1、第10章 像像 是 研究像数据 的技，就是尽量减少表示数据像所需要的数据量。随着当今信息社会的速展，像数据的存和 技越来越扮演着日益重要的角色。特是网及通信技的展使得像的存、理和 更加突出，从而促数据 技成数字像理中的一关技。本章主要介 像 的基知，重点解常用的像 方法，如霍夫曼 、香 、算 、行程 和 及 方法的MATLAB ，最后介了静 像 准JPEG准。10.1像 基数字像通常需要很大的比特数， 像的 和存 来相当大的困。例如用8bit存一幅512512的灰度像的比特数256K。而一部60分的彩色影，如果每秒放映24，数字化后每包含512512像素，每像素的R、G、B分量分占8bit，
2、一部影的比特数64800M，若用一600M的CD存 需要100多CD光来存。由此可 像数据行 得非常必要。减少存空、短 成促 像 技 展的主因素。像 是通来 的，所以通常将 与 称 像的 。像 从本上来就是要理的像数据按照一定的 行和合，从而达到以尽可能少的数据来表示尽可能多的数据信息。10.2霍夫曼 及其MATLAB霍夫曼在1952年提出了一种构造最佳的方法，称之霍夫曼 （Huffman）。霍夫曼 是一种无的 方法，利用信息符号概率分布特性的改字 行 。霍夫曼 适用于多独立信源，于多元独立信源来它是最佳。本小主要介霍夫曼 的基本原理及其MATLAB 方法。10.2.1基本原理霍夫曼 是一种利
3、用信息符号概率分布特性的字的 方法，即于出概率大的信息符号以短字的，于出概率小的信息符号以字的。如果字度格按照所 符号出概率大小逆序排列， 果的平均字度一定小于任何其他排列形式。霍夫曼 是格按照信源符号出的概率大小来构造字，因此种方式形成的平均字度最短。10.2.2 MATLAB霍夫曼 系主要分 象入、概率 、构造Huffman、生成Huffman、 成，如所示霍夫曼解系构成。程思路依据霍夫曼的程步 行， 数据的 及其参数的算。10.3香 及其MATLAB香 也是一种常的可字 ，解决了霍夫曼 程中需要多次排序的 。本小主要介了香 的基本原理及其MATLAB 方法。10.3.1基本原理香 的理基
4、是符号的字度Ni完全由符号出的概率来决定，即：其中D 所用的数。当信源符号出的概率2的 次方，采用香 同能达到100%的 效率。香 的具体方法如下：1将信源符号按其出的概率从大到小排序；2按照上式算出各个概率 的字度；3算累加概率，其定 ：4把各个累加概率由十制化二制，取二制数的前位作 信源符号的字。10.4算 及其MATLAB算 是20世80年代提出的一种无数据 方法，也是一种 方法。方法克服了霍夫曼 中自信息量所占位小数的信息 效果不理想的 ，在像数据 准，如JPEG中起到重要作用。本小主要介了算 的基本原理及其MATLAB 方法。10.4.1基本原理算 的基本思想是把整个信息源表示 数上
5、的0-1之的一个区，其度等于序列的概率；然后在区内 一个代表性的小数，将其化二制作 的 出。消息序列中的每个元素都要短一个区。消息序列中的元素越多，所得到的区就越小。当区 小，就需要更多的数位来表示个区，通算运算得到最的 ，因而称之算 。采用算 ，每个符号的平均度可以小数。10.4.2 MATLAB算 在象数据 准(如JPEG)中扮演了重要的角色。在算中，消息用0到1之的数行 ，算 用到两个基本的参数：符号的概率和它的 隔。所示算 系构成。10.5行程 及其MATLAB行程 是一种无数据 方法。 技直和，运算也相当 ，因此解 速度很快。行程 适用于算机生成的形像，减少存容量很有效果。本小主要介
6、了行程 的基本原理及其MATLAB 方法。10.5.1基本原理行程 的基本原理是用一个符号或串代替具有相同的 符号（ 符号构成了一段 的“行程”。行程 因此而得名），使符号度少于原始数据的度。只在各行或者各列数据的代 生化，一次 代及相同代重复的个数，从而 数据的 。10.5.2 MATLAB行程 的方法与霍夫曼 、算 等方法相比，算法 相，10.8所示行程 系。10.6 及其MATLAB 用了代 学和控制理的 序列分析概念，是有 中的重要方法之一。 方法 ，易于硬件 。本小主要介 中具有代表性的 方法差分脉冲 制方法的基本原理及其MATLAB 方法。10.6.1基本原理 是根据某一种模型，利
7、用以前的（已收到）一个或几个 ，当前的（正在接收的）本 行 ，将本 和 之差行 。如果模型足好，像本 上相关性很强，一定可以得高的 比。具体来，从相像素之有很强的相关性特点考，比如当前像素的灰度或色信号，数上与其相像素是比接近，除非于界状。那么，当前像素的灰度或色信号的数，可用前面已出的像素的，行 （估），得到一个 （估），将 与 求差， 个差信号行 、送，种 方法称 方法。10.6.2 MATLAB 像数据 来， 方法是从相象素之有很强的相关性特点考的。10.7静止像 准-JPEG随着算机网技的展，像通信已越来越受到广泛的关注，就需要 像数据行准化 ，制定像 的准得尤重要。在静 像 准中，常
8、用的有JPEG、JBIG等。本小主要介静 像的JPEG准及其算法 。10.7.1 JPEG准JPEG是由CCITT(国 咨委会)和ISO(国 准化 )两个 合建的片家(Joint Photographic Experts Group ) 。于1991年建立并通第一个适用于 色静止数字像 的国准(ISO 10918-1)，称国JPEG准建，从而一了用于彩色真、静止像、可会、子出版物等像的 和 格式。准广泛用于算机和通信等域，例如 像 、多媒体通信、多媒体算机、像数据等。JPEG 的像，可在不太影响像量的前提下，得到很高的 比。 准既可以用件 ，也可以用硬件 。由于JPEG良的品，使得它在短短的几
9、年内就得极大的成功，随着JPEG芯片价格下降，JPEG的用正日益普及。10.7.2 JPEG算法JPEG 是有 ，它利用了人的角系的特性，使用量化和无 相合来去掉角的冗余信息和数据本身的冗余信息。JPEG算法框如所示， 大致分成三个步：1使用正向离散余弦 (forward discrete cosine transform，FDCT)把空域表示的 成率域表示的。 2使用加函数DCT系数行量化，个加函数于人的 系是最佳的。 3使用霍夫曼可字 器量化系数行 。10.8本章小数字像 技是多媒体技的重要成部分。本章主要介了数字像 的基，包括像 的必要性、像冗余信息、 参数及基于保真度准的价；介了霍夫曼 及其在MATLAB中的 方法、算 及其在MATLAB中的 、行程及其在MATLAB中的 、 及其在MATLAB中的 和小波 及其在MATLAB中的 。由于MATLAB在数字像 和中用十分广泛，本章均出各种 方法的MATLAB 例程，用提供践支持。最后本章介了静 像的 准JPEG准及其算法 步。 10.1 入像的灰度出的概率 。 行霍夫曼 ，并算 效率、 比和冗余度。10.2 在MATLAB中写一个 霍夫曼 的程序，要求 像行 ，并算、平均 和 效率。10.3 入像的灰度出的概率 。 行香 ，并算 效率、 比和冗余度。10.4 假信息源出的概率 ，写出信息源行算 和解的程。
