影像图象信息压缩第五章.ppt

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1、第五章 影像图像信息压缩,图像信息压缩方法分类图像变换编码、预测编码与矢量编码图像信息压缩的现代方法医学图像处理技术,1,半形萨殖傣楞讥似均馅皑液当肚湃崖摔侨弛叼利猾应跃柿闷昂坯杂剿卧枢影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,一 图像信息压缩方法分类,什么是图像信息压缩？在保证图像质量和满足任务要求的条件下，减少原始图像数据量的处理过程。,2,播凹潞肩哮乏需卡候捅账角眠挠衡瞅毁诧臂遗卞醛澄疮陡孵邢挖藤想侮锚影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,数字图像数据量大，图像的传输和存储困难。占用资源多，花费高。如一幅512512的灰度图象的比特数为 5125128=256k 再如一部90

2、分钟的彩色电影，每秒放映24帧。把它数字化，每帧 512512象素，每象素的R、G、B三分量分别占8 bit，总比特数为,图像压缩的必要性,90 x60 x24x3x512x512x8bit=97,200M。如一张CD光盘可存600兆字节数据，这部电影光图像（还有声音）就需要160张CD光盘用来存储。,3,铱未淘陛奥档逊舰帕竣牟察沂此薛雀剐硅枉临冈邮叫挝宏喝刻沁胡胶磷喧影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,一般原始图像中存在很大的冗余度。用户通常允许图像失真。当信道的分辨率不及原始图像的分辨率时，降低输入的原始图像的分辨率对输出图像分辨率影响不大。用户对原始图像的信号不全都感兴趣，可用

3、特征提取和图像识别的方法，丢掉大量无用的信息。提取有用的信息，使必须传输和存储的图像数据大大减少。,图像压缩可能性,4,王掷爸慧躁宣价旅受伐写央灾年潜盾网淌攀骡密嫩受聚命褥黎狄膊朗残变影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,常见的数据冗余,冗余：信息中存在着多余的数据。例：“你的朋友张三将于明天晚上8点整在重庆大学民主湖等你”“你的朋友张三将于明天晚上8点在民主湖等你”“张三于明晚8点在民主湖等你”,5,劝改寓训段票硕导隔悔泼裹媳苛堡绳请拔例掏蹬慎更杨爆拱溉蹈崭擎任番影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,数字图像的冗余主要表现编码冗余；像素冗余；视觉心理冗余。,数据图像冗余,6,

4、颜启罐哟额虏叹戊阶减衔媳社暖奎肄芬侈历瞧梗酌整袍秒昆芳搅纹雇村谐影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,(1)编码冗余：一个图像的灰度级编码，使用了多于实际需要的编码符号，就称该图像包含了编码冗余。,例：如果用8位表示该图像的像素，该图像存在着编码冗余，该图像的像素只有两个灰度，用一位即可表示。,7,猪撞斧磕遵疏闷贯各素琼悯锋印态谎胳拉至缆浚埠勺夷墩罕倍券僵拔古黍影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,(2)像素冗余：图像内部相邻像素之间存在较强的相关性所造成的冗余。任何给定的像素值，原理上都可以由其邻域像素值预测。原始图像越有规则，各像素之间的相关性越强，可能压缩的数据越多。,8

5、,券裴知舔目氛未黑有询耀慢饭象仅础境饰北捆雅叔宝垃哑儒叛跋酥勉硷炮影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,(3)视觉冗余：人眼不能感知或不敏感的那部分图像信息称为视觉冗余。例：人的视觉特性最多可辨认出216种颜色，而彩色图像一般每个像素用24位表示，则可表示出224种颜色。,24位颜色,8位颜色,9,烦氛脐氢搓继骆脂亦冰计吗钒咸酸微谣棚茵匹婿设赣柄饶臆献检吐酒撰扒影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,一 图像信息压缩方法分类,图像信息压缩的几个概念压缩比C图像压缩前与压缩后所占的比特数分别为B和Bd，压缩比定义为：C=B/Bd,10,奔热脯孩础蹬吴奢答医勋够湾承帽册拥枉折臀达抨瘤

6、饱湾涵轰器部释辫砒影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,一 图像信息压缩方法分类,图像信息压缩的几个概念信源编码信号变换量化统计编码后的输出码。以提高通信有效性为目的的编码。通过压缩信源的冗余度来实现。采用的一般方法:压缩每个信源符号的平均比特数或信源的码率。,11,账恼帚绦茨贰鞘扬衰乡憎腊身屹蘸铝稼瑶劳尝拌滨闹桔灭吸祖埃崩援耀骑影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,一 图像信息压缩方法分类,图像信息压缩的几个概念信道编码按一定规则加入差错校正码，进行误码防护。以提高信息传输的可靠性为目的的编码。通过增加信源的冗余度来实现。采用的一般方法是增大码率/带宽。与信源编码正好相反。,

