图像处理技术ppt课件

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1、图像处理技术图像处理技术信息与通信学院图像信息研究所信息与通信学院图像信息研究所欧阳宁欧阳宁信息技术发展前沿讲座信息技术发展前沿讲座信息技术发展前沿讲座信息技术发展前沿讲座1 1图像处理技术图像处理技术一、图像处理发展一、图像处理发展20世纪世纪20年代，图像处理首次应用于改善伦敦和纽约之间海底年代，图像处理首次应用于改善伦敦和纽约之间海底电缆发送的图片质量。电缆发送的图片质量。20世纪世纪50年代，数字计算机发展到一定的水平，数字图像处理年代，数字计算机发展到一定的水平，数字图像处理才真正引起人们的兴趣。才真正引起人们的兴趣。1964年，美国喷气推进实验室用计算机对年，美国喷气推进实验室用计

2、算机对“徘徊者七号徘徊者七号”太空太空船发回的大批月球照片进行处理，收到明显的效果。船发回的大批月球照片进行处理，收到明显的效果。20世纪世纪60年代末，数字图像处理具备了比较完整的体系，形成年代末，数字图像处理具备了比较完整的体系，形成了一门新兴的学科。了一门新兴的学科。20世纪世纪70年代，数字图像处理技术得到迅猛的发展，理论和方年代，数字图像处理技术得到迅猛的发展，理论和方法进一步完善，应用范围更加广泛。法进一步完善，应用范围更加广泛。 2 2图像处理技术图像处理技术图像图像 是用各种观测系统以不同形式和手段观测客观世界而获得的是用各种观测系统以不同形式和手段观测客观世界而获得的,可以直

3、接或间接作用于人眼并进而产生视知觉的实体。可以直接或间接作用于人眼并进而产生视知觉的实体。是指景物在某种成像介质上再现的视觉信息，本质上是具有是指景物在某种成像介质上再现的视觉信息，本质上是具有特定信息的数据集合。特定信息的数据集合。二、图像和数字图像二、图像和数字图像可见图像可见图像不可见图像不可见图像3 3图像处理技术图像处理技术可可见见图图像像 由由可可见见光光形形成成，能能为为人人的的视视觉觉系系统统所所感感知知的的自自然然景景物的二维（平面）或三维（立体）的影像。物的二维（平面）或三维（立体）的影像。感知感知眼球中眼球中视神经和大脑中视神经和大脑中350780nm信息处理信息处理光电

4、转换光电转换不不可可见见图图像像 由由X射射线线、红红外外线线、微微波波、超超声声波波等等形形成成的的图图像像，不不能能为为人人的的视视觉觉系系统统直直接接感感知知，但但能能通通过过某某些些换换能能与与显显示示装装置置变换后由视觉感知。变换后由视觉感知。二、图像和数字图像二、图像和数字图像4 4图像处理技术图像处理技术连续图像的表示连续图像的表示二、图像和数字图像二、图像和数字图像一个图像源，就是光辐射能量在空间和时间上的分布图，即一个图像源，就是光辐射能量在空间和时间上的分布图，即t 时间；时间； I 光强度（亮度或灰度），代表光辐射能量；光强度（亮度或灰度），代表光辐射能量； x, y,

5、z 立体空间坐标；立体空间坐标； 光的波长，可见光波长范围：光的波长，可见光波长范围：350780 nm。其中其中：5 5图像处理技术图像处理技术二、图像和数字图像二、图像和数字图像 单色平面静止图像单色平面静止图像与与z、t、无关无关，x、y 为连续变量的静止图像为连续变量的静止图像。 彩色平面彩色平面静止图像静止图像根据三基色原理，可分解为三幅单色图像根据三基色原理，可分解为三幅单色图像。 6 6图像处理技术图像处理技术数数字字图图像像 常常见见的的图图像像是是连连续续的的，为为了了能能用用计计算算机机对对图图像像进进行行加工，需要把连续的图像离散化。加工，需要把连续的图像离散化。二、图像

6、和数字图像二、图像和数字图像n 空间坐标离散化（采样）：空间坐标离散化（采样）： n 灰度值离散化（量化）：灰度值离散化（量化）：对每个样本值进行二进制编码。对每个样本值进行二进制编码。 连续坐标连续坐标（x, y） 离散坐标离散坐标（xi , yj ） i = 0,1,2,M-1； j = 0,1,2,N-17 7图像处理技术图像处理技术二、图像和数字图像二、图像和数字图像取取图图像像尺尺寸寸 ，即即 ，则则数数字字图图像像可可表表示示为：为：由于采样、量化均引入误差，因此，由于采样、量化均引入误差，因此， 是是 的一种近似表示。的一种近似表示。 一般取：行一般取：行( (或列或列) )的样

7、点数：的样点数： ; 灰度量化级数：灰度量化级数： 第第 j j 列列第第 i i 行行数字图像的矩阵表示数字图像的矩阵表示8 8图像处理技术图像处理技术二、图像和数字图像二、图像和数字图像数字图像的示例数字图像的示例9 9图像处理技术图像处理技术二、图像和数字图像二、图像和数字图像数字图像的示例数字图像的示例1010图像处理技术图像处理技术二、图像和数字图像二、图像和数字图像数字图像的特点数字图像的特点 图图像像帧帧内内或或帧帧间间相相邻邻像像素素间间灰灰度度较较为为接接近近，说说明明相相邻邻像像素素间存在间存在 “相关性相关性” 。 这这表表明明，一一方方面面图图像像的的数数据据量量很很大

