼行程編碼無損預(yù)測編碼無損預(yù)測編碼2.22.2常用的無損壓縮方法常用的無損壓縮方法通常的數(shù)據(jù)壓縮過程：通常的數(shù)據(jù)壓縮過程：輸入數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)編碼器編碼器(壓縮壓縮)存儲或網(wǎng)存儲或網(wǎng)絡(luò)傳輸絡(luò)傳輸解碼解碼(解壓縮解壓縮)輸出數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)圖像編碼算法分類：圖像編碼算法分類：Huffman編碼編碼：針對無記憶：針對無記憶信源信源(信源在不同時刻發(fā)出的信源在不同時刻發(fā)出的符號之間是無依賴的，彼此符號之間是無依賴的，彼此統(tǒng)計獨立的統(tǒng)計獨立的)，根據(jù)信息碼字，根據(jù)信息碼字出現(xiàn)出現(xiàn)概率的分布特征概率的分布特征進行壓進行壓縮編碼，尋找概率與碼字長縮編碼，尋找概率與碼字長度間的最佳匹配度間的最佳匹配預(yù)測編碼、變換編碼、行程預(yù)測編碼、變換編碼、行程編碼：編碼：假設(shè)信源發(fā)出的信息假設(shè)信源發(fā)出的信息序列是有記憶的序列是有記憶的(存在相關(guān)性存在相關(guān)性)，根據(jù)根據(jù)去除相關(guān)性去除相關(guān)性的原理達到的原理達到壓縮數(shù)據(jù)的目的壓縮數(shù)據(jù)的目的2.2.1 Huffman(2.2.1 Huffman(霍夫曼霍夫曼)編碼編碼 初始化，根據(jù)符號概率的大小按由大到小順初始化，根據(jù)符號概率的大小按由大到小順序?qū)π驅(qū)Ψ柗栠M行排序。進行排序。(排序排序)編碼步驟：編碼步驟：把概率最小的兩個符號組成一個新符號把概率最小的兩個符號組成一個新符號(節(jié)點節(jié)點)，即新符號的概率等于這兩個符號概率之和。即新符號的概率等于這兩個符號概率之和。(最小相加最小相加)重復(fù)第重復(fù)第步，直到形成一個符號為止，其概率等于步，直到形成一個符號為止，其概率等于1。從編碼樹的根開始回溯到原始的符號，對每一對分支標(biāo)從編碼樹的根開始回溯到原始的符號，對每一對分支標(biāo)上上“0”或或“1”。通常概率大的分支標(biāo)為。通常概率大的分支標(biāo)為1，小的分支標(biāo)為，小的分支標(biāo)為0。(標(biāo)號標(biāo)號)從根節(jié)點開始順著樹枝依次寫出每個分支的代碼，直從根節(jié)點開始順著樹枝依次寫出每個分支的代碼，直到葉子。到葉子。(編碼編碼)思想：打破思想：打破“平均主義平均主義”(回憶第三章回憶第三章“編碼編碼”)，按照概，按照概率高低分配：概率大的符號分配短碼，概率小的符號分配率高低分配：概率大的符號分配短碼，概率小的符號分配長碼長碼編碼舉例：編碼舉例：Aa1a2a3a4a5a6a7a8P(A)0.200.190.180.170.150.100.0050.005信源信源A的符號及其概率：的符號及其概率：編碼過程：編碼過程：(小的小的0，大的，大的1)a1 0.20a2 0.19a3 0.18a4 0.17a5 0.15a6 0.10a7 0.005a8 0.005100.01100.11100.26100.35100.39100.61101編碼編碼結(jié)果結(jié)果：010011111010110011000110000排序排序最小相加最小相加1標(biāo)號標(biāo)號編碼編碼符號a1a2a3a4a5a6a7a8碼字(Wi)w101w200w3111w4110w5101w61001w710001w810000 碼長()22333455編碼結(jié)果：編碼結(jié)果：平均碼長：平均碼長：)/(73.225005.0410.0315.0317.0318.0219.0220.0)(81i信源符號bitlaPLii81i2619.2)(log)()(iiaPaPXH145.1619.2:3信息熵：信息熵：理論壓縮比：理論壓縮比：實際壓縮比：實際壓縮比：1.173.2:38個符號至少要用個符號至少要用3位組成的代碼表示位組成的代碼表示(加以區(qū)分加以區(qū)分)，即，即000、001、010、011、100、101、110、111il練習(xí)練習(xí) 試對信源試對信源X：X1=0.25，X2=0.20，X3=0.25，X4=0.05，X5=0.10，X6=0.15進行進行Huffman編碼（要求寫出編碼過程）編碼（要求寫出編碼過程），并求出理論壓縮比和實際壓縮比。，并求出理論壓縮比和實際壓縮比。Huffman編碼的用途編碼的用途 右圖是右圖是前面前面的例子，按照常規(guī)編碼方法，表的例子，按照常規(guī)編碼方法，表示示8個符號至少需要個符號至少需要3位，如用位，如用000表示表示1，001表示表示2，111表示表示8。這就意味著每個像素。這就意味著每個像素用用3位，編碼這幅圖總共需要位，編碼這幅圖總共需要3*64=192位。位。