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图像与视频编码技术
51、山气日夕佳，飞鸟相与还。 52、木欣欣以向荣，泉涓涓而始流。
53、富贵非吾愿，帝乡不可期。 54、雄发指危冠，猛气冲长缨。 55、土地平旷，屋舍俨然，有良田美 池桑竹 之属， 阡陌交 通，鸡 犬相闻 。
பைடு நூலகம்
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿

无损压缩
有损压缩
Huffman编码 RLE行程编码 AC算术编码 LZ字典式编码
预测编码 (DCT)变换编码 混合编码
DPCM
JPEG
ADPCM
MPEG
运动补偿（帧间预测）
11.3 LZW编码
LZW编码发明人：(Lempel-Ziv-Welch)
– 减少像素间冗余 – 无损压缩
LZW编码适合于大块相同色彩或重复颜色图案
L1
Lavg l(sk)ps(sk) k0
自然码 （二元码）
若每个灰度级均用m位二进 码表示，则称为自然编码， 此时
Lavg m
rk r0=0 r1=1/7 r2=2/7 r3=3/7 r4=4/7 r5=5/7 r6=6/7 r7=1 平均码长
pr(rk) 0.02 0.25 0.06 0.16 0.08 0.21 0.03 0.19
字典位置 0 1 255 字典条目 0 1 255
256 00
257 511 0255
第257个位置用于下一个出现的灰度值序列
LZW编码: 在编码的同时建立一个码本
（1）拼接
当前序列与将被 处理的灰度拼接
（2）搜索
拼接序列在字典 中找不到则建立 新条目，编码输 出为当前序列在 表中的位置； 若找到，不输出 码字，当前序列 改为拼接序列
640*480*8*3*30=221.12M 所以播放时，需要221Mbps的通信回路。
1张CD可存640M，如果不进行压缩，1张CD 则仅可以存放2.89秒的数据
11.1 数据冗余
数据冗余的概念
– 数据是信息的载体
»同量的信息可用不同量的数据表达
– 冗余
»数据表达了无用的信息 »数据表达了已表达的信息

4）看成二阶马尔可夫信源，则信源熵： H 3 ( X ) H 2 1 ( X ) 3 . 1 比 特 / 符 号
5）看成无穷阶马尔可夫信源，则信源熵：
H ( X ) 1 . 4 比 特 /符 号
信源相对熵：
H(X) 1.40.29
Hmax(X) 4.76
信源冗余度： E1H (X) 10.290.71
并且这种冗余度在解码后还可无失真 地恢复。 （2）利用人的视觉特性，在不被主观视觉 察觉的容限内，通过减少表示信号的 精度，以一定的客观失真换取数据压缩。
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第四章 视频编码基础
4、图像信号的冗余度
图像信号的冗余度存在于结构和统计两方面。
① 空间冗余 相邻像素/行变化小
在一幅图像中某一块面积上相邻像素的亮 度和色度信息存在空间连贯性相似。一幅 图像的亮度和色度信息中基本相同，存在 多余信息。
A 0.064 J 0.001 S 0.051 2）按实际概率分布，且 B 0.013 K 0.005 T 0.08 无相关性，则信源熵：
C 0.022 L 0.032 U 0.023
D 0.032 M 0.020 V 0.008 H 1(X )H 0 1(X )
E 0.103 N 0.057 W 0.018 F 0.021 O 0.063 X 0.001 G 0.015 P 0.015 Y 0.016
第四章 视频编码基础
第一部分
整体概述
THE FIRST PART OF THE OVERALL OVERVIEW, PLEASE SUMMARIZE THE CONTENT
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第四章 视频编码基础
4.1 视频编码系统概述
信源
信源编码
用户

在帧内模式中，比特流包含每个块的变换系数。作为选择项，可改变 标示量化器步长（MQUANT）±2。
在帧间模式中，编码器可选择传送差分编码运动矢量（MVD）和 （CBP），以便指定需要传送变换系数的块。由于传送MV需要额外的 比特，所以只当使用MV比不用MV预测误差低很多时，才传送MV。
编码图像时量化器步长是变化的，受码率控制策略的影响。
ISO/IEC( International Electrotechnical Commission) 国际电工委员会
2020/3/24
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标准化组织
ITU组织结构
ITU-T:电信标准化部门 ITU-R:无线电通信部门
ITU-D:电信发展部门
2020/3/24
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标准化组织
ISO/IEC组织结构
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标准的发展过程
三个阶段：竞争、集中、验证
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H.26X系列标准
H.261是ITU-T针对视频电话、视频会议等要求 实时编解码和低时延应用提出的第一个视频编码 标准，于1990年12月发布。H.261标准的码率为 P×64kbit/s，其中P为整数，且1≤ P≤30，对应 码率为64kbit/s～1.92Mbit/s。通常P=1，2时 用于视频电话业务，P ≥6时用于视频会议业务。
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H.261编码 差Biblioteka 编码运动矢量宏块类型的VLC表
量化器步长
编码块模式
变换系数
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H.261编码结构单元
量化器
H.261 对DCT系数采用两个量化器。用步长为8的均匀量化器量化帧内模 式的DC系数；用步长为[2,62]的接近均匀的中间踏板量化器量化帧内模 式和帧间模式的AC系数。（见下图示）在-T到T之间的输入称为死区，被 量化为0。除死区外，步长是均匀的，这个死区避免了对小的DCT系数进 行编码，而正是这些系数会引起编码噪声。

