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பைடு நூலகம்
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• 数字图像压缩的出现
二十世纪末，人类社会开始进入到数字化时 代，数字图像技术作为数字技术的重要组成部分， 将人们带入了崭新的多媒体世界。随着科学的发 展和社会的进步，人们对图像信息的需求也越来 越大。在多媒体计算机系统、电子出版、视频会 议、数字化图书馆等许多领域，数字图像都有着 广泛的应用。
^
• 如果将 f ( x , y ) 看作原始图像 f ( x , y ) 和e(x,y)的和，那
么解压图像的均方根信噪比为：
M1N1 ^
f(x,y)2
SNRms x0 y0
M1N1 ^
[f(x,y)f(x,y)]2
x0 y0
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f • 如果令 m ax m ax [f(x,y)],x 0 ,1 ...,M 1 ,y 0 ,1 ,...,N 1 ,
一、图像的可压缩理论 二、图像压缩性能评价 三、图像冗余度和编码效率
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一、图像的可压缩理论
• 数据压缩的理论研究始于香农的信息论。1948年香 农在其经典论文《通信的数学原理》中首次提到信 息率——失真函数概念，1959年又进一步确立了失 真率理论，从而奠定了信源编码的理论基础。
• 压缩编码的理论基础是信息论。从信息论的角度看， 信息定义为“用来消除不确定性的东西”。压缩是 去掉信息中的冗余部分，也就是确定的或可推知的 部分，用一种更接近信息本质的描述来代替原有冗 余的描述。
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二、图像压缩性能评价
• 在图像压缩编码中，解码图像与原始图像 可能会有差异，因此，需要评价压缩后图 像的质量。描述解码图像相对原始图像偏 离程度的测度一般称为保真度（逼真度） 准则。常用的准则可分为两大类：客观保 真度准则和主观保真度准则。
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1. 客观保真度准则
• 最常用的客观保真度准则是解码图像和原始图像
之间的均方误差和均方根信噪比。f ( x, y ) 代表大
^
小为M*N的原始图像，f ( x , y ) 代表解压缩后的图
^
像，对任意x和y，f ( x, y ) 和 f ( x , y ) 之间的误
差定义为：
^
e(x,y)f(x,y)f(x,y)
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• 则均方根误差
erm s M 1NM x 0 1N y 0 1[f^(x,y)f(x,y)]2
取较大的压缩比。 编辑版
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• 医学图像存在的冗余
1. 空间冗余: 取决于医学图像中图案粗细程度 的冗余。 2. 时间冗余: 取决于医学图像随时间变化程度 的冗余。 3. 结构冗余: 把医学图像看作是区域集时产生 的冗余。
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4. 知识冗余: 与收发端所共有的知识相关 联的冗余。
5. 熵冗余: 像素灰度值出现概率不均匀 产生的冗余。
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• 图像的压缩与解码
图像数据一般的都存在各种信息的冗余，如 空间冗余、信息熵冗余、视觉冗余、结构冗余等。 想办法去掉各种冗余，保留真正有用的信息，就 是图像压缩。把信号进行压缩的过程常称为图像 编码，恢复原图像的过程常称为解码。
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• 图像压缩领域常用的编码有：
1. 信息保持编码：主要应用于图像数字存储方 面。要求：无失真编码。
6. 视觉冗余: 由于人的视觉分辨有限性产 生的冗余。
7. 其他冗余: 由于医学图像非平稳性产生 的冗余。
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• 可以把医学图像信号看成有用信息和冗余信息的结 合，其压缩通过编码器实现
ct工作站
信息提取
无损
有损 、
无损压
量化
缩
有损
重复压缩 比特分配 否
是
医学图 像数据 库
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第二节 数据压缩编码的基本原理
源本身所具有的相关性和和信源内事件概率分布 的不均匀性产生的。因此，图像的统计编码方法 就是利用信源的统计特性，去除其内在的相关性 和改变概率分布的不均匀性，从而实现图像信息 的压缩。
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• i 为灰度级i对应的码长， p i 为灰度级i出现
－
的概率。图像的冗余度可定义为： B r= 1 H (x)
• 编码效率则定义为：
H(x)
B
1 1 r
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第三节 常用数据压缩编码算法
一、统计编码 二、预测编码 三、变换编码
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一、统计编码
• 统计编码原理 根据信息论的观点，信元的冗余度是由于信
第二章 多媒体数据压缩 编码技术
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第一节 多媒体数据压缩编码概述
一、数据压缩与多媒体压缩 二、医学数据压缩
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一、数据压缩与多媒体压缩
• 数据压缩 就是以最少的数码表示信源所发的信号，以
减少容纳给定消息集合或数据采样集合的信号空间， 通过减少计算机中所存储数据或者通信传播中数据 的冗余度，达到增大数据密度，最终使数据的存储 空间减少的技术。
2. 保真度编码 ：主要应用于数字电视技术和 静止图像通信方面。要求：在保证保真度的条 件下允许一定的失真。
3. 特征提取 ：主要应用于一些图像识别和分 析技术中，要求：对需要的特征信息进行编码， 就可以压缩图像数据。
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二、医学数据压缩
• 医学图像压缩得以实施的两个主要依据：
医学图像的统计特性和人类视觉特性
则可得到峰值信噪比
PSNR10lgM1N1 ^
f2 max
[f(x,y)f (x,y)]2
x0 y0
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2. 主观保真度准则
尽管客观保真度准则提供了一种简单、方 便的评估信息损失的方法，但很多解压图像最 终是供人观看的。对具有相同客观保真度的不 同图像，人的视觉可能产生不同的视觉效果。 这是因为客观保真度是一种统计平均意义下的 度量准则，对于图像中的细节无法反映出来， 而人的视觉能够觉察出来。这种情况下，用主 观的方法来评价图像的质量更为合适。
1. 利用图像本身固有的统计特性来减少原始医学 图像数据中的冗余信息，采用某种编码方法减小 原始图像文件的大小。
2.由于人类的视觉系统能从极为杂乱的图像中抽
象出有意义的信息，并以非常精炼的信息形式传
到大脑，而且视觉系统对图像中的不同部分的敏
感程度是不同的，可以利用人类的视觉特性去除
医学图像中对信息传输和整合影响小的部分，获
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三、图像冗余度和编码效率
• 根据香农信息保持编码定理，假设某无干扰信
息源的熵值为H(x),如果能找到一种编码方法，
其编码平均长度 存B在一个下限，这个下限
是信源信息熵H(x)，即最佳信息保持编码的平
均码长无限接近信源熵值。若原始图像平均码
长为 ，B则
L 1
B i pi i0
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