按照按照Huffman編碼：編碼：統(tǒng)計結(jié)果如下：統(tǒng)計結(jié)果如下：符號符號12345678出現(xiàn)的次數(shù)出現(xiàn)的次數(shù)2461561039出現(xiàn)的概率出現(xiàn)的概率24/646/641/645/646/6410/643/649/64 編碼結(jié)果如下：編碼結(jié)果如下：平均碼長：平均碼長：(24+6*4+9*3)/64=169/64=2.641 編碼這幅圖像總共需要編碼這幅圖像總共需要24+6*4+9*3=169位位(=平均碼長平均碼長*總像素總像素)信息熵：信息熵：2.5754 理論壓縮比：理論壓縮比：3:2.5754=1.165 實際壓縮比：實際壓縮比：3:2.641=1.136(=192:169)符號符號12345678編碼結(jié)果編碼結(jié)果01110101001011111111010101100碼長碼長14544353如果在上表中，把概率小的如果在上表中，把概率小的符號標(biāo)記為符號標(biāo)記為1，把概率大的，把概率大的標(biāo)記為標(biāo)記為0，則可得到另一組，則可得到另一組霍夫曼碼：霍夫曼碼：上述過程的等價編碼樹：上述過程的等價編碼樹：w7w801w60101w5w3w40101w1w2010101111,01110,0110,010,001,000,11,1087654321wwwwwwww注意：注意：由上例可得，霍夫曼編碼的特點如下：由上例可得，霍夫曼編碼的特點如下：形成的編碼不是惟一的，但他們的形成的編碼不是惟一的，但他們的平均碼長是相同平均碼長是相同的的，不存在本質(zhì)上的區(qū)別。，不存在本質(zhì)上的區(qū)別。編碼后，形成一個編碼后，形成一個Huffman編碼表，解碼時必須參編碼表，解碼時必須參照該表，照該表，該表在存儲和傳輸時都會占有一定的空間和該表在存儲和傳輸時都會占有一定的空間和信道信道。但可幸的是，但可幸的是，Huffman碼自含同步的代碼，在碼自含同步的代碼，在編碼之后的碼流中編碼之后的碼流中不需要附加標(biāo)記符號不需要附加標(biāo)記符號(即解碼時用于即解碼時用于分割符號的特殊代碼，例如英文單詞之間需要添加空分割符號的特殊代碼，例如英文單詞之間需要添加空格作為分隔符格作為分隔符)，原因是解碼時可以按照，原因是解碼時可以按照Huffman碼本碼本身的特性加以區(qū)分身的特性加以區(qū)分(參加后頁參加后頁)根據(jù)符號集中各個符號出現(xiàn)的頻繁程度來編碼，根據(jù)符號集中各個符號出現(xiàn)的頻繁程度來編碼，出出現(xiàn)次數(shù)越多的符號，給它分配的代碼位數(shù)就越少，相現(xiàn)次數(shù)越多的符號，給它分配的代碼位數(shù)就越少，相當(dāng)于使用得越多的東西，放的位置越近當(dāng)于使用得越多的東西，放的位置越近(最小相加最小相加)Huffman碼碼沒有錯誤保護功能沒有錯誤保護功能。如果碼流中出現(xiàn)錯。如果碼流中出現(xiàn)錯誤，哪怕只有一位出錯，解碼時不但這個代碼會譯錯，誤，哪怕只有一位出錯，解碼時不但這個代碼會譯錯，更糟糕的是還會導(dǎo)致后面的代碼也會譯錯，這種現(xiàn)象更糟糕的是還會導(dǎo)致后面的代碼也會譯錯，這種現(xiàn)象成為錯誤傳播，計算機對這種錯誤也無能為力，說不成為錯誤傳播，計算機對這種錯誤也無能為力，說不出錯在哪里，更談不上去糾正它。例如出錯在哪里，更談不上去糾正它。例如01001111001，解碼后得到，解碼后得到a1,a2,a3,a6，如果第一，如果第一位就錯了，變成位就錯了，變成11001111001，則解碼后得到，則解碼后得到a4,a1,a3,a2.符號a1a2a3a4a5a6a7a8碼字(Wi)w101w200w3111w4110w5101w61001w710001w810000 由于由于Huffman碼是可變長的編碼，因此很難隨意查碼是可變長的編碼，因此很難隨意查找或訪問壓縮以后的內(nèi)容找或訪問壓縮以后的內(nèi)容對不同的無記憶信源，編碼的效率不同。當(dāng)信源概對不同的無記憶信源，編碼的效率不同。當(dāng)信源概率為率為2的負(fù)冪時，即的負(fù)冪時，即2-1,2-2時，效率最高；當(dāng)信源概率時，效率最高；當(dāng)信源概率相等時，效率最低相等時，效率最低(為什么？為什么？)。換言之，當(dāng)信源符號出。換言之，當(dāng)信源符號出現(xiàn)的概率相等時，無法壓縮；否則，信息熵必定小于現(xiàn)的概率相等時，無法壓縮；否則，信息熵必定小于最大值最大值(log2 n)，即存在冗余，因此就能壓縮，即存在冗余，因此就能壓縮舉例：舉例：4*4圖像，圖像，A8B2C4D2使用使用Huffman編碼時，要精確地統(tǒng)計出每個信源出編碼時，要精確地統(tǒng)計出每個信源出現(xiàn)的概率，所以，通常要進行兩次掃描：第一遍掃描現(xiàn)的概率，所以，通常要進行兩次掃描：第一遍掃描產(chǎn)生統(tǒng)計結(jié)果，第二遍掃描完成信源的編碼。產(chǎn)生統(tǒng)計結(jié)果，第二遍掃描完成信源的編碼。