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6、纪律是自由的第一条件。——黑格 尔 7、纪律是集体的面貌，集体的声音， 集体的 动作， 集体的 表情， 集体的 信念。 ——马 卡连柯
8、我们现在必须完全保持党的纪律， 否则一 切都会 陷入污 泥中。 ——马 克思 9、学校没有纪律便如磨坊没有水。— —夸美 纽斯
10、一个人应该：活泼而守纪律，天 真而不 幼稚， 勇敢而 鲁莽， 倔强而 有原则 ，热情 而不冲 动，乐 观而不 盲目。 ——马 克思
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28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
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29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
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30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
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26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
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27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰

整理图像的描述方法可以
达到压缩的目的。
2）“这是一幅2*2的图 像，整幅图都是红色的”。
10.1 概述
10.1.2 图像中数据冗余的概念

图像冗余无损压缩的原理
RGB RGB RGB RGB
RGB
RGB RGB
RGB
RGB RGB
RGB
RGB RGB
RGB
RGB RGB
16
RGB
从原来的16*3*8=284bits压缩为：(1+3)*8=32bits
10.2 熵编码
10.2.1 熵编码基本概念
2.图像的平均码字长度
设 bk 为数字图像第 k 个码字 ck 的长度(二进制数的位 数)，其对应出现的概率为 pk, 则该数字图像的码字平 均长度 R 定义为：
R = bk pk
k =1 M
(bit)
10.2 熵编码
10.2.1 熵编码基本概念
3. 图像的编码效率：
c1c1c2c2 0011 c1c3c2
10.2 熵编码
10.均码字长度
1. 图像的熵 (Entropy) 设数字图像像素的灰度集合为｛w1, w2, … …, wM｝，其 对应的概率分别为 p1, p2, … …, pM, 按信息论中信源熵的 定义，可以定义图像的熵 H 为：
即用0.322位编码就可以了，而Huffman编码只能分配一 位0或一位1进行编码。若采用Huffman编码， 80%的信源数据 所需的码字长度要比理想编码后的码字长度多5倍。 算术编码能有效解决Huffman编码面临的压缩效果不理 想的问题！
10.2 熵编码
10.2.1 熵编码基本概念
二、 图像的变长最佳编码定理

图像压缩编码的方法 图像压缩编码分为有损压缩和无损压缩。无损压缩无信息
损失，解压缩时能够从压缩数据精确地恢复原始图像；有损 压缩不能精确重建原始图像，存在一定程度的失真。
根据编码原理将图像编码分为： （1）熵编码：无损编码，给出现概率较大的符号赋予一个 短码字，而给出现概率较小的符号赋予一个长码字， 从而 使得最终的平均码长很小。
习题1
10 23 70 70 00 56 56 70 56
2 56 23 10 00
2 70 70 23 0
LZW编码
LZW：发明人(Lempel-Ziv-Welch)
减少像素间冗余 无损压缩
特点：
码字为固定长度 不需要符号出现概率的知识 是一种字典方法
LZW压缩使用字典库查找方案。它读入待 压缩的数据并与一个字典库(库开始是空的)中 的字符串对比，如有匹配的字符串，则输出该 字符串数据在字典库中的位置索引，否则将该 字符串插入字典中。
图像编码的方法
（2） 预测编码：基于图像数据的空间或时间冗余特性，用 相邻的已知像素（或像素块）来预测当前像素（或像素块） 的取值，然后再对预测误差进行量化和编码。 （3）变换编码：将空间域上的图像变换到另一变换域上， 变换后图像的大部分能量只集中到少数几个变换系数上， 采用适当的量化和熵编码就可以有效地压缩图像。
7/16 9/16
7.2 哈夫曼编码
30 10 20 40 20 40 0 20 20 20 30 30 20 40 40 20
1
7/16 9/16
4/16
5/16
2/16 3/16
1/16 1/16
（6）最后两个频率值（7/16，9/16）作为二叉树的两 个叶子节点，将频率和1作为它们的根节点。

21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节推倒。——莎士比亚
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26、机遇对于有准备的头脑有特别的 亲和力 。 27、自信是人格的核心。
28、目标的坚定是性格中最必要的力 量泉源 之一， 也是成 功的利 器之一 。没有 它，天 才也会 在矛盾 无定的 迷径中 ，徒劳 无功。- -查士 德斐尔 爵士。 29、困难就是机遇。--温斯顿．丘吉 尔。 30、我奋斗，所以我快乐。--格林斯 潘。
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
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