文档介绍：第3章数字图像压缩技术
图像信号概述
图像信号数字化
数字图像压缩的必要性和可行性
图像压缩算法的分类及性能指标
信息熵编码
预测编码
变换编码
压缩编码新技术
图像压缩编码标准
视频压缩编码标准
图像的分类
图像就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,可以直接或间接作用于人眼而产生视知觉的实体。科学研究和统计表明,人类从外界获得的信息约有75%来自于视觉系统,也就是说,人类的大部分信息都是从图像中获得的。图像是人们体验到的最重要、最丰富、信息量获取最大的信息。
图像能够以各种各样的形式出现,例如,可视的和不可视的,抽象的和实际的,适于计算机处理的和不适于计算机处理的。就其本质来说,可以将图像分为两大类:模拟图像和数字图像。
传统的方式为模拟方式,例如,目前我们在电视上所见到的图像就是以一种模拟电信号的形式来记录,并依靠模拟调幅的手段在空间传播的。在生物医学研究中,人们在显微镜下看到的图像也是一幅光学模拟图像,照片、用线条画的图、绘画也都是模拟图像。模拟图像的处理速度快,但精度和灵活性差,不易查找和判断。
将模拟图像信号经A/D变换后就得到数字图像信号,数字图像信号便于进行各种处理, 例如最常见的压缩编码处理就是在此基础上完成的。本书介绍的图像信息处理技术就是针对数字图像信号的。与模拟图像相比,数字图像具有精度高、处理方便、重复性好等显著优点。
图像信号还可以按照其它规则分类。图像信号按其内容变化与时间的关系分类,主要包括静态图像和动态图像两种。静态图像的信息密度随空间分布,且相对时间为常量;动态图像也称时变图像,其空间密度特性是随时间而变化的。人们经常用静态图像的一个时间序列来表示一个动态图像。图像信号按其亮度等级的不同可分为二值图像和灰度图像;按其色调的不同可分为黑白图像和彩色图像;按其所占空间的维数不同可分为平面的二维图像和立体的三维图像等等。
彩色的形成
在自然界中,当阳光照射到不同的景物上时,所呈现的色彩不同,这是因为不同的景物在太阳光的照射下,反射(或透射)了可见光谱中的不同成分而吸收了其余部分,从而引起人眼的不同彩色视觉。例如,当一张纸受到阳光照射后,如果主要反射蓝光谱成分,而吸收白光中的其他光谱成分,这样,当反射的蓝光射入到人眼时,则引起蓝光视觉效果,因此人们说这是一张蓝纸。可见,彩色是与物体相关联的,但是彩色并不只是物体本身的属性,也不只是光本身的属性,所以同一物体在不同光源照射下所呈现的彩色效果不同。例如当绿光照射到蓝纸上时,这时的纸将呈现黑色。可见彩色的感知过程包括了光照、物体的反射和人眼的机能三方面的因素。它是一个心理物理学的概念,既包含主观成分(人眼的视觉功能),又包含客观的成分(物体属性与照明条件的综合效果)。
从视觉的角度描述彩色会用到亮度、色度和饱和度三个术语。亮度表示光的强弱;色度是指彩色的类别,如黄色、绿色、蓝色等;饱和度则代表颜色的深浅程度,如浅紫色、粉红色。当然,在描述上述参数时,还必须考虑照射光的光谱成分、物体表面的反射系数的光谱特性以及人眼的光谱灵敏度三方面的影响。
色调与饱和度又合称为色度,可见它既表示彩色光的颜色类别,又表示颜色的深浅程度。
尽管不同波长的光波所呈现的颜色不同,但人们会经常观察到这样的现象。由适当比例的红光和绿光混合起来,可以产生与黄单色光相同的彩色视觉效果。又如日光也可以由红、绿、蓝三种不同波长的单色光以适当的比例组合而成。实际上自然界中的任何一种颜色都能由这三种单色光混合而成,因而称红、绿、蓝为三基色。
正是根据这一现象,从人眼的彩色视觉特性角度进行分析,提出这样一种设想,并通过解剖实验得以证实。人眼视网膜是由大量的光敏细胞组成的,按其形状可分为杆状细胞和锥状细胞。杆状细胞能够起到感光作用,只是杆状细胞对弱光的灵敏度要比锥状细胞高。锥状细胞也只能在正常光照条件才能产生视觉和色感。锥状细胞分别为红敏细胞、绿敏细胞和蓝敏细胞。红光、绿光和蓝光分别能够激励红敏细胞、绿敏细胞和蓝敏细胞。换句话说,就是当红光、绿光、蓝光以适当的比例混合起来,并同时作用在视网膜上时,将分别激励红敏细胞、绿敏细胞和蓝敏细胞,从而产生彩色感觉。这说明自然界中任何一种色彩都可以通过红、绿、蓝三基色混合而成。因此人们研制出相关器件,成功地利用三基色实现各种色彩的合成。
彩色图像信号的分量表示
对于黑白图像信号,每个像素点用灰度级来表示,若用数字表示一个像素点的灰度,有8比特就够了,因为人眼对灰度的最大分辨力为26。对于彩色视频信号(例如常见的彩色电视信号)均基于三基色原理,每个像素点由红(R)、绿(G)、蓝(B)三基色混合而成。若三个