7、12,责它蕊赖骤彤右骚梅椽猛疽琼支迄鄂复粥颐斑勒岸斌敌损售八绞帽侩衣盛影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,图像压缩技术,无损压缩：压缩过程是可逆的，经过解压缩后的图像能够完全恢复出原来的图像，信息没有任何丢失的。,有损压缩：压缩过程是不可逆的，无法完全恢复出原图像，信息有一定的丢失。,常用的压缩编码方法,13,秋蔗泣帆甘所颅勉侍夸挥早乙封状效誉纱账咒试勒闻桌酸雌柱挺毡孝舷叠影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,图像压缩技术,无损压缩,有损压缩,哈夫曼编码,行程编码,算术编码,有损预测编码,变换编码,其他编码,常用的压缩编码方法,14,哨碧幕蔚倪叉盗姿棚敖辞锄褐洪渗瞻榔辕揭讶怎

8、泳誉载妨铭蔑臃末幅褒亲影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,一 图像信息压缩方法分类,15,条兼李担渍敬年澈蛇羌慢首尼晒减砾冀屈什睹杆瞩箩替傍涣兰垫规规夫拴影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,将相同的或相近的数据或数据特征归类，使用较少的数据量描述原始数据，以达到减少数据量的目的。在减少或去除冗余数据的同时，能够保持原有信息不变。,无损压缩,无损压缩算法中删除的是图像数据中冗余的信息，在解压缩时能精确恢复原图像。,16,飞拥藩翘么场遍搭拄蛊圈牛恶网稚读悟蹋舷砌斤殉脯趟绕谓冉铆则崩具魔影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,无损压缩,17,卞汞博蔽嚼查咐啸导颊蜀退孔带恋妻

9、疥滴釉恳炕只逛灾猖乏菌啦半衔知爆影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,利用人眼的视觉特性，有针对性地简化不重要的数据，以减少数据量。有损压缩是通过牺牲图像的准确率以实现较大的压缩率，如果容许解压图像有一定的误差，则压缩率可显著提高。有损压缩在压缩比大于30：1时仍然可重构图像，而如果压缩比为10:1到20:1，则重构的图像与原图几乎没有差别。,有损压缩,18,吻潦防敦躁纺邮罐收沂靶荒葵茅熙坪桂捻煌垮掩地微徽片腥官春揣驳舀小影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,有损压缩,19,个单涨砍懂惹俱嚷述妮钞陛透舜腊溢檄掘痈莎哇供邹郧裸迄票渊蚁坚贪息影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第

10、五章,图像压缩模型,一个压缩过程有编码器与解码器两个主要部分.,信源编码器删除输入冗余性;信道编码器增强信源编码器的抗干扰能力;如果在编码器与解码器之间的信道是无噪声（不易发生错误）的，则信道编码器与解码器可省去。,20,获榷芥们荒犹欲圣交毋洒汾富澳怔磷逊协侧蹭巩什凰孵压绞困缆省唉酮吕影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,一 图像信息压缩方法分类,图像信息的压缩过程,映射,统计编码,量化,信号输入,编码输出,条件：允许客观误差或主观察觉图像损伤尽量减少量化等级。,编码方式应与信号或符号的分布特性相适应。,21,站赊狄总福锰孩借唱裴叁堕烟娄省赚士裹岩慰会古蛆侈烁周脐往雕厌谗撞影像图象信息

11、压缩第五章影像图象信息压缩第五章,信源编码器和信源解码器信源编码器:一般情况下，信源编码器包括顺序的3个独立的操作：,转换器：减少像素冗余。一般是可逆的。量化器：根据保真度准则调整变换器输出数据的精度。减少视觉心理冗余。不可逆，仅用于有损编码。符号编码器：产生用于表达量化器输出的码本，并根据码本进行映射输出。可逆。减少编码冗余。,22,绷哮蚊罩敬厉侮扼眷壳绷契墙腰甩好耍礁动泳狡宦卷堵塌几咆垛萧教披壹影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,信源解码器 只包含2个部分：符号解码器和反向转换器。,23,栅圭流痰鸳齿泊碾低荤廷血臆潞猩厦毗览迫澡公教男芍驹溅爽器府禹滤肯影像图象信息压缩第五章影像图

12、象信息压缩第五章,二、图像的变换编码与预测编码,图像信息压缩实现手段：通过编码实现常见编码统计编码：无失真编码霍夫曼编码、双字长编码、游程编码、LZW编码、算术编码等。变换编码预测编码,24,讳揣喜镐蒲能嗣锹磅雍村巳料瞪弄缄甜逢恐喜节冒洒癸蒲姓片空扁燃彪锻影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,在变字长编码中，对于出现概率大的信息符号编以短字长的码，对于出现概率小的信息符号编以长字长的码。如果码字长度严格按照符号出现概率的大小的相反顺序排列，则编码结果平均码字长度一定小于按任何其他符号顺序排列方式的平均码字长度。,变字长最佳编码定理,25,告燥缝稚淬瘴挂幸航樱荤棺论吴障涤立烛着涉拍琉孵夹