進進 度度2.1圖像的數(shù)據(jù)表示圖像的數(shù)據(jù)表示2.2常用的無損壓縮方法常用的無損壓縮方法2.3常用的有損壓縮方法常用的有損壓縮方法2.4圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)2.5常見的數(shù)字圖像技術(shù)常見的數(shù)字圖像技術(shù)2.6常用的圖像文件格式常用的圖像文件格式2.7用用ACDSee編輯圖像編輯圖像HuffmanHuffman編碼編碼行程編碼行程編碼無損預(yù)測編碼無損預(yù)測編碼2.2.22.2.2行程編碼行程編碼(Run-Length Coding,RLC)(Run-Length Coding,RLC)基本原理：用一個符號值或串長代替具有相同基本原理：用一個符號值或串長代替具有相同值的連續(xù)符號值的連續(xù)符號設(shè)圖像中的某一行或某一塊像素經(jīng)采樣或經(jīng)某種方法變換后的系數(shù)為設(shè)圖像中的某一行或某一塊像素經(jīng)采樣或經(jīng)某種方法變換后的系數(shù)為(x1,x2,xM)，某一行或某一塊內(nèi)像素值，某一行或某一塊內(nèi)像素值xi可分為可分為k段，長度為段，長度為li的連續(xù)串，的連續(xù)串，每個串具有相同的值，如下圖所示。那么，該圖像的某一行或某一塊可由每個串具有相同的值，如下圖所示。那么，該圖像的某一行或某一塊可由下面偶對下面偶對(gi,li)1ik來表示：來表示：(x1,x2,xM)(g1,l1)，(g2,l2)，(gk k,lk k)其中其中g(shù)i為每個串內(nèi)的代表值；為每個串內(nèi)的代表值；li為串的長度。為串的長度。左側(cè)圖像塊可編碼為：(4,8)，(5,6)，(6,10)，(7,4)，(8,4)，(9,6)，(A,10)，(B,5)，(C,3)行程編碼的基本結(jié)構(gòu)圖：行程編碼的基本結(jié)構(gòu)圖：RLC多用于二值圖像的編碼中多用于二值圖像的編碼中 因為在二值序列中，只有因為在二值序列中，只有“0”和和“1”兩種符號兩種符號；這些符號交替出現(xiàn)，則可以直接記錄其行程長；這些符號交替出現(xiàn)，則可以直接記錄其行程長度。例如，一個二值信源符號序列為：度。例如，一個二值信源符號序列為：00001100111110001110000011，則可以將其編，則可以將其編碼為如下行程序列：碼為如下行程序列：42253352。若已知二值序列。若已知二值序列是從是從“0”開始，則很容易恢復(fù)成原來的信源符號開始，則很容易恢復(fù)成原來的信源符號序列。序列。多值信息多值信息的行程編碼：信息重復(fù)次數(shù)的行程編碼：信息重復(fù)次數(shù)+信息信息本身的值本身的值(或或 信息本身的值信息本身的值+信息重復(fù)次數(shù)，信息重復(fù)次數(shù)，兩者沒有本質(zhì)區(qū)別兩者沒有本質(zhì)區(qū)別)例如要編碼的字符串為例如要編碼的字符串為“AAABCDDDDDDDDBBBBB”，編碼后信息，編碼后信息壓縮為壓縮為“3ABC8D5B”。壓縮前后字符串的字。壓縮前后字符串的字符個數(shù)分別為符個數(shù)分別為18和和8，壓縮率為，壓縮率為18:8 二值信息二值信息的行程編碼：由于信息值非的行程編碼：由于信息值非0即即1，采用事先約定，可以省掉編碼中的信息本采用事先約定，可以省掉編碼中的信息本身的值，而只傳送信息重復(fù)次數(shù)，因而編身的值，而只傳送信息重復(fù)次數(shù)，因而編碼效率更高。碼效率更高。例如，例如，000111111000001111，假設(shè)行程以，假設(shè)行程以0開始，編碼為開始，編碼為3654，壓縮率為，壓縮率為18:4；假設(shè)行程；假設(shè)行程以以1開始，編碼為開始，編碼為03654，壓縮率為，壓縮率為18:5。行程編碼簡單直觀，編碼行程編碼簡單直觀，編碼/解碼速度快，因解碼速度快，因此許多圖形和視頻文件，如此許多圖形和視頻文件，如BMP、TIFF及及AVI等格式文件的壓縮中均采用此方法。等格式文件的壓縮中均采用此方法。進進 度度2.1圖像的數(shù)據(jù)表示圖像的數(shù)據(jù)表示2.2常用的無損壓縮方法常用的無損壓縮方法2.3常用的有損壓縮方法常用的有損壓縮方法2.4圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)2.5常見的數(shù)字圖像技術(shù)常見的數(shù)字圖像技術(shù)2.6常用的圖像文件格式常用的圖像文件格式2.7用用ACDSee編輯圖像編輯圖像HuffmanHuffman編碼編碼行程編碼行程編碼無損預(yù)測編碼無損預(yù)測編碼無損預(yù)測編碼系統(tǒng)的基本組成部分：2.2.32.2.3無損預(yù)測編碼無損預(yù)測編碼fn 是輸入圖像像素值，是輸入圖像像素值，nf是預(yù)測器輸出值是預(yù)測器輸出值 nnnffe是預(yù)測誤差是預(yù)測誤差 預(yù)測誤差的動態(tài)范圍會遠小于原始圖像序列的動態(tài)范圍，所以對預(yù)測誤差的預(yù)測誤差的動態(tài)范圍會遠小于原始圖像序列的動態(tài)范圍，所以對預(yù)測誤差的編碼所需的比特數(shù)會大大減少，這是預(yù)測編碼可獲得數(shù)據(jù)壓縮結(jié)果的原因。編碼所需的比特數(shù)會大大減少，這是預(yù)測編碼可獲得數(shù)據(jù)壓縮結(jié)果的原因。算法舉例：算法舉例：x預(yù)測類型預(yù)測類型預(yù)測值預(yù)測值0非預(yù)測非預(yù)測1a2b3c4a+b-c5a+(b-c)/26b+(a-c)/27(a+b)/2預(yù)測器類型預(yù)測器類型X的鄰域的鄰域_X_X再看一下是怎么樣實現(xiàn)無損解壓縮的。