8、大，而而另另一一方方面面信信息息的的“冗余度冗余度”也较大。也较大。 图图像像数数据据压压缩缩的的实实质质，就就是是利用其相关性，去除冗余度。利用其相关性，去除冗余度。如：如： 电视图像信号带宽电视图像信号带宽 5. .6 MHz ， 语音信号带宽语音信号带宽 4 kHz。 传输一路视频信号的成本大大传输一路视频信号的成本大大 高于语音信号。高于语音信号。 信息量（数据量）大信息量（数据量）大 像素间相关性大像素间相关性大 占用频带宽占用频带宽 判断视频效果主观因素大判断视频效果主观因素大 在在数数字字图图像像处处理理中中，图图像像质质量的主观评价占重要地位量的主观评价占重要地位。如如：单色图

9、像，：单色图像，取取 行行( (列列) )样本点数：样本点数： 每样点量化级数：每样点量化级数： 则则 数据量：数据量： Mbit 存储量：存储量： KB 1111图像处理技术图像处理技术三、图像技术与图像工程三、图像技术与图像工程图像技术图像技术图像技术图像技术在广义上是各种与图像有关的技术的总称。在广义上是各种与图像有关的技术的总称。在广义上是各种与图像有关的技术的总称。在广义上是各种与图像有关的技术的总称。l l图像界一致认为要对图像进行综合研究和集成应用。而这个图像界一致认为要对图像进行综合研究和集成应用。而这个图像界一致认为要对图像进行综合研究和集成应用。而这个图像界一致认为要对图像

10、进行综合研究和集成应用。而这个工作要在一个整体框架下进行，这个框架就是工作要在一个整体框架下进行，这个框架就是工作要在一个整体框架下进行，这个框架就是工作要在一个整体框架下进行，这个框架就是图像工程图像工程图像工程图像工程。l l图像工程的层次图：图像工程的层次图：图像工程的层次图：图像工程的层次图：1212图像处理技术图像处理技术三、图像技术与图像工程三、图像技术与图像工程图像工程分三个层次：图像处理，图像分析和图像理解。图像工程分三个层次：图像处理，图像分析和图像理解。图像工程分三个层次：图像处理，图像分析和图像理解。图像工程分三个层次：图像处理，图像分析和图像理解。图像处理图像处理图像处

11、理图像处理着重强调在图像之间进行的转换。着重强调在图像之间进行的转换。着重强调在图像之间进行的转换。着重强调在图像之间进行的转换。图像分析图像分析图像分析图像分析则主要是对图像中感兴趣的目标进行检测和测量，则主要是对图像中感兴趣的目标进行检测和测量，则主要是对图像中感兴趣的目标进行检测和测量，则主要是对图像中感兴趣的目标进行检测和测量，以获得它们的客观信息从而建立图像的描述。以获得它们的客观信息从而建立图像的描述。以获得它们的客观信息从而建立图像的描述。以获得它们的客观信息从而建立图像的描述。图像理解图像理解图像理解图像理解的重点是在的重点是在的重点是在的重点是在图像分析图像分析图像分析图像分

12、析的基础上，进一步研究图像的基础上，进一步研究图像的基础上，进一步研究图像的基础上，进一步研究图像中各目标的性质和它们之间的相互联系，并得到对图像内中各目标的性质和它们之间的相互联系，并得到对图像内中各目标的性质和它们之间的相互联系，并得到对图像内中各目标的性质和它们之间的相互联系，并得到对图像内容含义的理解以及对原来客观场景的解释，从而指导和规容含义的理解以及对原来客观场景的解释，从而指导和规容含义的理解以及对原来客观场景的解释，从而指导和规容含义的理解以及对原来客观场景的解释，从而指导和规划行动。划行动。划行动。划行动。1313图像处理技术图像处理技术三、图像技术与图像工程三、图像技术与图

13、像工程图像处理是比较底层的操作，它主要在图像像素级上进行图像处理是比较底层的操作，它主要在图像像素级上进行图像处理是比较底层的操作，它主要在图像像素级上进行图像处理是比较底层的操作，它主要在图像像素级上进行处理，数据量大。处理，数据量大。处理，数据量大。处理，数据量大。图像分析是中层的操作，它主要从事分割和特征提取。图像分析是中层的操作，它主要从事分割和特征提取。图像分析是中层的操作，它主要从事分割和特征提取。图像分析是中层的操作，它主要从事分割和特征提取。图像理解则是高层操作，它主要是对从描述抽像出来的符图像理解则是高层操作，它主要是对从描述抽像出来的符图像理解则是高层操作，它主要是对从描述

14、抽像出来的符图像理解则是高层操作，它主要是对从描述抽像出来的符号进行运算。号进行运算。号进行运算。号进行运算。1414图像处理技术图像处理技术图像工程是一门系统地研究各种图像理论，技术图像工程是一门系统地研究各种图像理论，技术和应用的新的交叉学科。和应用的新的交叉学科。从研究方法看，它与数学，物理学，生理学，心从研究方法看，它与数学，物理学，生理学，心理学等许多学科都有借鉴。理学等许多学科都有借鉴。从研发氛围来看，它与模式识别，计算机视觉，从研发氛围来看，它与模式识别，计算机视觉，计算机图形学等多个专业交叉。计算机图形学等多个专业交叉。三、图像技术与图像工程三、图像技术与图像工程1515图像处