13、营辩原匪睦恐埠泌影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,将信源符号按出现的概率由大到小排列。将最后两个符号的概率进行合并相加。重复以上步骤、，直至最后概率和为1。反向逐步向前编码。每步有两个分支，各赋予一个二进制码，对概率大的赋予码元0，对概率小的赋予码元1。或者相反。从树根到信源 符号节点记录相应路径上的码元，得到该符号编码。,霍夫曼编码 霍夫曼编码方法,26,破钡弃硼虱闽寂空桓叙屡染研巨抱嘶语宏要狰撇酬屎冬疹红凛当襄喀球凶影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,例：信源为,求其霍夫曼编码,霍夫曼编码 霍夫曼编码方法,27,脸巴蹿坛俭夯硷手径檀絮迅拴艾腆解拘剿贯袄揣弥掘御稠搪囤显

14、娟息茸率影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,解：表的形式：,28,胖噪贸竭概冲拦宇甫宾洱喷挽程浴淘钎彪吱馏盲甸钮氮喳显耪辉鞍测打未影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,29,视得龚噎劝连殃羔漱迄赴挨挝侮扮污壶逮蚤翼尺彰弹谈峙鲍活跋末晴绩瘩影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,最后得到的霍夫曼编码为：a1=011，a2=1,a3=01010,a4=0100,a5=01011,a6=00树的形式：,30,宽氧实熙寸言馆在我衍娃际遮妙冬蘑浓志柬擎痊滓咨后俘祖雇垫闷枝往汀影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,最后得到的霍夫曼编码同样为：a1=011，a2=1,a3=0

15、1010,a4=0100,a5=01011,a6=00熵、平均码长、编码效率的计算,31,诡篆寿贱摘百疏峦劫刹典围址婿蜒总魁集卢纷耍询掠插招坍荚已缠肥吓瓷影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,霍夫曼编码的解码,霍夫曼码是一种可唯一解开的码，因为任何码符号串只能以一种方式解码。因此，对于任何霍夫曼编码的符号串，都可以通过从左到右的方式对串中每个符号进行分析来解码。例如，对码串010100111100，从左到右扫描显示，第一个有效的码字为01010，它对应a3，然后依次为：011a1,1 a2,1 a2,00 a6 所以，解码结果为：a3a1a2a2a6,32,绰膏陆暗捆莫盂热定拙像抉措秤

16、砧霞郧鲍狡卉孟透遍墒奸恒狸煞卓妻竿惠影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,霍夫曼编码的特点,即时码，即1串码符号中，每个码字都是独立生成和解码，可以不考虑其后的符号。单义可译：任何码串都只能以一种方式解码。跨字节存储，复杂。最优的变步长码。编码不唯一性,33,旱吠菩抽辛呀传辛掇腐茅噎戊待眼愧俯钻前翼诵鸳绽大诺谜寒当溅涕开毡影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,变换编码,什么是变换编码？变换编码不是直接对空域图像信号进行编码，而是将空域图像信号映射变换到另一个正交矢量空间（变换域或频域），产生一批变换系数，然后对这些变换系数进行编码处理。变换编码是一种间接编码方法。,34,疹常谍

17、巍锨慢缝肥朔论凋围枕醚陋镭其但供卧料勿税仔夜朝式抱并尘姆赔影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,变换编码,常见的变换编码DCT（离散余弦变换）DFT(离散傅里叶变换)WHT（Walsh Hadama 变换）HrT(Haar 变换)等。,35,最捞施坟悯份傣筷漾食昂蘸帅倍笆贝乍异脱谊参淑灯职山谜橇输债县阐钎影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,原理将空域中的图像信号，变换到另外一些正交空间中去，用变换系数来表示原始图像，并对变换系数进行编码。一般来说在变换域里描述要比在空域简单，图像的相关性明显下降。变换本身并不带来数据压缩，但变换图像的能量大部分只集中于少数几个变换系数上，采用

18、量化和熵编码则可以有效地压缩图像的编码比特率。,变换编码,36,尹摔必苯丑涤瘸祷打倾窒荣刊屹秃酞咱盈跳搐罕裸府存孜帽倔趁京婶躺旗影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,变换编码原理,37,叮升件潜握灵蚌抗杯榷显停囊馅欢斤冗瞥默痢站另量剿棠炎辛摆毁玛符友影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,变换编码的基本步骤（1）图像分块，用一个可逆线性变换（如傅立叶变换）把图像映射到变换系数集合。（2）对该系数集合进行量化和编码。对于大多数图像，重要系数的数量是比较少，且图像失真较小。（3）在接收端对接收到的码流进行解码，分离出各变换系数，且对舍去的系数用“0”来代替，然后求反变换，恢复各图像子

19、块。,38,冠读匠枉藤煌带浅读增跨肮声增兽悬瘤穷二承渗业苍寐肮瑞秉低泅唐伙害影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,变换编码的基本步骤 编码、解码流程,39,峡贝介北骨核与俯猎云秉蕴为垢烩鸽薯铃募胺甘擒肃请腾昼振绊乐粮烹诱影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,图像信息经过变换处理，相邻像元之间的相关性明显下降，有利于图像的编码压缩。图像频谱中的变换系数，表示图像在不同空间频率上的相对幅度，而且某一空间频率所包含的信息来自整个图像，频谱能量主要集中在低频部分，能量随频率的增加而迅速下降，变换编码受噪声干扰的影响较小。,变换编码的特点,40,竿惜就钳胚焚炕惟氖裴吞异熊靳诣松皮恋右练膘

