采用不同的調色板顯示同一幅

圖像的效果實例1-

Baeu

圖

像

效

S果

三

調

色

板

三

注

釋

:調配色S

■=EacU

??調配色(direct-color)的獲取是通過每個像素點的R、

?G、B分量分別作為單獨的索引值進行變換，經相應的

Z色彩變換表找出各自的基色強度，用變換后的R、G、

yB強度值產生的色彩。

調配色與偽彩色相比，相同之處是都采用查找表，不

?同之處是前者對R、G、B分量分別進行查找變換，后

二者是把整個像素當作查找的索引進行查找變換。因此，

.調配色的效果一般比偽彩色好。

??調配色與真彩色比，相同之處是都采用R、G、B分量

Z來決定基色強度，不同之處是前者的基色強度是由R、

?G、B經變換后得到的，而后者是直接用R、G、B決定。

,在VGA顯示系統中，用調配色可以得到相當逼真的彩

Z色圖像，雖然其色彩數受調色板的限制而只有256色

圖像深度與顯TJX深度f—

BacU

?顯示深度表示顯示緩存中記錄屏幕上一個點

的位數（bit）,也即顯示器可以顯示的色彩

數。因此，顯示一幅圖像時，屏幕上呈現的

色彩效果與圖像文件所提供的色彩信息有關,

也即與圖像深度有關；同時也與顯示器當前

可容納的色彩容量有關，也即與顯示深度有

才：關。

3Z-顯示深度大于圖像深度

1：-顯示深度等于圖像深度

顯示深度小于圖像深度

:顯示深度大于圖像深度J

--在這種情況下屏幕上的色彩能較真實地

:反映圖像文件的色彩效果。如當顯示深

:度為24位，圖像深度為8位時，屏幕上

:可以顯示按該圖像的調色板選取的256

二種顏色；圖像深度為4位時可顯示16色。

:這種情況下，顯示的色彩完全取決于圖

:像的色彩定義

:顯示深度等于圖像深度J

:-在這種情況下，如果用真彩色顯示模式

:來顯示真彩色圖像，或者顯示調色板與

:圖像調色板一致時，屏幕上的色彩能較

:真實地反映圖像文件的色彩效果。反之,

:如果顯示調色板與圖像調色板不一致，

:則顯示色彩會出現失真

:顯示深度小于圖像深度J

??此時顯示的色彩會出現失真。例如，若

Q顯示深度為8位，需要顯示一幅真彩色

:的圖像時顯然達不到應有的色彩效果。

:在這種情況下不同的圖像軟件有不同的

:處理方法

:色調與色相I

??繪畫中要求有固定的色彩感覺，有統一

:的色調，否則難以表現畫面的情調和主

:題。例如我們說一幅畫具紅色調，是指

:它在色彩上總體偏紅。計算機在圖像處

:理上采用數字化，可以非常精確地表現

:色彩的變化，色調是相對連續變化的。

:用一個園環來表現色譜的變化，就構成

:了一個色彩連續變化的色環。

色彩連續變化的色環I

BseU

?太陽光帶中的六標準

色與六個中間色，即

紅橙，黃橙，黃綠，

藍綠（青），藍紫，

紅聚（品紅），合稱

十二色相或色調。

?把不同的色調按紅橙

黃綠藍展的順序銜接

起家，就形成了一個

色詞連續變化過渡由

圓環，稱作為色環。

亮度與明度

BaeU

:-同一物體因受光不同會產生明度上的變化

??不同顏色的光，強度相同時照射同一物體也

Z會產生不同的亮度感覺。

:-明度也可以說是指各種純正的色彩相互比較

：所產生的明暗差別。在純正光譜中，黃色的

2明度最高，顯得最亮；其次是橙、綠；再其

?次是紅、藍；紫色明度最低，顯得最暗。

同一物體因受光不同會產生明度上的變化

Baeu

?照射的光越強，反射光也越強，看起來越亮。

顯然，如果彩色光的強度降到使人看不到了,

在亮度標尺上它應與黑色對應。

?同樣，如果其強度變得很大，那么亮度等級

應與白色對應。亮度是非彩色屬性，彩色圖

像中的亮度對應于黑白圖像中的灰度

：飽和度與純度

??淡色的飽和度比濃色要低一些。

:?飽和度還和亮度有關,同一色調越亮或

X越暗越不純。

:?飽和度越高，色彩越艷麗、越鮮明突出,

:越能發揮其色彩的固有特性。但飽和度

:高的色彩容易讓人感到單調刺眼。飽和

:度低，色感比較柔和協調，可混色太雜

?則容易讓人感覺渾濁，色調顯得灰暗。

飽和度與純度

BaeU

?對于同一色調的彩色光，飽和度越深，顏色