15、理技术图像处理技术l l图像工程和相关学科和领域的联系和区别图像工程和相关学科和领域的联系和区别图像工程和相关学科和领域的联系和区别图像工程和相关学科和领域的联系和区别三、图像技术与图像工程三、图像技术与图像工程由于数字图像处理是多学科交叉领域，因此由于数字图像处理是多学科交叉领域，因此充斥着相互矛充斥着相互矛盾和不准确的定义盾和不准确的定义。1616图像处理技术图像处理技术三、图像技术与图像工程三、图像技术与图像工程l一个基本图像系统构成见下图一个基本图像系统构成见下图一个基本图像系统构成见下图一个基本图像系统构成见下图: :1717图像处理技术图像处理技术四、图像处理技术应用四、图像处理技

16、术应用图像是人类获取和交换信息的主要来源，因此，图像处图像是人类获取和交换信息的主要来源，因此，图像处图像是人类获取和交换信息的主要来源，因此，图像处图像是人类获取和交换信息的主要来源，因此，图像处理的应用领域必然涉及到人类生活和工作的方方面面。理的应用领域必然涉及到人类生活和工作的方方面面。理的应用领域必然涉及到人类生活和工作的方方面面。理的应用领域必然涉及到人类生活和工作的方方面面。随着人类活动范围的不断扩大，图像处理的应用领域也随着人类活动范围的不断扩大，图像处理的应用领域也随着人类活动范围的不断扩大，图像处理的应用领域也随着人类活动范围的不断扩大，图像处理的应用领域也将随之不断扩大。将

17、随之不断扩大。将随之不断扩大。将随之不断扩大。 1818图像处理技术图像处理技术四、图像处理技术应用四、图像处理技术应用1 1 1 1、遥感遥感遥感遥感l l宇宙空间探索；宇宙空间探索；宇宙空间探索；宇宙空间探索；l l地质、矿藏勘探；地质、矿藏勘探；地质、矿藏勘探；地质、矿藏勘探；l l森林、水利、海洋、农业森林、水利、海洋、农业森林、水利、海洋、农业森林、水利、海洋、农业等资源的调查等资源的调查等资源的调查等资源的调查; ;l l自然灾害预测预报自然灾害预测预报自然灾害预测预报自然灾害预测预报; ;l l环境污染监测环境污染监测环境污染监测环境污染监测; ;l l气象卫星云图处理；气象卫星

18、云图处理；气象卫星云图处理；气象卫星云图处理；l l用于军事目的的地面目标用于军事目的的地面目标用于军事目的的地面目标用于军事目的的地面目标识别。识别。识别。识别。 This view from NASAs Mars Exploration Rover Opportunity 中央气象台云图中央气象台云图 1919图像处理技术图像处理技术四、图像处理技术应用四、图像处理技术应用2 2 2 2、生物医学领域、生物医学领域、生物医学领域、生物医学领域 l lX X射线；射线；射线；射线；l lB B超；超；超；超；l l显微图像分析；显微图像分析；显微图像分析；显微图像分析；l lCTCT；l l

19、医学检测；医学检测；医学检测；医学检测；2020图像处理技术图像处理技术四、图像处理技术应用四、图像处理技术应用3 3 3 3、工业生产、工业生产、工业生产、工业生产 l l产品质量检测；产品质量检测；产品质量检测；产品质量检测；l l生产过程的自动控制；生产过程的自动控制；生产过程的自动控制；生产过程的自动控制；l l计算机辅助设计与制造计算机辅助设计与制造计算机辅助设计与制造计算机辅助设计与制造 ；网 裂龟 裂2121图像处理技术图像处理技术四、图像处理技术应用四、图像处理技术应用4 4 4 4、军事、军事、军事、军事l l军事目标的侦察军事目标的侦察军事目标的侦察军事目标的侦察; ;l

20、l跟踪、制导跟踪、制导跟踪、制导跟踪、制导; ;l l警戒系统警戒系统警戒系统警戒系统; ;l l自动火力控制自动火力控制自动火力控制自动火力控制; ;l l反伪装；反伪装；反伪装；反伪装；2222图像处理技术图像处理技术四、图像处理技术应用四、图像处理技术应用5 5 5 5、国家安全与公共安全、国家安全与公共安全、国家安全与公共安全、国家安全与公共安全l l视频监控视频监控视频监控视频监控; ;l l交通监控交通监控交通监控交通监控; ;l l生物特征识别生物特征识别生物特征识别生物特征识别; ;l l目标识别目标识别目标识别目标识别; ;2323图像处理技术图像处理技术四、图像处理技术应用