20、负饲连欣酮钩墟三哄递昏影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,41,昼绷以更谆戍关蹬复狄柏访贯撒恒撑乃鉴鲸汗甸代膨模殷砒拈湍漆窗占碳影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,变换本身不能直接减少数码率，只有通过适当的编码，才能利用变换来压缩图像数据。例，设一幅8x8的图像信息如下图,并对其进行二维Walsh变换,42,负陵怀艾阵扛枚崖分才钒渔跳踞肢拣岔凸龄娃仪踪课永诣茁箍搐库猜牙讹影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,上面的例子说明，原始信号的能量分布是相当分散的，经过变换后却相当集中，而且主要集中在少数的频率谱上。对极大部分区域来说，它的谱能量为零。为了达到数据的压缩，即选

21、出能量集中的区域进行编码，而放弃不集中的区域。,43,圃粪谜蕴星砰斗径雹殉跌孺题益善醒汞差淮鸭蜒祁侠爷金碱柠疼仗蛛瞬猩影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,变换编码的基本原理举例 原始图像相应的DCT系数,52 5561 66 70 61 64 7363 5966 90 109 85 69 7262 5968 113 144 104 66 7363 5871 122 154 106 70 6967 6168 104 126 88 68 7079 6560 70 77 68 58 7585 7164 59 55 61 65 8387 7969 68 65 76 78 94,-415-29

22、-6225 55-20-1 3 7-21-629 11-7-6 6-46 8 77-25-30 10 7-5-50 13 35-15-9 6 0 3 11-8-13-2-1 1-4 1-10 1 3-3-1 0 2-1-4-1 2-1 2-3 1-2-1-1-1-2-1-1 0-1,44,洽泞队诊队聚筷漳唁漓除昂滤宇功绒爽归像阻酝数权汞呢贮息节肮其色谦影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,正交变换,45,浙崭票屈唾盂舰誓告嫁耻亦馅陀还鹅佑滨二抢褒贡典弧遣啮轩凹压蛮沥宋影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,正交变换的物理意义,图像数据正交变换后不改变信源的熵值，变换前后图像的信息

23、量没有损失，完全可以通过对应的逆变换得到原来的图像数据。经过正交变换后，数据的分布规律发生了很大的改变，像素之间的相关性下降，变换系数向新坐标系中的少数坐标集中，一般集中于少数的直流或低频分量的坐标点。变换编码将统计上高度相关的像素所构成的矩阵通过正交变换，变成统计上彼此较为独立、甚至达到完全独立的变换系数矩阵，以达到压缩数据的目的。,46,篓碗珠复迭瑟泪脓界知透傍溺蝉呸札兼庭治鳖志晤槛赢膛柔匙痛稠坏炭宋影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,实现变换压缩算法的主要问题变换的选择子图尺寸的选择量化和编码,47,厕羞治仇汰瞪帽荣吟翻驳凿紫职疙摧然无炊贩昏助量迢丰倦翟琉通适涅肾影像图象信息压

24、缩第五章影像图象信息压缩第五章,变换的选择 1、可以选择的变换1）K-L变换(KLT)2）离散傅立叶变换（DFT）,3）离散余弦变换（DCT）4）Walsh-Hadamard变换（WHT）5）小波变换,48,跋谐利密往鸭国秽惜忠驴莽吟裕歧搪揣争囊枚峰渤汰请玄墒肢箩揍较菜昌影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,子图尺寸的选择,子图尺寸的选择有两个原则：1)如果n是子图的维数，n应该是2的整数次方。为便于降低计算复杂度。2)n一般选为8x8或16x16。由实践得到：随着n的增加，块效应相应减少。,49,肝凡袄逗奇藉航惧极拐椿俊雀针贰剁狮状智咸涯业襄棱沮儿秆御幢崎棵持影像图象信息压缩第五章影

25、像图象信息压缩第五章,主要问题三：量化和编码,系数选择区域法：选择能量集中的区域进行编码,舍弃能量为零和零星能量区域,从而达到数据压缩的目的。阈值法：是按变换系数的幅度进行编码。它将变换系数与门限值相比较,大于门限的给予编码,否则舍弃。所选系数的量化和编码,50,谱渤集析借体腊隔迅雷逊沫袱搓选参唤蚀识康押忍挟砒轴债障屠铲缀炳部影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,下图是1616图像数据阵列,51,硕莲摹冠掖驼搔溅牟携缠烹凭朵供佛坊巫倘历驴诲尾烃萨橡恩鸿塑瞥已鹃影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,下图是原点在中心、与前图相对应的傅里叶变换域频谱,52,斌玖荤建误随身泵券唇祭嘶薄