在解碼x時，a,b,c的值是已知的，由于解碼器中的預(yù)測器與編碼器中的相同，故可求出 =10+(10-12)/2=9，從而得到x=+en=9+1=10,證明了這種壓縮方法是無損的。_X假設(shè)上圖中a=10,b=10,c=12,x=10，利用第5種預(yù)測方案，得到X的預(yù)測值=10+(10-12)/2=9，則誤差en=X-=10-9=1。由于編碼en(=1)比編碼x(=10)所需要的編碼位數(shù)要少，故實現(xiàn)了壓縮。x實際上，線性預(yù)測編碼方法也稱差值脈沖編碼調(diào)制(DPCM)需要說明的是，很多時候并非單純使用某需要說明的是，很多時候并非單純使用某種統(tǒng)計編碼或預(yù)測編碼，需要和其他壓縮種統(tǒng)計編碼或預(yù)測編碼，需要和其他壓縮編碼技術(shù)聯(lián)合使用編碼技術(shù)聯(lián)合使用(例如先用例如先用Huffman編碼編碼，再用行程編碼。或者反過來，對此可參，再用行程編碼?；蛘叻催^來，對此可參見見JPEG壓縮算法壓縮算法)進進 度度2.1圖像的數(shù)據(jù)表示圖像的數(shù)據(jù)表示2.2常用的無損壓縮方法常用的無損壓縮方法2.3常用的有損壓縮方法常用的有損壓縮方法2.4圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)2.5常見的數(shù)字圖像技術(shù)常見的數(shù)字圖像技術(shù)2.6常用的圖像文件格式常用的圖像文件格式2.7用用ACDSee編輯圖像編輯圖像量化量化離散余弦變換離散余弦變換2.32.3常用的有損壓縮方法常用的有損壓縮方法2.3.12.3.1量化量化1、均勻標(biāo)量量化量化示意圖：(a)量化；(b)量化為8 bit 連續(xù)灰度值 量化值 (整數(shù)值)灰度標(biāo)度 灰度量化Zi1ZiZi1qi1qi125525412812710(a)(b)每個輸入被強行歸一到與其接近的某個輸出；每個輸入被強行歸一到與其接近的某個輸出；量化處理總是把一批輸入量化到一個輸出級別上，量化處理總是把一批輸入量化到一個輸出級別上，因此是一個因此是一個“多對一多對一”的映射，是的映射，是不可逆不可逆的的不同采樣點數(shù)對圖像質(zhì)量的影響(a)原始圖像(256256)；(b)采樣圖像1(128128)；(c)采樣圖像2(6464)；(d)采樣圖像3(3232)；(e)采樣圖像4(1616)；(f)采樣圖像5(88)不同量化級別對圖像質(zhì)量的影響(a)原始圖像(256色)；(b)量化圖像1(64色)；(c)量化圖像2(32色)；(d)量化圖像3(16色)；(e)量化圖像4(4色)；(f)量化圖像5(2色)非線性量化的基本思想是：非線性量化的基本思想是：對輸入信號進行量化時，對輸入信號進行量化時，變化小的變化小的輸入信號采用大的量化間隔，變化大的輸入信號采用小的量化輸入信號采用大的量化間隔，變化大的輸入信號采用小的量化間隔間隔，這樣就可以在滿足精度要求的情況下用較少的位數(shù)來表，這樣就可以在滿足精度要求的情況下用較少的位數(shù)來表示。示。一等獎數(shù)量、二等獎數(shù)量一等獎數(shù)量、二等獎數(shù)量2、非均勻標(biāo)量量化非均勻量化的例子進進 度度2.1圖像的數(shù)據(jù)表示圖像的數(shù)據(jù)表示2.2常用的無損壓縮方法常用的無損壓縮方法2.3常用的有損壓縮方法常用的有損壓縮方法2.4圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)2.5常見的數(shù)字圖像技術(shù)常見的數(shù)字圖像技術(shù)2.6常用的圖像文件格式常用的圖像文件格式2.7用用ACDSee編輯圖像編輯圖像量化量化離散余弦變換離散余弦變換變換編碼的基本原理變換編碼的基本原理：經(jīng)過變換后，變換域中的總能量不變，但經(jīng)過變換后，變換域中的總能量不變，但能量重新分能量重新分布布：大部分情況下集中于零空間頻率或低空間頻率對：大部分情況下集中于零空間頻率或低空間頻率對應(yīng)的變換系數(shù)，從而使圖像的相關(guān)性減少。同時，應(yīng)的變換系數(shù)，從而使圖像的相關(guān)性減少。同時，對對能量較大的變換系數(shù)分配較多的位數(shù)能量較大的變換系數(shù)分配較多的位數(shù)，而對能量較少，而對能量較少的元素則分配較少的位數(shù)或不分配位數(shù)，最終使得變的元素則分配較少的位數(shù)或不分配位數(shù)，最終使得變換域中分配的總位數(shù)比原圖像的總位數(shù)少，這樣就可換域中分配的總位數(shù)比原圖像的總位數(shù)少，這樣就可以使圖像所需傳送的位數(shù)減少，達到壓縮的目的。以使圖像所需傳送的位數(shù)減少，達到壓縮的目的。例如圖像信號的能量主要集中在例如圖像信號的能量主要集中在低頻低頻部分，可對主要的部分，可對主要的低頻分量進行編碼并做合理的位數(shù)分配低頻分量進行編碼并做合理的位數(shù)分配例如空間上具有強相關(guān)性的信號，反映在頻域上是能量例如空間上具有強相關(guān)性的信號，反映在頻域上是能量常常集中在某些特定區(qū)域內(nèi)，或是變換系數(shù)的矩陣其分常常集中在某些特定區(qū)域內(nèi)，或是變換系數(shù)的矩陣其分布具有規(guī)律性?？梢岳眠@些規(guī)律，布具有規(guī)律性?？