21、四、图像处理技术应用6 6 6 6、机器视觉、机器视觉、机器视觉、机器视觉2424图像处理技术图像处理技术四、图像处理技术应用四、图像处理技术应用7 7 7 7、视频和多媒体系统、视频和多媒体系统、视频和多媒体系统、视频和多媒体系统 l l多媒体制作，广泛使用图多媒体制作，广泛使用图多媒体制作，广泛使用图多媒体制作，广泛使用图像处理、变形、合成技术像处理、变形、合成技术像处理、变形、合成技术像处理、变形、合成技术 l l图像传输和流媒体传输；图像传输和流媒体传输；图像传输和流媒体传输；图像传输和流媒体传输；l l视频电话、视频会议、数视频电话、视频会议、数视频电话、视频会议、数视频电话、视频会

22、议、数字电视字电视字电视字电视 l l图像压缩、视频压缩图像压缩、视频压缩图像压缩、视频压缩图像压缩、视频压缩2525图像处理技术图像处理技术四、图像处理技术应用四、图像处理技术应用8 8 8 8、信息隐藏、信息隐藏、信息隐藏、信息隐藏 l l数字水印数字水印数字水印数字水印2626图像处理技术图像处理技术四、图像处理技术应用四、图像处理技术应用9 9 9 9、文化艺术方面的应用、文化艺术方面的应用、文化艺术方面的应用、文化艺术方面的应用 l l动画的制作，电子图像游动画的制作，电子图像游动画的制作，电子图像游动画的制作，电子图像游戏，纺织工艺品设计，服装戏，纺织工艺品设计，服装戏，纺织工艺品

23、设计，服装戏，纺织工艺品设计，服装设计与制作，发型设计，文设计与制作，发型设计，文设计与制作，发型设计，文设计与制作，发型设计，文物资料照片的复制和修复，物资料照片的复制和修复，物资料照片的复制和修复，物资料照片的复制和修复，运动员动作分析和评分等等，运动员动作分析和评分等等，运动员动作分析和评分等等，运动员动作分析和评分等等，现在已逐渐形成一门新的艺现在已逐渐形成一门新的艺现在已逐渐形成一门新的艺现在已逐渐形成一门新的艺术术术术计算机美术计算机美术计算机美术计算机美术 2727图像处理技术图像处理技术五、图像编码及国际标准五、图像编码及国际标准1 1 1 1、压缩必要性、压缩必要性、压缩必要

24、性、压缩必要性 数字图像存储数字图像存储减少存储量减少存储量彩色活动图像：分辨率为彩色活动图像：分辨率为 512512，色彩精度，色彩精度 3 8=24 (bit/ /pel) 每分钟的数据量为每分钟的数据量为 (512 512 24) 25 60/8 1180（MB/min） 一张一张一张一张600MB600MB的光盘，只能存储半分钟的电视节目！的光盘，只能存储半分钟的电视节目！的光盘，只能存储半分钟的电视节目！的光盘，只能存储半分钟的电视节目！ 数字图像传输数字图像传输提高传输效率提高传输效率一幅一幅512 512 8 (bit/ /pel)黑白图像，数据量为黑白图像，数据量为256（KB

25、） 实时电视传输：所需速率实时电视传输：所需速率256 8 25 52. .43（Mb/ /s）2828图像处理技术图像处理技术五、图像编码及国际标准五、图像编码及国际标准2 2 2 2、压缩可行性、压缩可行性、压缩可行性、压缩可行性 在数字图像压缩中，有三种基本的数据冗余：在数字图像压缩中，有三种基本的数据冗余： 编码冗余编码冗余像素间冗余像素间冗余 心理视觉冗余心理视觉冗余帧内像素间冗余帧间像素间冗余没有充分利用编码对像的概率特性所致。没有充分利用编码对像的概率特性所致。其每个像素值都可用它邻近若干像素值的线性组合来其每个像素值都可用它邻近若干像素值的线性组合来表示，或者说可由邻近像素值进

26、行预测。表示，或者说可由邻近像素值进行预测。人眼对各种视觉信息呈现不同的灵敏度。人眼对各种视觉信息呈现不同的灵敏度。2929图像处理技术图像处理技术五、图像编码及国际标准五、图像编码及国际标准3 3 3 3、分类、分类、分类、分类 三维线框模型法(模型法)分形用于图像压缩编码小波变换用于图像压缩编码神经网络用于图像压缩编码运动补偿法运动补偿内插法位移估值法帧间压缩帧间压缩帧间压缩帧间压缩帧内压缩帧内压缩帧内压缩帧内压缩图像压缩图像压缩图像压缩图像压缩差分脉冲编码调制预测编码增量调制变换编码方波型变换正弦型变换基于特征矢量的变换无失真编码无失真编码无失真编码无失真编码率失真编码率失真编码率失真编

27、码率失真编码第二代压缩法第二代压缩法经典压缩法经典压缩法霍夫曼编码算术编码线性码对数码统计编码内插法游程编码法矢量量化法方块编码等其他编码法3030图像处理技术图像处理技术五、图像编码及国际标准五、图像编码及国际标准4 4 4 4、通用图像编码系统模型、通用图像编码系统模型、通用图像编码系统模型、通用图像编码系统模型输入图信道信道信道信道信源信源信源信源编码器编码器编码器编码器信道信道信道信道编码器编码器编码器编码器信道信道信道信道解码器解码器解码器解码器信源信源信源信源解码器解码器解码器解码器输出图编码器解码器3131图像处理技术图像处理技术五、图像编码及国际标准五、图像编码及国际标准5 5