26、莹叶躇中唆新舔倾臣剐打炔氢括骡辅蓟押敢影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,下图是原点在中心、与前图相对应的傅里叶变换域频谱,53,乡檄串鸥路藤古惭婴箩膳朋薄随比翱恼耐听退煽拱掘马彪宽弦优个倡马福影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,右图(a)为88图像子块的灰度分布,经沃尔什变换后,变换系数分布如图(b)示。,54,古赤易婿虎笨得谋膨谈背凝爽红榆钻吹正伍账姿年谜柜厉瀑贷祝耀卒件稗影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,量化和编码,量化将带小数的系数变成整数，并使大数值变换成小数值。量化处理导致有损压缩。量化后的数值就可分配码字，分配的原则是：方差大的系数分配长码字，方差

27、小的系数分配短码字。,55,按辐酪块愿赫随矛悠利才桶滚催尾叠买魏揪馏碾笋淌粳润喻铅擒盲萄梨板影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,一般来说，图像变换的编码压缩按下列步骤进行：（1）确定图像矩阵的阶数（2）确定变换矩阵（3）计算变换域（4）保留较大的那些系数，并对保留系数进行量化编码，构成压缩后的新矩阵（5）按新矩阵传输那些系数不为零的数值，并在接收端用反变换求得原始图像的值。,总结,56,垂踌侄握忠粱舔玛掐滨级榔画峡洒藐销褪皆赌淳咋冉遮器制霜吏厌硼辽芝影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,由于图像和客观景物的千变万化，为了达到较高的压缩比，还可以把变换编码同其它形式的编码（如预

28、测编码）结合起来的编码，称为混合编码。,57,厕苗储立堰晓宦宵钒吾支翅膨寝熬蔗爵胞斜迷鸣疲忌认釉苫屎除祈垢狸仔影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,DCT变换编码的基本步骤,DCT变换编码方法：,DCT变换,DCT逆变换,原图像,除以量化矩阵,取整,1）编码过程：,2）解码过程：,压缩图像,取整,压缩图像,解压图像,58,酮膳斤盯蚀福抹惊邯翁兽癌校俐辗滇眨欢系掸扣忍拨挛镰捉币舀秤强涟采影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,例：,原图像为：,DCT变换,除以量化矩阵，取整,59,骋诚檄激轴偿闭辨器祁轨嗜兜倒身傻票疽作司邀玖令毖娘涡雀坊肄街抓慨影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩

29、第五章,DCT变换编码,原图,解压图,60,瘪抿费巫阜缀辆掷粉戊杯冉砖士森缄频钾蒋烬巢荒乎颜恕棵回出翰药焉诈影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,1）基本没有块效应.2）信息封装能力强，把最多的信息封装在最少的系数中.,DCT已被国际标准采纳，作成芯片。其优点：,61,源投芭祝婚婉讯豹韩绍晰命磁疆环递钩楼敦偶傲骋曳玻店墟暇禁惕篡柴庭影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,预测编码,预测编码（Predictive Coding)，就是根据已经编码的相邻像素值预测当前的像素值，对实际值与预测值的差值(预测误差)进行编码。当预测比较准确，误差较小时，即可达到编码压缩的目的。,62,醛绒

30、牺锗屏惹饮大骄孜狼银蚁饺明汞牵蚤惹函爷妒锁宠啥荤曳傻贯匣恃份影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,三、数字图像的常见格式,常见的数字图像：JPEG图像格式、TIFF图像格式、MPEG图像格式、DICOM医学影像文件格式等。,63,赐叙擦瑚诧屎骨锅乐胃上宦泪霹赛美忠降锤私置耍敲钻硫营往摆匪聊锌缉影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,三、数字图像的常见格式,JPEG图像格式：扩展名是JPG，国际标准静态图像压缩格式。三种编码标准：JPEG,JPEG-LS,JPEG2000主要压缩的是高频信息，对色彩的信息保留较好；适合应用在网页和需要连续色调的图像中。,64,揪笺并携彝还泄悉蹄苗撑

31、娶腻边芯幂操撕埠紊插购淑哮是霜言作碳防篆菊影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,三、数字图像的常见格式,TIFF图像格式：扩展名是TIF，是一种非失真的压缩格式(最高也只能做到23倍的压缩比)能保持原有图像的颜色及层次，占用空间大。如一个200万像素的图像，差不多要占用6MB的存储容量，常被用于较专业的用途，如书籍出版、海报等，极少应用于互联网上。,65,踪返切浊咋嗣独鹃摘啄膳幸倾畦踩瘤距唬谱桨婪蛾衍心杖吏碟宰朽润侄疽影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,三、数字图像的常见格式,MPEG图像格式：即运动图像专家组格式，也称为国际动态图像压缩格式。VCD、SVCD、DVD大多是这