梢岳眠@些規(guī)律，在不同的頻域上分在不同的頻域上分配不同的量化位數(shù)配不同的量化位數(shù)舉例舉例:1.y=cos(x)的頻域解釋的頻域解釋2.學(xué)籍表學(xué)籍表成績表成績表3.RGBYUV(參見參見后頁后頁)離散余弦變換(Discrete Cosine Transform,DCT)二維二維DCT的定義：的定義：),(2)12(cos2)12(cos)()(2),(1010jifNvjMuiMNvCuCvuFMiNj其中i,u=0,1,M-1，j,v=0,1,N-1，常數(shù)C(u)和C(v)由下式?jīng)Q定：其他時當(dāng)0)(122C在JPEG圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)中，一個圖像塊被定義為維數(shù)M=N=8。DCT變換的應(yīng)用舉例：變換的應(yīng)用舉例：),(16)12(cos16)12(cos4)()(),(7070jifvjuivCuCvuFij),(16)12(cos16)12(cos4)()(),(7070vuFvjuivCuCjifuv二維離散余弦變換：二維逆向離散余弦變換：圖像的像素值(空間域)f頻率系數(shù)(頻率域,或頻域)FF00稱為稱為DC系數(shù)系數(shù)，與，與f的平均值有關(guān)；其余值稱為的平均值有關(guān)；其余值稱為AC系系數(shù)數(shù)，分別代表逐步增加的水平空間頻率分量和垂直空間頻，分別代表逐步增加的水平空間頻率分量和垂直空間頻率分量的大小。率分量的大小。玄機：玄機：AC系數(shù)本質(zhì)上是像素變化的一種尺系數(shù)本質(zhì)上是像素變化的一種尺度：度：原矩陣中所有的值一樣原矩陣中所有的值一樣(對應(yīng)一幅只包含一種顏色沒有任何變化的對應(yīng)一幅只包含一種顏色沒有任何變化的圖像圖像)，這時候所有，這時候所有AC系數(shù)對應(yīng)余弦函數(shù)的和，它們將互相消去，系數(shù)對應(yīng)余弦函數(shù)的和，它們將互相消去，于是所有于是所有AC系數(shù)為系數(shù)為0；原矩陣中僅有一點變化原矩陣中僅有一點變化(對應(yīng)一幅顏色均勻變化而不太精細(xì)的圖像對應(yīng)一幅顏色均勻變化而不太精細(xì)的圖像)，則很多則很多AC系數(shù)為系數(shù)為0；原矩陣中有很大的變化原矩陣中有很大的變化(對應(yīng)一幅小范圍內(nèi)顏色變化劇烈的圖像，對應(yīng)一幅小范圍內(nèi)顏色變化劇烈的圖像，或一幅有許多精密細(xì)節(jié)的圖像或一幅有許多精密細(xì)節(jié)的圖像)：很少：很少AC系數(shù)為系數(shù)為0，或者都不為，或者都不為0F的傾向：隨著元素距離的傾向：隨著元素距離DC越來越遠，它的值就越來越小。越來越遠，它的值就越來越小。即即DCT把圖像的信息匯集到把圖像的信息匯集到F的左上角，這里包含了關(guān)于圖的左上角，這里包含了關(guān)于圖像的有用信息，而像的有用信息，而F的右下角幾乎不含有用信息，可以忽略。的右下角幾乎不含有用信息，可以忽略。為什么？因為當(dāng)為什么？因為當(dāng)u、v=7的時候，兩個余弦均接近的時候，兩個余弦均接近0005.001.002.0012.01.05.01.01.001.011.012.01.006.009.01.01.01.01.014.005.01.01.01.01.015.011.009.004.008.012.021.016.013.013.015.021.017.02.11.022.01.03.12.118.01.12.01.023.04.13.21.12.22.31.09.03.24.31.19.22.53.20演示演示離散余弦變換DCT是先將整體圖像分成NN像素塊，然后對NN像素塊逐一進行DCT變換。由于大多數(shù)圖像的高頻分量較小高頻分量較小，相應(yīng)于圖像高頻成分的系數(shù)經(jīng)常為零，加上人眼對高頻成分的失真不太敏感，所以可用更粗的量化可用更粗的量化，因此傳送變換系數(shù)所用的數(shù)碼率要大大小于傳送圖像像素所用的數(shù)碼率。到達接收端后再通過反離散余弦變換回到樣值，雖然會有一定的失真，但人眼是可以接受的。DCT變換的實際可行性：變換的實際可行性：由于一幅圖像大部分由低頻信息構(gòu)成，既然對描述圖像由于一幅圖像大部分由低頻信息構(gòu)成，既然對描述圖像不重要的信息集中在高頻，而矩陣不重要的信息集中在高頻，而矩陣F在高頻部分系數(shù)越在高頻部分系數(shù)越來越小，于是扔掉這些數(shù)據(jù)并不會對圖像的質(zhì)量帶來嚴(yán)來越小，于是扔掉這些數(shù)據(jù)并不會對圖像的質(zhì)量帶來嚴(yán)重影響。而在原始圖像中要實現(xiàn)這點是難以想象的：要重影響。