28、 5 5、制定标准（建议）的几个主要国际组织、制定标准（建议）的几个主要国际组织、制定标准（建议）的几个主要国际组织、制定标准（建议）的几个主要国际组织 CCIRConsultative Committee of International Radio（国际无国际无 线电咨询委员会，现为线电咨询委员会，现为ITU-R，即，即ITU无线通信部无线通信部） ITU International Telecommunication Union（国际电信联盟国际电信联盟） CCITTConsultative Committee International on Telegraph and Telepho

29、ne（国际电报电话咨询委员会，国际电报电话咨询委员会，ITU的前身的前身） ISOInternational Organization for Standardization（国际标准国际标准 化组织化组织）3232图像处理技术图像处理技术五、图像编码及国际标准五、图像编码及国际标准6 6 6 6、主要标准（建议）概览、主要标准（建议）概览、主要标准（建议）概览、主要标准（建议）概览CCIR 601CCIR 601建议建议建议建议静止图像压缩标准静止图像压缩标准静止图像压缩标准静止图像压缩标准视频压缩标准视频压缩标准视频压缩标准视频压缩标准JPEGJPEG- - - -20002000HH.

30、. . .261261HH. . . .262262HH. . . .263263HH. .264264MPEG-1MPEG-1MPEG-2MPEG-2MPEG-4MPEG-4MPEG-7MPEG-7MPEG-21MPEG-21JPEGJPEGMPEGMPEG- - - -X XHH. . . .26X26XISOITU- -T ( (CCITT) )ISO3333图像处理技术图像处理技术五、图像编码及国际标准五、图像编码及国际标准7 7 7 7、 静止图像压缩标准静止图像压缩标准静止图像压缩标准静止图像压缩标准3434图像处理技术图像处理技术五、图像编码及国际标准五、图像编码及国际标准l l

31、JPEGJPEGJPEGJPEGISO与与CCITT合作合作，于，于1986年成立联合图片专家小组年成立联合图片专家小组(Joint Photographic Experts Group- JPEG)，1991年年3月制订第月制订第10918号标准，号标准，即即: : “连续色调静止图像的数字压缩与编码连续色调静止图像的数字压缩与编码” ( (算法算法) ) 简称简称“JPEG”（1992年发布）。主要用于各种不同类型、不同分辩率年发布）。主要用于各种不同类型、不同分辩率的彩色和黑白静止图像的传输、检索和存储等。的彩色和黑白静止图像的传输、检索和存储等。3535图像处理技术图像处理技术五、图像

32、编码及国际标准五、图像编码及国际标准l lJPEGJPEGJPEGJPEGJPEGJPEG支持两种图像建立模式支持两种图像建立模式支持两种图像建立模式支持两种图像建立模式 顺序编码：顺序编码：顺序编码：顺序编码： 按顺序一次性满足最终分辩率和清晰度要求建立画面的编码方式。按顺序一次性满足最终分辩率和清晰度要求建立画面的编码方式。按顺序一次性满足最终分辩率和清晰度要求建立画面的编码方式。按顺序一次性满足最终分辩率和清晰度要求建立画面的编码方式。 渐进编码：渐进编码：渐进编码：渐进编码： 根据由粗到细逐渐浮现全图的要求建立画面的编码方式。根据由粗到细逐渐浮现全图的要求建立画面的编码方式。根据由粗到

33、细逐渐浮现全图的要求建立画面的编码方式。根据由粗到细逐渐浮现全图的要求建立画面的编码方式。JPEGJPEG的四种操作（编解码）模式：的四种操作（编解码）模式：的四种操作（编解码）模式：的四种操作（编解码）模式： 基于基于基于基于DCTDCT的顺序型操作模式的顺序型操作模式的顺序型操作模式的顺序型操作模式有失真的有失真的有失真的有失真的顺序编码顺序编码顺序编码顺序编码； 基于基于基于基于DCTDCT的渐进型操作模式的渐进型操作模式的渐进型操作模式的渐进型操作模式有失真的有失真的有失真的有失真的渐进编码渐进编码渐进编码渐进编码； 基于基于基于基于DPCMDPCM的顺序型操作模式的顺序型操作模式的顺

34、序型操作模式的顺序型操作模式无失真的无失真的无失真的无失真的顺序编码顺序编码顺序编码顺序编码； 基于基于基于基于DPCMDPCM的渐进型操作模式的渐进型操作模式的渐进型操作模式的渐进型操作模式无失真的无失真的无失真的无失真的层次编码层次编码层次编码层次编码。3636图像处理技术图像处理技术五、图像编码及国际标准五、图像编码及国际标准l lJPEGJPEGJPEGJPEGJPEGJPEG的两种系统的两种系统的两种系统的两种系统 基本系统：基本系统：基本系统：基本系统： 基于基于基于基于DCTDCT的顺序型操作模式的顺序型操作模式的顺序型操作模式的顺序型操作模式 霍夫曼编码霍夫曼编码霍夫曼编码霍夫

