初识图像处理技术：数字图像压缩 |
您所在的位置：网站首页 › php 图片处理 无损 › 初识图像处理技术：数字图像压缩 |
初识图像处理技术：数字图像压缩
|
2022-12-04 更新：纪念博主的另一篇连载博客《漫谈计算机网络》完结啦！ 引流一下嘻嘻♥ 漫谈计算机网络 连载的所有章节👇： 1.漫谈计算机网络：概述 ------ 从起源开始到分层协议结构，初识究竟什么是计算机网络？ - slowlydance2me - 博客园 (cnblogs.com)
图像处理技术 相关知识目录（顺序）： 图像处理技术Digital Image Processing：导论 ----- 初始图像 - slowlydance2me - 博客园 (cnblogs.com) 图像处理技术：导论 ----- 图像工程 - slowlydance2me - 博客园 (cnblogs.com) 图像处理技术： 导论 ----- 图像处理系统 - slowlydance2me - 博客园 (cnblogs.com) 图像处理技术：MATLAB介绍 ----- 工作环境 - slowlydance2me - 博客园 (cnblogs.com) 图像处理技术：图像获取 ----- 三、MATLAB基础知识 - slowlydance2me - 博客园 (cnblogs.com) 图像处理技术：图像获取 ----- 图像获取过程以及相关函数 - slowlydance2me - 博客园 (cnblogs.com) 图像处理技术：图像变换 ----- 算数运算 与 集合变换 - slowlydance2me - 博客园 (cnblogs.com) 图像处理技术：图像变换 ------ 形态学变换 - slowlydance2me - 博客园 (cnblogs.com) 图像处理技术：图像变换 ----- 霍夫变换hough （局部特征检测） - slowlydance2me - 博客园 (cnblogs.com) 图像处理结束： 图像变化 ----- 傅里叶变换 FT / FFT （空间域转频率域 灰度函数转频率函数） - slowlydance2me - 博客园 (cnblogs.com) 图像处理技术：图像变换 ---- 离散余弦变换 DCT (图像压缩 低频) - slowlydance2me - 博客园 (cnblogs.com) 图像处理技术： 数字图像增强 ----- 一、图像空域增强 - slowlydance2me - 博客园 (cnblogs.com) 图像处理技术：数字图像增强 ----- 图像频域增强 DFT - slowlydance2me - 博客园 (cnblogs.com) 图像处理技术：数字图像复原 ----- 图像退化/复原、图像噪声、图像空域/频域恢复技术 - slowlydance2me - 博客园 (cnblogs.com) 图像处理技术：数字图像压缩 ----- 图像冗余、无损压缩、有损压缩、图像压缩标准 - slowlydance2me - 博客园 (cnblogs.com) 图像处理技术：数字图像分割 ------ 图像分割、边界分割（边缘检测）、区域分割 - slowlydance2me - 博客园 (cnblogs.com) 一、基本概念 数据压缩是指减少表示给定信息量所需的数据量。 • 图像冗余 对信息进行编码： • 出现概率较高的信息单元，赋予较短的编码; • 出现概率较低的信息单元，赋予较长的编码 这样，总的编码长度就能缩短不少。 图像冗余是数字图像压缩的主要问题 图像冗余定义：
数据压缩的本质是用尽量少的比特数表达尽可能多的灰度级。 当一幅图像的灰度级，直接用自然二进制编码来表示时，冗余总会存在。 在这种情况下处理编码冗余的根本基础就是： 图像是由具有规则的、在某种程度上具有可预测的形态（形状）和反射的对 象组成，并且通常对图像进行取样以便描述的对象远大于图像元素。 图像冗余分类： ① 空间冗余 ② 时间冗余 ③ 信息熵冗余 ④ 结构冗余 ⑤ 知识冗余 ⑥ 心理视觉冗余  
• 图像编码与解码
图像压缩分类： • 无损压缩lossless：压缩过程可逆的，压缩后的图像能够完全恢复出原来的 图像信息； • 有损压缩lossy：压缩过程不可逆，无法完全恢复出原图像，信息有一定的 丢失， 压缩率比无损压缩高 二、无损压缩 无损图像压缩编码 无损压缩编码就是利用数据的统计冗余进行压缩，可完全恢复原始数据而不 引起任何失真。 广泛用于文本数据，程序和特殊应用场合的图像数据压缩。 经常使用的无损压缩方法有：
基本原理：是将使用次数多的字符用长度较短的编码代替，而使用次数少的 则使用较长的编码，并且确保编码的唯一可解性。 •最根本的原则：累计的字符的统计数字与字符的编码长度的乘积最小，也就 是权值的和最小 
huffman编码示例：
Huffman编码特点： ① 霍夫曼编码具有不唯一性。 ② 霍夫曼编码对不同信源具有不同的编码效率。 ③ 霍夫曼编码的结果不等长，硬件实现有相当大的困难，而且误码传播严重。 三、有损压缩 有损压缩：是利用了人类对图像或声波中的某些频率成分不敏感的特性,允许压缩 过程中损失一定的信息。 • 虽然使用有损压缩不能完全恢复原始数据,但是所损失的部分对理解原始图像 的影响缩小,却换来了大得多的压缩比。 • 有损压缩广泛应用于语音、图像和视频数据的压缩。常见的声音、图像、视频 压缩基本都是有损的 