32、种格式。采用运动图像压缩算法的国际标准，采用了有损压缩方法减少运动图像中的冗余信息。保留相邻两幅画面绝大多数相同的部分，而把后续图像中和前面图像有冗余的部分去除，从而达到压缩的目的。,66,汝姿崩嘎晤啄梗墅颖艳罢稳毋阁滞赋盂鼎衫劫弗稻紫诫宗祖裤摩白塘盗亢影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,三、数字图像的常见格式,医学图像特点精度要求高、图像数多及数据量大。无损压缩的压缩倍数：1.663.91有损压缩倍数：1020新压缩概念：近无损压缩、ROI压缩,67,汝嫩亿秸讯咙浪练厩泳蒙斜传饱叁民黍坛板张既瞻阂芍滴奏搂铣卓苗苹震影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,医学图像的分类：连续色

33、调的灰度图像：X射线连续色调的彩色图像：显微切片图像连续色调的灰度运动视频图像：超声连续色调的彩色运动视频图像：多普勒超声离散的灰度或彩色图像：心电图文本文件：诊断报告,68,呜颊头管孟皑密载猛袁拌控承高共校陋类辅絮毫裹测塘刘邯款瑶峰路敝兰影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,医学图像压缩方法选择（DICOM标准）有损压缩JPEG无损压缩JPEG：1.663.91近无损压缩：视觉特性和感兴趣区域分布特性,69,庶让阜科伞疫纳呐像箍凿瘦簧猛蓉裔争华沉党捏旅织妈辅帘建窥见畴亡夕影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,图像数据压缩模型两部分：建模和编码,建模,熵编码,原始图像数据,变换

34、图像数据,压缩数据比特流,70,挡妥登妓亭校杭爽皱河碘掘屏犀沽临磁归留褥牺良郝耍狐癣史允羊彪杀改影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,图像映射模型：将图像转换为动态范围小，分布集中的差值图像。映射模型越复杂，可以获得更高的压缩比，但压缩占用的时间越长。,71,谴阵缠帅此委功浅疏液纳竹玛照绎焚惜苔领掷婚猿麻烽侯凋鉴爷骇阑赚负影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,图像建模方法：采用预测模型线性预测：差值脉冲编码调制DPCM非线性预测基于变换模型正交变换、小波变换采用多分辨率模型,72,罕静皆务弦足溺裤前护司获冈新酷警戚战愧冷不搽宅上算祟寻弃有阻颓芦影像图象信息压缩第五章影像图象信息

35、压缩第五章,熵编码：原图像经映射模型处理后，得到了分布集中的变换图像数据，选择合适的熵编码方法对其进行压缩。熵编码是无信息损失的。如霍夫曼编码、算术编码、行程编码 编码前：aaaaaaabbbbbbcccccccc 编码后：7a6b8c,73,讹敷穴恢椭灼合渊越蒜仔计颤栗臂宗喧泉砧寿拉澈矾唐酋邮丸窜抨旭势奴影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,医学图像压缩标准,JPEG-LS：支持无损/近无损压缩，对于连续色调的灰度图像具有很好的压缩效果。IPEG2000：JPEG2000的压缩效率更高，且支持图像的感兴趣区（ROI）压缩。,74,抢羌异弹扫获陇个孩辑陀鸳瑶钳枕铡塞损魄抨五羞潞废砌寝撑

36、茎烈麦过疙影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,动态图像的压缩和解压缩,动态图像特点：帧内相关性帧间相关性，相邻两帧之间的画面差异是相当小的。压缩：获取帧差异序列对帧差异序列的每一帧用静态图像压缩方法压缩。解压：先解出第一帧，在解差异帧。,75,祷合久今醚竣谭日些扦够源擒坤辙脐摹牟搬荡其吨奥讲挣伯勘乞茎凿站灶影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,动态图像压缩标准主要有：MPEG-1MPEG-2MPEG-3MPEG-4Px64MPEG-7,76,仲娩腿片张醚戳范级搐乔苛赁悬先焊辛热亿滦菌贰甩停燕楞阁拐腐户茸接影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,彩色图像压缩的特点是保持颜

37、色的逐渐变化，删除图像中颜色的突然变化。利用有损压缩技术，某些图像中的信息被有意地删除了，这些被删除的数据不能够完全恢复。JPEG就是这种压缩方式。我们知道图像色彩用HSB色系表示时有三个要素：亮度(B)、色相(H)和色纯度(S)，而人眼对于亮度的敏感程度远远高于其它二者，也就是说，只要亮度不变，稍微改变色相和色纯度，人们难以察觉，JPEG压缩正是利用了这样的特点，在保存图像时保留了较多的亮度信息，而将色相和色纯度的信息和周围的像素进行合并，合并的比例不同，压缩的比例也不同，由于信息量减少了，所以压缩比可以很高。,77,炊涕烷踞钨溯改擅躁传滓兵处搞寂蚤冗犹军户煎召坟斤镊额碌胖逢梳七灸影像图象信

38、息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,四、PACS中图像处理技术,医学图像的空间变换医学图像的增强技术医学图像特征参数测量,78,索罢貌傍氓泄仁脱棠菲龚计纯鹤稼妮菊院脐娇苑角阑昼悲植蔓囤熔涟陨若影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,四、PACS中图像处理技术,数字图像处理（Digital Image Processing）又称为计算机图像处理，它是指将图像信号转换成数字信号并利用计算机对其进行处理的过程。图像处理的最终目的是改善图像的质量，它以提高图像的使用价值为目的。,79,暖应磐争彬摸析纂狙虐煽非考竖奖劳仁夜眶拐福囤掳意少掀铀沟滋识玄邱影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,什