35、曼编码 所有所有所有所有JPEGJPEG标准设备都必需包含基本系统。标准设备都必需包含基本系统。标准设备都必需包含基本系统。标准设备都必需包含基本系统。 扩展系统：扩展系统：扩展系统：扩展系统： 由其他操作模式构成或包含增强选项的系统，均归为扩展系统。由其他操作模式构成或包含增强选项的系统，均归为扩展系统。由其他操作模式构成或包含增强选项的系统，均归为扩展系统。由其他操作模式构成或包含增强选项的系统，均归为扩展系统。3737图像处理技术图像处理技术五、图像编码及国际标准五、图像编码及国际标准l lJPEGJPEGJPEGJPEG基本系统的编解码框图基本系统的编解码框图基本系统的编解码框图基本系

36、统的编解码框图RGBRGBYUVYUV变换、分块变换、分块变换、分块变换、分块8 8 8 8FDCTFDCT量化器量化器量化器量化器熵编码器熵编码器熵编码器熵编码器HuffmanHuffman码码码码 表表表表量化表量化表量化表量化表源图像数据源图像数据压缩图像数据压缩图像数据基于基于DCT的编码器的编码器熵解码器熵解码器熵解码器熵解码器逆量化器逆量化器逆量化器逆量化器IDCTIDCT量化表量化表量化表量化表HuffmanHuffman码码码码 表表表表重构图像数据重构图像数据压缩图像数据压缩图像数据组组组组 合合合合基于基于DCT的解码器的解码器3838图像处理技术图像处理技术五、图像编码及

37、国际标准五、图像编码及国际标准l lJPEGJPEGJPEGJPEG JPEG提供了有损压缩和无损压缩两种压缩模式。有损压缩利用了提供了有损压缩和无损压缩两种压缩模式。有损压缩利用了 人的视觉心理特性（量化），对一般图像，压缩比可达人的视觉心理特性（量化），对一般图像，压缩比可达 20: :1（或或 25: :1），无损压缩常为，无损压缩常为2: :1。 JPEG可在高压缩比下，使重建图像保持较高的保真度。可在高压缩比下，使重建图像保持较高的保真度。 平均比特率平均比特率 1.5 2.0 bit/pel 与源图像基本无区别与源图像基本无区别； 0.751.5 bit/pel 极好，满足大多数应

38、用极好，满足大多数应用； 0.50.75 bit/pel 好至很好，满足多数应用好至很好，满足多数应用； 0.25 0.5 bit/pel 中等至好，满足某些应用。中等至好，满足某些应用。 JPEG适用于那些不太复杂以及一般取自真实景像的图像（电视适用于那些不太复杂以及一般取自真实景像的图像（电视 “冻结冻结”图像）。对图形（线图）及卡通图压缩不理想。图像）。对图形（线图）及卡通图压缩不理想。3939图像处理技术图像处理技术五、图像编码及国际标准五、图像编码及国际标准l lJPEG2000JPEG2000JPEG2000JPEG2000JPEGJPEG- - - -20002000的目标的目标

39、的目标的目标1997年ISO/IEC JTC1 SC29第一工作组就提出了JPEG2000，并于2000年正式公布实施。 能吸纳各种先进的图像压缩编码技术。能吸纳各种先进的图像压缩编码技术。 提供一个更灵活、更开放的协议框架，使各种新的编码算法能够提供一个更灵活、更开放的协议框架，使各种新的编码算法能够 作为一个部件，方便地添加到该标准中去。作为一个部件，方便地添加到该标准中去。 在保持高比特率系统性能的条件下，使低比特率环境下的重建图在保持高比特率系统性能的条件下，使低比特率环境下的重建图 像的主观质量比现有标准有较大提高。像的主观质量比现有标准有较大提高。4040图像处理技术图像处理技术五

40、、图像编码及国际标准五、图像编码及国际标准l lJPEG2000JPEG2000JPEG2000JPEG2000 低比特率编码应用低比特率编码应用； 处理大型图像的能力处理大型图像的能力； 采用文本与图片混合编码方案采用文本与图片混合编码方案,实现连续灰度图像与二值图像集成实现连续灰度图像与二值图像集成； 采用渐进解码方案，可针对不同要求重建无失真或有失真图像采用渐进解码方案，可针对不同要求重建无失真或有失真图像； 基于不同分辩率的渐进传输基于不同分辩率的渐进传输； 采用防误差扩散、误差隐藏、重启动技术源或信道编码方案，增强采用防误差扩散、误差隐藏、重启动技术源或信道编码方案，增强 对误码的稳

41、健性对误码的稳健性； 开放式的协议结构，可集成各种不同类型的压缩算法开放式的协议结构，可集成各种不同类型的压缩算法； 基于图像内容的描述，便于实现大型图像数据库的图像检索基于图像内容的描述，便于实现大型图像数据库的图像检索； 通过水印、印章、标签、加密等技术实现数字图像版权安全保护。通过水印、印章、标签、加密等技术实现数字图像版权安全保护。JPEGJPEG- - - -20002000的主要技术特色的主要技术特色的主要技术特色的主要技术特色 最有利的候选方案是小波子带编码和最有利的候选方案是小波子带编码和MPEG帧内金字塔型编码帧内金字塔型编码4141图像处理技术图像处理技术五、图像编码及国际