而在原始圖像中要實現(xiàn)這點是難以想象的：要找出哪些像素對圖像的全貌是重要的，哪些是不重要的，找出哪些像素對圖像的全貌是重要的，哪些是不重要的，相當(dāng)困難相當(dāng)困難基于基于DCT的變換編碼原理：的變換編碼原理：原圖原圖(645600)進行進行DCT變換后的圖變換后的圖(某個通道某個通道)重構(gòu)的圖重構(gòu)的圖保留的低頻部分保留的低頻部分(387360)不同壓縮比的比較不同壓縮比的比較重構(gòu)的圖重構(gòu)的圖保留的低頻部分保留的低頻部分(258240)不同壓縮比的比較不同壓縮比的比較重構(gòu)的圖重構(gòu)的圖保留的低頻部分保留的低頻部分(130120)不同壓縮比的比較不同壓縮比的比較重構(gòu)的圖重構(gòu)的圖保留的低頻部分保留的低頻部分(6560)不同壓縮比的比較不同壓縮比的比較重構(gòu)的圖重構(gòu)的圖去掉前去掉前15行和列的低頻部分行和列的低頻部分(645600)低頻對圖像的影響低頻對圖像的影響DCT重構(gòu)演示重構(gòu)演示2.3.22.3.2變換編碼變換編碼典型的變換編碼系統(tǒng)框圖典型的變換編碼系統(tǒng)框圖1：變換編碼中對圖像數(shù)據(jù)的壓縮并不是在變換編碼中對圖像數(shù)據(jù)的壓縮并不是在變換步驟變換步驟取得的，而是在取得的，而是在量化步驟量化步驟取得的。換句話說，取得的。換句話說，量化是量化是圖像質(zhì)量下降的最主要原因圖像質(zhì)量下降的最主要原因。注意：注意：變換本身是可逆的、無損的，只是因為編碼過程中采變換本身是可逆的、無損的，只是因為編碼過程中采取了量化等有損編碼，才導(dǎo)致變換編碼屬于有損壓縮取了量化等有損編碼，才導(dǎo)致變換編碼屬于有損壓縮變換編碼系統(tǒng)框圖變換編碼系統(tǒng)框圖2：一個問題：實際中，不可能要求用戶自己一個問題：實際中，不可能要求用戶自己去手動調(diào)整應(yīng)該去除哪些系數(shù)、保留哪些去手動調(diào)整應(yīng)該去除哪些系數(shù)、保留哪些系數(shù)，用戶只關(guān)心結(jié)果系數(shù)，用戶只關(guān)心結(jié)果(效果效果)。這就意味著。這就意味著要有一個自動的算法要有一個自動的算法(統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn))，使得不，使得不管是什么源圖像，都能按照用戶的需要管是什么源圖像，都能按照用戶的需要(例例如壓縮比、保留的質(zhì)量等如壓縮比、保留的質(zhì)量等)自動地生成目標(biāo)自動地生成目標(biāo)圖像。圖像。隨之而來的兩個子問題：隨之而來的兩個子問題：去掉就是看作去掉就是看作0，怎么得到這個怎么得到這個“0”？另外，如何去除這些？另外，如何去除這些“0”？JPEG算法的量化表和算法的量化表和Z型掃描就是型掃描就是這樣提出來的。這樣提出來的。進進 度度2.1圖像的數(shù)據(jù)表示圖像的數(shù)據(jù)表示2.2常用的無損壓縮方法常用的無損壓縮方法2.3常用的有損壓縮方法常用的有損壓縮方法2.4圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)2.5常見的數(shù)字圖像技術(shù)常見的數(shù)字圖像技術(shù)2.6常用的圖像文件格式常用的圖像文件格式2.7用用ACDSee編輯圖像編輯圖像JPEG JPEG 標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)JPEG-2000JPEG-2000標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)JPEG(Joint Photographic Experts Group)基本系統(tǒng)的編碼和解碼詳基本系統(tǒng)的編碼和解碼詳細(xì)流程介紹：細(xì)流程介紹：2.42.4圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)2.4.1JPEG2.4.1JPEG標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)DCT量化變長編碼8*8f(I,j)F(I,j)量化表壓縮后數(shù)據(jù)反變長編碼“反”量化量化表反DCT數(shù)據(jù)信道編碼器解碼器 正向離散余弦變換正向離散余弦變換(FDCT)實驗表明，經(jīng)壓縮實驗表明，經(jīng)壓縮25倍還原后的彩色圖像與原圖相比，對非行家來說很難加以倍還原后的彩色圖像與原圖相比，對非行家來說很難加以區(qū)別。區(qū)別。主要技術(shù)：主要技術(shù)：量化量化 變長編碼變長編碼 差分脈沖編碼調(diào)制差分脈沖編碼調(diào)制(Differential Pulse Code Modulation,DPCM)對直流系數(shù)對直流系數(shù)(DC)進行編碼進行編碼 對交流系數(shù)對交流系數(shù)(AC)進行之字型掃描進行之字型掃描(Zigzag Scan)行程編碼行程編碼(RLC)對交流系數(shù)對交流系數(shù)(AC)進行編碼進行編碼 對上述編碼后的對上述編碼后的DC和和AC進行可變長度的進行可變長度的Huffman編編碼碼 一般來說，與圖像采用的色度空間無關(guān)，一般來說，與圖像采用的色度空間無關(guān)，JPEG算法可以壓縮來自不同彩色空間的數(shù)算法可以壓縮來自不同彩色空間的數(shù)據(jù)，例如據(jù)，例如RGB、YCrCb、CMYK等。等。JPEG通常采用的是通常采用的是YCrCb空間，這時效果空間，這時效果最好。最好。為什么？為什么？