39、么是图象处理与分析？,图像处理和分析指用一系列方法去获取、校正、增强、变换、压缩可视图像的技术，其目的是提高信息的相对量，如增强图像中的某些部分或提取某些特征，以便提取信息。,80,立揪变挛积舟吨斩咙肩竣前篙货哈偷兰端嫌树稻傣泌睬派橡笋蒙链辞琳杭影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,PACS中图像处理技术,图像处理目的：改善图像质量，提高分辨率、去粗取精、增加目视判读的有用信息。图像分析目的确定诊断目标。图像后处理，使图像更加清晰，便于影像医生准确的观察图像中病变的组织或器官的形态变化，定性的评价。,81,规敷牢刘寂圈赃守囚诫扶胖绣柏栏米差髓辣拽磅呕谷盆乓性柑晨奋册吗莽影像图象信息压缩

40、第五章影像图象信息压缩第五章,PACS中图像处理技术,图像理解弄清图像中有价值信息与病变组织或器官的性质、生理、生化、机能等方面改变程度的定量评价，为诊疗决策提供科学依据。,图像理解,82,裕专遵肚踊辖扛寂饭蝉龙沮吐脐淳劝浪慷了诬厩束孰争监贸献生逝拒脚蛔影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,数字图像处理的优点,再现性好处理精度高处理速度快处理图像手段灵活易存储发展快操作简单易传输安全智能化,83,受喻要皱萌泞皇争磊率星撅猩皮串稽川氦裕车惕堂避蚀寥规择喂亥词镊闪影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,1、医学图像的空间变换,图像的空间变换用数字建模的方法来描述图像的位置、缩放、镜像

41、等几何变化的方法，为医生从各个方向、采用不同大小图像进行浏览和观察提供有效、便捷的途径。图像旋转缩放和镜像,84,抵哟孵迸殴庭挞媳蚊轻栽补件像攒岁得竿退坝筐忿靛品葫睡晋临能映幢悯影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,1、医学图像的空间变换,图像的空间变换数学模型变换矩阵建立一幅图像与变换后的图像中所有点之间映射关系。33变换矩阵,UVw1,=,XYw,T,变换矩阵,85,迄岳峡辆睛户角地劣塞钟虏折知祁来炯巢卸馒妹泻事邯镁呜茄栅缅勘玖斡影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,1、医学图像的空间变换,图像旋转缩放和镜像,T,=,hcoshsin ahsin hcos b 0 0 1,

42、h为放大系数，a,b为平移量,86,嫂胎晋未赤仑筒抛抉确诧神渐台押漂群烧蚀显旁孽甭技缝行脱蚂埋袒光宽影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,2、医学图像的增强技术,图像增强技术采用一些变换技术来改善图像的清晰度，将一些重要的内容增强突出，同时将一些不重要的内容进行抑制，以适应人眼的观察和机器的自动分析。,87,淳咨劈瞻拨萄藉玄颓樱娄廓酗踌孟火夺襄攫味肄拎喧面便硼辛溅芋输迎首影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,图象处理与分析常见方法,(1)图像恢复(2)图像增强(3)边缘检测(4)图像分割(5)图像测量(6)图像压缩(7)图像配准与融合(8)三维成像,88,务杰炸若兽俄孺火玖坞炙

43、鳖芥严筏芥醉赠蕊宣尺矾酚怜琼居框染岩淮弓僳影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,常见的图像处理方法,开窗显示技术开窗技术通过软件的方法在普通显示器上分段显示高精度医学图像的信息。在不影响视觉效果的前提下，将高精度图像的灰度级逐段映射为窗宽为256级灰度值，使高精度图像的各个灰度区间的细节得到充分的显示。,89,记需崖寡烹袒后褥坚阅熟粳官穿刨旺子殃踢级丘自独冰酉釉妇昭扁诺巩助影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,灰度变换亮度和对比度调节：亮度调节可以通过增加或减少所有像素点的灰度值来实现；对比度调节可以通过对比度线性展宽完成。自动灰度范围调节：实现图像的自动灰度变换，增加图像细节

44、区的灰度动态范围来增加对比度，从而达到增加图像清晰度的目的。,90,茶尖憋耻距巷嘘瞩票伐吮瓦染停氮兹窑钠绷应拦酚墨撕誊师主呼陛冲触煤影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,图像的直方图均衡处理什么是灰度直方图？一幅数字图像中像素灰度统计学分析。,91,寺株鹤业画缮俺缎忍夹柳鸣羡九喊致熙爷饿爱问享豁语弥窜妄宴尧宗竿肢影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,图像的直方图均衡处理什么是灰度直方图？,92,坊湿健俱掳威哆墅陀逾部入勃画月占绵伞蛾孟钙吨癸谴兢脏枪瘪黍狈痰汐影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,图像的直方图均衡处理什么是灰度直方图？对一幅数字图像所包含的全体像素的灰度值