42、标准五、图像编码及国际标准l lJPEG2000JPEG2000JPEG2000JPEG2000 高高压压缩缩率率：JPEG2000格格式式的的图图片片可可在在现现在在JPEG的的基基础础上上再再提提高高l0 30，而且压缩后的图像显得更细腻平滑；，而且压缩后的图像显得更细腻平滑； 无无损损压压缩缩：预预测测法法作作为为对对图图像像进进行行无无损损压压缩缩编编码码的的成成熟熟方方法法被被集集成成到到JPEG2000中，其误差稳定性也较好，能更好地保证图像的质量；中，其误差稳定性也较好，能更好地保证图像的质量； 实实现现渐渐进进传传输输(Progressive Transmission)：先先传

43、传输输图图像像的的轮轮廓廓数数据据，然然后后再再逐逐步步传传输输其其他他数数据据来来不不断断提提高高图图像像质质量量，实实现现图图像像由由朦朦胧胧到到清清晰晰。即不断地向图像中插人像素以不断提高图像的分辨率；即不断地向图像中插人像素以不断提高图像的分辨率； 支支持持“感感兴兴趣趣区区域域”(ROI，Region of Interest）：可可对对图图片片上上感感兴兴趣趣的的区区域域在在压压缩缩时时指指定定这这些些区区域域的的压压缩缩质质量量，或或在在解解压压时时指指定定某某些些区区域域的的解解压要求，即结合了接收方对压缩的主观需求，实现了交互式压缩。压要求，即结合了接收方对压缩的主观需求，实现

44、了交互式压缩。JPEGJPEG- - - -20002000的主要优势的主要优势的主要优势的主要优势4242图像处理技术图像处理技术五、图像编码及国际标准五、图像编码及国际标准8 8 8 8、 运动图像压缩标准运动图像压缩标准运动图像压缩标准运动图像压缩标准4343图像处理技术图像处理技术五、图像编码及国际标准五、图像编码及国际标准8.1 MPEG 8.1 MPEG 8.1 MPEG 8.1 MPEG 系列标准系列标准系列标准系列标准MPEG-11991年年11 月月,MPEG提出提出 第第11172号标准草案，全称：号标准草案，全称： “用于数字存储媒体码率约为用于数字存储媒体码率约为1.5

45、 Mbps的活动图像及其伴音的编码的活动图像及其伴音的编码” 简称简称 “MPEG-1”（1993年正式通过为国际标准）。年正式通过为国际标准）。是为是为1.5Mbs数字声像信息的存储而制定，没有指定具体的编码程数字声像信息的存储而制定，没有指定具体的编码程序，只确定了一个标准的编码码流和对应的一个标准的解码器。序，只确定了一个标准的编码码流和对应的一个标准的解码器。ISO与与CCITT合作合作, 于于1988年成立活动图像专家小组年成立活动图像专家小组(Moving Picture Experts Group-MPEG)。4444图像处理技术图像处理技术五、图像编码及国际标准五、图像编码及国

46、际标准8.1 MPEG 8.1 MPEG 8.1 MPEG 8.1 MPEG 系列标准系列标准系列标准系列标准 MPEG- -2 该标准是该标准是MPEG小组工作的第二阶段成果，称为小组工作的第二阶段成果，称为： “活动图像及其伴音信息的通用编码活动图像及其伴音信息的通用编码” 主要用于对主要用于对SDTV和和HDTV的编码，与的编码，与MPEG-1后向兼容。是促进后向兼容。是促进 计算机、广播电视、数字通信三大领域交汇融合的共性关键技术。计算机、广播电视、数字通信三大领域交汇融合的共性关键技术。 说明说明：(1) 原用于原用于HDTV的的MPEG-3与与 MPEG-2合并而被取消合并而被取消

47、； (2) ITU-T原计划制定适用于原计划制定适用于B-ISDN/ATM视频编码标准，视频编码标准， 后与后与MPEG联合，将联合，将MPEG-2正式作为正式作为ITU-T H. .262建建 议（议（1993. .11） 。4545图像处理技术图像处理技术五、图像编码及国际标准五、图像编码及国际标准8.1 MPEG 8.1 MPEG 8.1 MPEG 8.1 MPEG 系列标准系列标准系列标准系列标准 MPEG- -4 其目标是交互式的多媒体应用。其目标是交互式的多媒体应用。 不再是个单纯的视频音频编解码标准，它更多定义的是一种格式和不再是个单纯的视频音频编解码标准，它更多定义的是一种格式

48、和框架，而不是具体的算法，从而为多媒体数据压缩提供了一个更广泛框架，而不是具体的算法，从而为多媒体数据压缩提供了一个更广泛的平台。的平台。标准的主要特征是基于对像标准的主要特征是基于对像(ObjectBased)的编码和基于模型的编码和基于模型(ModelBased)的编码。的编码。针对流媒体特别是视频流发展的需求，针对流媒体特别是视频流发展的需求，2000年年MPEG4标准增补了视标准增补了视频流应用框架，提出了可精细扩展编码方法频流应用框架，提出了可精细扩展编码方法(FGS，Fine Granularity Scalability)。提供许多新功能。提供许多新功能。4646图像处理技术图像