色彩空間：色彩空間：人眼對低頻數(shù)據(jù)比高頻數(shù)據(jù)具有更高的敏感度，同人眼對低頻數(shù)據(jù)比高頻數(shù)據(jù)具有更高的敏感度，同時，對亮度的改變也比對色彩的改變要敏感得多。時，對亮度的改變也比對色彩的改變要敏感得多。也就是說，也就是說，Y成分的數(shù)據(jù)是比較重要的，既然成分的數(shù)據(jù)是比較重要的，既然Cr、Cb成分的數(shù)據(jù)相對不那么重要，就可以只取部分成分的數(shù)據(jù)相對不那么重要，就可以只取部分來處理，以增加壓縮的比例來處理，以增加壓縮的比例亮度的量化表亮度的量化表在發(fā)送端進行正量化：在發(fā)送端進行正量化：F(i,j)=Round(f(i,j)/量化矩陣量化矩陣(i,j)在接收端進行逆量化：在接收端進行逆量化：g(i,j)=F(i,j)量化矩陣量化矩陣(i,j)色度的量化表色度的量化表取整函數(shù)取整函數(shù)量化量化DCTDCTZ Z字形掃描字形掃描變長編碼變長編碼RLCRLCDPCMDPCM 使用兩種不同的量化表的原因：使用兩種不同的量化表的原因：人眼對亮度信號比對色差信號更敏感，因此使用人眼對亮度信號比對色差信號更敏感，因此使用兩種量化表兩種量化表 人眼對低頻分量的圖像比對高頻分量的圖像更敏人眼對低頻分量的圖像比對高頻分量的圖像更敏感，因此表中的左上角的量化步長要比右下角的感，因此表中的左上角的量化步長要比右下角的量化步長要小量化步長要小 量化表的目的：把小的系數(shù)向量化表的目的：把小的系數(shù)向0靠近；靠近；取整的目的：把小數(shù)變成整數(shù)，得到真正的取整的目的：把小數(shù)變成整數(shù)，得到真正的0這跟手動去掉某些系數(shù)的目的是一樣的這跟手動去掉某些系數(shù)的目的是一樣的 采用的編碼：對量化后前后兩塊之間的采用的編碼：對量化后前后兩塊之間的DC系數(shù)差值進行編碼系數(shù)差值進行編碼(DPCM)，可以用較少的，可以用較少的位數(shù)位數(shù) DC系數(shù)是系數(shù)是64個圖像采樣平均值，個圖像采樣平均值，DC系數(shù)系數(shù)包含了整個圖像能量的主要部分包含了整個圖像能量的主要部分 特點：特點：1.系數(shù)的數(shù)值比較大系數(shù)的數(shù)值比較大 2.相鄰塊的相鄰塊的DC系數(shù)值變化不大，有強系數(shù)值變化不大，有強的相關(guān)性的相關(guān)性量化量化DCTDCTZ Z字形掃描字形掃描變長編碼變長編碼RLCRLCDPCMDPCM AC系數(shù)系數(shù)本質(zhì)上是像素變化的一種尺度：本質(zhì)上是像素變化的一種尺度：原矩陣中所有的值一樣：所有原矩陣中所有的值一樣：所有AC系數(shù)為系數(shù)為0 原矩陣中僅有一點變化：很多原矩陣中僅有一點變化：很多AC系數(shù)為系數(shù)為0 原矩陣中有很大的變化：很少原矩陣中有很大的變化：很少AC系數(shù)為系數(shù)為0，或，或者都不為者都不為0 像素值變化越快、越不均勻，則像素值變化越快、越不均勻，則AC系數(shù)對系數(shù)對應(yīng)越大的數(shù)值應(yīng)越大的數(shù)值 因此，因此，精細(xì)的圖像要比色彩變化很少的圖精細(xì)的圖像要比色彩變化很少的圖像難壓縮像難壓縮(演示演示)量化量化DCTDCTZ Z字形掃描字形掃描變長編碼變長編碼RLCRLCDPCMDPCM 假設(shè)假設(shè)AC系數(shù)很多是系數(shù)很多是0，則可以使用壓縮。應(yīng)該按，則可以使用壓縮。應(yīng)該按照什么順序排列呢？為了保證低頻分量先出現(xiàn)、照什么順序排列呢？為了保證低頻分量先出現(xiàn)、高頻分量后出現(xiàn)，采用高頻分量后出現(xiàn)，采用Z型掃描型掃描(Zig-Zag型掃描，型掃描，之之字形編排字形編排)。各個像素在排序后的位置如下，這各個像素在排序后的位置如下，這樣，在樣，在163序列中包含有許多序列中包含有許多“0”系數(shù)，且這些系數(shù)，且這些“0”是連續(xù)的。因此可采用是連續(xù)的。因此可采用行程編碼行程編碼進行壓縮。進行壓縮。量化量化DCTDCTZ Z字形掃描字形掃描變長編碼變長編碼RLCRLCDPCMDPCM Z型掃描的目的：符合型掃描的目的：符合“左上角左上角右下角右下角”(低頻低頻高頻高頻)的特性，并且的特性，并且使得使得“0”的個數(shù)盡可能的的個數(shù)盡可能的多。多。如如前面前面的例子，如果按照以下的方法：從最后一的例子，如果按照以下的方法：從最后一個個0開始，從右往左、從下往上掃描，遇到第一開始，從右往左、從下往上掃描，遇到第一個非個非0的值就停止。那么，將得到的值就停止。那么，將得到46個連續(xù)的個連續(xù)的“0”。而按照。