• DPCM编码器（线性预测） DPCM编码：PCM脉冲编码调制+增量调制 DPCM编码是一种线性预测编码 • 用已经过去的抽样值来预测当前的抽样值 • 利用信号的相关性找出可以反映信号变化特征的一个差值量 进行编码。 解决问题：信号的瞬时斜率比较大 DPCM：Differential Pulse Code Modulation 脉码增量调制，或称差值脉码调制 • 离散余弦编码器（除去相关性/能量集中低频/图像压缩的关键步骤） • 离散余弦变换(Discrete Cosine Transform, DCT) – 是数码率压缩常用的一个变换编码方法。 – 任何连续的实对称函数的傅里叶变换中只含余弦项，因此余弦变换与傅里 叶变换一样有明确的物理意义。 – 图像信息一般都具有高度的相关性,因此任何压缩机制的目的在于除去数据 中存在的相关性。 – 相关性就是根据给出的一部分数据来判断出其相邻的数据,在实际中存在很 多数据相关性，常见的有： • 空间相关性 • 频率相关性 • 时间相关性等。 – 在图像压缩编码中，减少空间相关性的主要方法是正交变换。 – 从数学上看,用于图像压缩编码的正交变换有很多种，如K-L变换、DCT 变 换、Fourier变换、Walsh变换等。 – 根据均方差最小准则，K-L变换具有最佳变换特性，DCT 变换次之。但是实 现K-L变换时的计算量很大，因此常用DCT 变换替代。 – 图像数据经过 DCT变换，可实现用一个和原来不同的数学基来表示数据， 其数据的相关性能够显露出来或被拆开。 – 在这种情况下，大部分的系数都接近于零，可以忽略，于是可以将余下的 信息存储在一个较小的数据包里。由此实现了图像的压缩。 与Fourier变换联系密切，应用广泛：信号处理、图像处理。 是图像压缩的关键步骤 离散余弦变换具有很强的"能量集中"特性：大多数的自然信号（包括声音 和图像）的能量都集中在离散余弦变换后的低频部分 • 小波变换基本原理（多分辨率分解、核心系数编码）
傅里叶变换对于非平稳信号的分解会遗失其在时域上的变化信息 小波变换的基本思想类似于傅里叶变换，就是用信号在一簇基函数构成的空间 上的投影表征该信号。 • 小波变换在时域和频域同时具有良好的局部化性能，有一个灵活可变的时间- 频率窗，这在理论和实际应用中都有重要意义。 小波变换与经典的傅里叶变换不一样，傅里叶变换基是固定的，而函数只要满足容许性条件，就可以称为小波基。 • 变换基的选择问题：需要根据具体应用要求和被处理的原函数的特点来选择小波变换基 
*小波变换用于图像编码的一般步骤就是把图像进行多分辨率分解，分 解成不同空间、不同频率的子图像，然后再对子图像进行系数编码。 • 系数编码是小波变换用于压缩的核心，压缩的实质是对系数的量化压 缩 四、图像压缩标准 • 国际标准化组织(ISO)和国际电工委 员会(IEC) – 关于静止图像的编码标准 • JPEG （有损） JPEG（Joint Photographic Experts Group,联合图像专家组) – 是最常用的图像文件格式，是一种有损压缩格式； – JPEG压缩技术十分先进，可以用最少的磁盘空间得到较好的图像品质; JPEG算法共有4种运行模式 ① 无损压缩算法,可以保证无失真地重建原始图像。 ② 基于DCT的顺序模式，按从上到下，从左到右的顺序对图像进行编码，称 为基本系统。 ③ 基于DCT的递进模式，指对一幅图像按由粗到细对图像进行编码。 ④ 分层模式。以各种分辨率对图像进行编码，可以根据不同的要求，获得不 同分辨率的图像 • JPEG2000； JPEG 2000压缩率比JPEG高约30%； JPEG 2000的一个重要特性是能实现渐进传输： JPEG 2000另一个优点就是感兴趣区域特性。 JPEG 2000一个最大改进是它采用小波变换代替了余弦变换
• JPEG 2000 对比特错误具有鲁棒性，抗干扰性好，易于操作； • JPEG 2000的一个重要特性是能实现渐进传输： – 先传输图像的轮廓，然后逐步传输数据，不断提高图像质量； – 使用JPEG 2000下一个图片，用户可先看到这个图片的轮廓或缩影，然后再 决定是否下载； – 下载时可以根据用户需要和带宽来决定下载图像质量的好坏，从而控制数 据量的大小 JPEG XL ： 2021年7月，联合图像专家小组（JPEG）宣布开发出了一种全新的图像编码格 式-- JPEG XL。它向后兼容 JPEG 格式，提供更有效的压缩并对 HDR 等现代 标准提供支持。 JPEG XL 图像编码系统（ISO/IEC 18181）具有丰富的功能集，并针对响应式 网络环境进行了优化，确保内容在各种设备上都能很好地呈现出来。它还包括 一些功能，帮助你从旧的 JPEG 格式迁移，这种格式可以追溯到 20 世纪 80 年代。 JPEG XL 的主要优势： – 在相同的主观质量下，尺寸大大减小； – 快速，可并行化的解码和编码配置； – 现有JPEG的渐进，无损，动画和可逆转码等功能； – 支持高质量应用，包括宽色域，更高的分辨率/位深度/动态范围以及视觉无 损编码 – 关于活动图像的编码标准 • MPEG-1 • MPEG-2 • MPEG-4等； • 国际电信联盟(TU-T) – 关于电视电话/会议电视的视频编码标准 • H.261 • H.263等； hello my world 本文来自博客园，作者：slowlydance2me，转载请注明原文链接：https://www.cnblogs.com/slowlydance2me/p/16916458.html |
【本文地址】