49、处理技术五、图像编码及国际标准五、图像编码及国际标准8.1 MPEG 8.1 MPEG 8.1 MPEG 8.1 MPEG 系列标准系列标准系列标准系列标准 MPEG- -7 并不是压缩标准，全称为并不是压缩标准，全称为“多媒体内容描述接口多媒体内容描述接口(Multimedia Content Description Interface)”，要解决的是如何在多如繁星的资料中找到用户，要解决的是如何在多如繁星的资料中找到用户需要的资料。需要的资料。 MPEG-2l也不是压缩标准。其可以描述成一些关键技术的集成，这些技术可以通也不是压缩标准。其可以描述成一些关键技术的集成，这些技术可以通过访问全

50、球网络和设备实现对多媒体资源透明和增强地使用，标准将讨过访问全球网络和设备实现对多媒体资源透明和增强地使用，标准将讨论是否需要和如何将协议、标准、技术等不同的组件有机地结合起来，论是否需要和如何将协议、标准、技术等不同的组件有机地结合起来，是否需要新的规范，及在具备上述两个条件的前提下如何将不同的标准是否需要新的规范，及在具备上述两个条件的前提下如何将不同的标准集成在一起。集成在一起。4747图像处理技术图像处理技术五、图像编码及国际标准五、图像编码及国际标准8.2 H.26X 8.2 H.26X 8.2 H.26X 8.2 H.26X 系列标准系列标准系列标准系列标准 H.261 是是ITU

51、-T于于 1990年年12 月通过的关于视频压缩编码的第一个国际标准化建月通过的关于视频压缩编码的第一个国际标准化建议，全称：议，全称： “p 64 kb/s 视听业务的视频编解码器视听业务的视频编解码器” 其中其中1p 30。该建议是针对可视电话。该建议是针对可视电话( p =1) 、会议电视、会议电视( p =6) 及窄带及窄带ISDN等业务中，要求实时编解码与低延时应用而提出的。等业务中，要求实时编解码与低延时应用而提出的。 它是它是JPEG和和MPEG的基础。的基础。4848图像处理技术图像处理技术五、图像编码及国际标准五、图像编码及国际标准8.2 H.26X 8.2 H.26X 8.

52、2 H.26X 8.2 H.26X 系列标准系列标准系列标准系列标准 H .263是是 ITU-T为为进进一一步步解解决决在在普普通通公公用用电电话话网网或或移移动动电电话话网网上上传传输输低低码码率率( 64 kb/s)kb/s)视频信息视频信息而制定的压缩标准而制定的压缩标准, 即即“低码率通信的视频编码低码率通信的视频编码”主要用于主要用于P*8kbs速率信道、面向可视电话业务。支持五种标准的速率信道、面向可视电话业务。支持五种标准的图像格式：图像格式：subQCIF，QCIF，CIF，4CIF和和16CIF。1996年年3月正式发布。月正式发布。VCEG(Video Coding Ex

53、pert Group)在在H263推出后继续对其进推出后继续对其进行改进，于行改进，于1998年公布了年公布了H.263+以及在以及在2000年后公布了年后公布了H.263+。4949图像处理技术图像处理技术五、图像编码及国际标准五、图像编码及国际标准8.2 H.26X 8.2 H.26X 8.2 H.26X 8.2 H.26X 系列标准系列标准系列标准系列标准 H .264 ITU-T的视频编码专家组的视频编码专家组(VCEG)与与ISOIEC JTCI的的MPEG专家专家组成立的联合视频专家组组成立的联合视频专家组(JVT，Joint Video Team)共同承担的极低共同承担的极低码率

54、视频编码远期研究项目码率视频编码远期研究项目H.26L，其目标是突破现有各种标准的水，其目标是突破现有各种标准的水平，获得视频质量实质性的提高。平，获得视频质量实质性的提高。 新标准于新标准于2003年年3月完成，成为月完成，成为ITU-T的的H.264建议和建议和ISOJEC的的MPEG-4标准的第标准的第10部分部分(ISOJEC 14496-10 AVC，简称，简称MPEG-4-10)。5050图像处理技术图像处理技术五、图像编码及国际标准五、图像编码及国际标准8.2 H.26X 8.2 H.26X 8.2 H.26X 8.2 H.26X 系列标准系列标准系列标准系列标准 H .264在

55、系统层面上提出了一个全新的概念，分割出两个层次：在系统层面上提出了一个全新的概念，分割出两个层次：视频编码层视频编码层(VCL，Video Coding Layer)： 视频内容核心压缩信息视频内容核心压缩信息的描述，定义了宏块层和宏块层以下的语法的描述，定义了宏块层和宏块层以下的语法；网络适配层网络适配层( NAL，Network Adapter Layer) ，通过特定类型网络，通过特定类型网络进行传输的表述，定义了片层以及片层以上的语法，这样的结构便进行传输的表述，定义了片层以及片层以上的语法，这样的结构便于信息的封装和对信息进行更好的优先级控制。于信息的封装和对信息进行更好的优先级控制。H.264可达到比可达到比H.263+提高一倍以上的编码效率，并且在相当宽的码提高一倍以上的编码效率，并且在相当宽的码率范围均获得很好的图像质量，满足各种视频应用的要求，但其复杂率范围均获得很好的图像质量，满足各种视频应用的要求，但其复杂度非常高，比度非常高，比MPEG-2高约一个数量级以上。高约一个数量级以上。5151图像处理技术图像处理技术结束，谢谢 !5252图像处理技术图像处理技术