而按照Z型掃描的方法，將得到型掃描的方法，將得到55個連續(xù)個連續(xù)的的“0”量化量化DCTDCTZ Z字形掃描字形掃描變長編碼變長編碼RLCRLCDPCMDPCM 熵編碼熵編碼為了進一步達到壓縮數(shù)據(jù)的目為了進一步達到壓縮數(shù)據(jù)的目的，需要對的，需要對DC碼和碼和AC碼再做熵編碼碼再做熵編碼量化量化DCTDCTZ Z字形掃描字形掃描變長編碼變長編碼RLCRLCDPCMDPCMJPEG算法的四種運行模式n無損壓縮算法，可以保證無失真地重建原始圖像；無損壓縮算法，可以保證無失真地重建原始圖像；n基于基于DCT的順序模式，按從上到下，從左到右的順序?qū)D像進行的順序模式，按從上到下，從左到右的順序?qū)D像進行編碼，稱為基本系統(tǒng)；編碼，稱為基本系統(tǒng)；n基于基于DCT的遞進模式，指對一幅圖像按由粗到細(xì)對圖像進行編碼的遞進模式，指對一幅圖像按由粗到細(xì)對圖像進行編碼：網(wǎng)上接收圖像的同時進行解壓縮時，有時會希望在圖像到達時能以網(wǎng)上接收圖像的同時進行解壓縮時，有時會希望在圖像到達時能以較快的速度得到輸出圖像的大致版本，然后圖像再慢慢清晰起來，較快的速度得到輸出圖像的大致版本，然后圖像再慢慢清晰起來，得到細(xì)節(jié)部分得到細(xì)節(jié)部分方式：先發(fā)送低頻分量，再發(fā)送高頻分量方式：先發(fā)送低頻分量，再發(fā)送高頻分量n分層模式，以各種分辨率對圖像進行編碼，可以根據(jù)不同的要求，分層模式，以各種分辨率對圖像進行編碼，可以根據(jù)不同的要求，獲得不同分辨率的圖像獲得不同分辨率的圖像該模式下，圖像以幾種遞增的分辨率存該模式下，圖像以幾種遞增的分辨率存儲，如一個儲，如一個10001000像素的圖像，可以存入一個像素的圖像，可以存入一個1010的小型版的小型版本，之后是本，之后是100100，最后是，最后是10001000。這些模式中的基本系統(tǒng)這些模式中的基本系統(tǒng)(順序模式順序模式)是各個是各個JPEG都必都必須支持的模式，它提供了適合大多數(shù)應(yīng)用場合的簡須支持的模式，它提供了適合大多數(shù)應(yīng)用場合的簡單高效的圖像編碼方案。單高效的圖像編碼方案。注注意意進進 度度2.1圖像的數(shù)據(jù)表示圖像的數(shù)據(jù)表示2.2常用的無損壓縮方法常用的無損壓縮方法2.3常用的有損壓縮方法常用的有損壓縮方法2.4圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)2.5常見的數(shù)字圖像技術(shù)常見的數(shù)字圖像技術(shù)2.6常用的圖像文件格式常用的圖像文件格式2.7用用ACDSee編輯圖像編輯圖像JPEG JPEG 標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)JPEG-2000JPEG-2000標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)2.4.2JPEG-20002.4.2JPEG-2000標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)JPEG-2000放棄了放棄了 JPEG 所采用的以所采用的以DCT變換為主的分塊編碼方式，而改用變換為主的分塊編碼方式，而改用以以小波變換小波變換(Wavelet transform)為主的多分辨率編碼方法。小波變換的主要目為主的多分辨率編碼方法。小波變換的主要目的是要將圖像不同分辨率的頻率成分抽取出來。的是要將圖像不同分辨率的頻率成分抽取出來。執(zhí)行執(zhí)行2次小波變換次小波變換后的結(jié)果圖后的結(jié)果圖原圖原圖第二級粗糙圖第二級粗糙圖第二級水平細(xì)節(jié)第二級水平細(xì)節(jié)第一級水平細(xì)節(jié)第一級水平細(xì)節(jié)第二級垂直細(xì)節(jié)第二級垂直細(xì)節(jié)第二級對角細(xì)節(jié)第二級對角細(xì)節(jié)第一級垂直細(xì)節(jié)第一級垂直細(xì)節(jié)第一級對角細(xì)節(jié)第一級對角細(xì)節(jié)JPEG-2000的圖像壓縮率可在的圖像壓縮率可在JPEG基礎(chǔ)上再提基礎(chǔ)上再提高高30%，而且壓縮后的圖像顯得更加細(xì)膩平滑。，而且壓縮后的圖像顯得更加細(xì)膩平滑。1.JPEG-2000的壓縮率更高，圖像還原質(zhì)量的壓縮率更高，圖像還原質(zhì)量好，誤碼魯棒性好，誤碼魯棒性(robustness to bit error)好。好。JPEG-2000標(biāo)準(zhǔn)的特點標(biāo)準(zhǔn)的特點：原圖原圖(48.9KB)JPEG壓縮圖壓縮圖(1.85KB)JPEG2000壓縮圖壓縮圖(1.79KB)通過上面三張圖的對比，原圖的文件大小是通過上面三張圖的對比，原圖的文件大小是48.9KB，而經(jīng)過壓縮后的，而經(jīng)過壓縮后的JPEG和和JPEG2000格式格式分別是分別是1.85KB和和1.79KB，雖然文件大小已經(jīng)相差，雖然文件大小已經(jīng)相差無幾，但是可以很直觀地看出兩者的區(qū)別：利用無幾，但是可以很直觀地看出兩者的區(qū)別：利用JPEG技術(shù)壓縮過的圖片已經(jīng)嚴(yán)重失色且有馬賽克；技術(shù)壓縮過的圖片已經(jīng)嚴(yán)重失色且有馬賽克；而而JPEG2000格式的圖片依然可以表現(xiàn)出人物的臉格式的圖片依然可以表現(xiàn)出人物的臉形輪廓，并且沒有嚴(yán)重的失色表現(xiàn)。形輪廓，并且沒有嚴(yán)重的失色表現(xiàn)。現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)上的現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)上的JPE