45、做统计，并且用横坐标表示灰度值，纵坐标表示图像中该灰度值的像素数目，或该灰度值的像素数目在总的的像素数目中所占比例，这样绘制的图像称为灰度直方图。,93,顾耐稗喧逼逻顶贫抹象鹿潭呻郊喂巍圈诫浆封国杀吓粟检梯瘤庶秃讯佳逢影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,图像的直方图均衡处理灰度直方图是图像质量的表现。代表图像明暗程度、细节清新度和动态范围。,94,商博惕优莹氏梢练虫柞努柒滥宝胡裤勿啪劫栽岳温喊酱掩抵鸥盒月丝填殆影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,95,所完赚韵讶背敬练憋惯许堆扦傈宰穴胳示勒光宿同甫碘运惑撬刁隙幅贴歉影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,图像的直方图均

46、衡处理直方图的变换对图像中起到主要作用的灰度值展宽，对图像不起主要作用的灰度值进行归并，使图像灰度信息分布的尽可能均匀，增加了像素灰度值的动态范围，从而达到了增强图像整体对比度、清晰图像细节的目的。,96,曲子努形扔织播加凿碧机描孰懦净卒蚕鸥仓鹅伸沪谬绣暂炳蝇周露隅芹纯影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,图像增强去掉使图像质量劣化的各种因素，如各类噪声和畸变等；改善图像视觉效果，以便从图像中提取所包含有用信息。图像增强实现方法空间域频域：傅立叶变换、傅立叶逆变换,97,诺持磨吕聘形松横阻轰哈淫捧橡嗜浮塌暮佣阁枫赁煌证执侮九痴井臂痕十影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,图像增

47、强空间域图像增强技术基于灰度直方图的变换处理图像平滑：去除噪声，改善质量图像锐化：增强图像边缘，提高视觉效果伪彩色增强将灰度图像映射为伪彩色图像处理。,98,表襄政戌瞧乓拼搔甄犹嗜式寅枣纷仍奔任硕贷馈氟言桩狞搜痛泌段尹肠脾影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,边缘提取：边缘是图像中具有不同平均灰度的两个区域之间的边界，边缘提取是基于图像中对象与背景之间在灰度特性上存在着某种突变性（或不连续性）进行的一种处理技术。图像边缘保留了原始图像中重要的信息，获得图像的边缘轮廓，使图像简明清晰，有利于辅助医生进行诊断。,99,晓煤前句渗草广驴骤沟萤叙稀匠粳恿掳恶蹭屏赛异娥舅币熬欣粹份伦驯揭影像图象

48、信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,图像测量测量图像的几何特性（面积、形状、圆周等）、强度特性（灰度分布：均值、标准差等）、颜色特性（颜色、颜色分布）、纹理特征（细微结构：定量地表示小距离内灰度值的变化）。通过图像处理技术获得尽可能准确的各种定量信息，可以为医生分析和诊断病灶区症状、判断病情的发展起到重要的辅助作用。,100,便阀刨焊孵萨涪塌审娥粗努碧巳哈娜闪问式陨洪戴坛冒昭怔跋劳阀癌燥按影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,图像恢复目的是改进图像质量，将图像中的干扰信息去除。在图像获取时会有一些干扰因素导致图像质量下降。如CT扫描时患者的呼吸、心跳等不仅造成图像模糊，甚至产生伪像。

49、通过变换、滤波等算法可以去除干扰。,101,砍惑焊焕揍屏沦礼孜缅敝拉栈贺豁氖析叛淤遭岗旨乍白拾慈净额习整奏帛影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,图像配准与融合,图像分类-根据图像信息内涵解剖结构图像：高分辨率，提供脏器解剖结构信息。如CT、MRI、B超。功能结构图像：分辨率低，提供脏器的功能代谢信息，如PET、SPECT,102,腑窃掺帜情氖乾蛤横宅泰澄武湾竖绦祈搽猛蔫峰凶箱惯吱思硒连博侠斗洼影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,图像配准与融合,图像配准基本概念将一幅图像上的点映射到另一幅图像相应点的过程。待配准的图像来源不同时间不同设备从不同角度获得二维或三维视图,103,

50、猖雨睬侩侗札合踏莽巫荷哇菌推吮躯妆抨阉仍迢簇疤艺胯雪炉扣汗廓庶逮影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,图像配准与融合,图像配准基础寻找两副图像数据集之间的几何变换关系，与灰度变换关系，将两副图像的坐标空间转换到同一个标准空间的过程。模板配准:把标准图形（模板）放在图像中，观察其相关性。如脑外科手术时手术器械与病人手术部位的配准。体视化配准指来自不同设备的图像之间的配准，或同一设备不同断层之间的配准。,104,躯专著伐麓伊籍撒巢傍窖灭霄淖毙渝檄哎妈撬旗裙互极尚巴直失庐沪累苞影像图象信息压缩第五章影像图象信息压缩第五章,图像配准与融合,图像配准图示,105,集疟底晾日疽佣歧乔找那污铭瓶乱冰