越鮮明或說越純，相反則越淡

飽和度和亮度

BaeU

不飽和N-----------------純飽和--------------->不飽和

*在飽和的彩色光中增加白光的成分，相當于

增加了光能，因而變得更亮了，但是它的飽

和度卻降低了。若增加黑色光的成分，相當

于降低了光能，因而變得更暗，其飽和度也

降低了

加帝素妹對顏佰的感知

硼電5m確0700

齡笠.邰土北k炳蹦x■51》

視覺系統對顏色和亮度的響應特性

視覺系統對顏色的感知

產生波長不同的光所需要的三基色值

:人眼對圖像的亮度信息敏感、

2對顏色分辨率弱北

：?由于人眼對色彩細節的分辨能力遠比對亮度

一細節的分辨能力低，若把人眼剛能分辨的黑

Z白相間的條紋換成不同顏色的彩色條紋，那

?么眼睛就不再能分辨出條紋來。如圖所示，

:等寬的藍紅相間的彩條，藍綠相間的彩條和

一黑白相間的條紋比較。使眼睛逐漸遠離屏幕,

：當你分辨不出彩條時，黑白條還能分辨出來

:?彩色空間及其變換

Z-RGB顏色模式

Z-Lab顏色模式

:-HSB顏色模式

Z-YUV顏色模式

Z-CMYK顏色模式

RGB顏色模式NEXT

.?自然界中所有的顏色都可以用紅、綠、藍(RGB)

?這三種波長顏色的不同的強度組合而得，這就是

Z人們常說的三基色原理。

Z?因為RGB顏色合成產生白色，它們也叫作加色

:?把三種整、色交互重疊，就產生了次混合色：青

:(cyan)>洋紅(magenta)、黃(yellow)

:?在數字視頻中，對RGB三基色各進行8位編碼就

Z構成了大約16.7萬種顏色，這就是我們常說的真

?彩色。

:?電視機和計算機的監視器都是基于RGB顏色模式

二來創建其顏色的。

目錄返回

RGB顏色模式

自然界中所有的顏色都可以用

紅、綠、藍(RGB)這三種顏色

的光(紅光波長700nm、綠光綠

4

波長546.1nm＞藍光波長435.8A

黃青

nm)按不同的強度疊加而成，

這就是人們常說的三基色原理。

當三基色等量相加時，得到

紅藍

色；等量的紅綠相加而藍為0

品紅

值時得到黃色；等量的紅藍相

加而綠為0時得到品紅色；等

量的綠藍相加而紅為0時得到

色。

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彩色空間

?當三基色按不同強度相疊加

時，可得到任何一種顏色。

任一顏色和這三種顏色之間

的關系可用下面的式子來描

述:

■顏色=R（紅色的百分山+

G（綠色的百分比）+（族色的

百分*比）

?任一顏色可以想象成RGB三

車空間中的一個點，該點的

史標為（r,g,b）,其中r、

g>b分別為該顏色中紅、綠、

熊三基色所占的百分比。自

然界的所有顏色構成一個

“彩色空間”。

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顏色的顯示

電視機和計算機的監視器都是基于RGB顏色模式來創

建其顏色的。它們使用的陰極射線管CRT(cathoderay

tube)是一個有源物體。CRT使用3個電子槍分別產生紅

(Red)＞綠(Green)和藍(Blue)三種波長的光，并以各種

不同的相對強度綜合起來產生顏色

??□?”

電子槍

掩蔽罩

熒光涂層屏幕

.

L

X

IZU

WW小川川I川

RGB相加混色模型

RGB相加色示例NEXT

RGB強度顏色

000黑(Black)

001藍(Blue)

010綠(Green)

011青(Cyan)

100紅(Red)

101品紅(Magenta)

110黃(Yellow)

111白(White)

N

Lab顏色模式NEXT

■該顏色模式由一個發光率

(luminance)和兩個顏色(a,b)

軸組成。它由顏色軸所構成

的平面上的環形線來表示顏

色的變化，其中徑向表示色

飽和度的變化，自內向外，

飽和度逐漸增高；圓周方向

A.光度=100(白)表示色調的變化，每個圓周

B.綠到紅分量形成一個色環；而不同的發

光率表示不同的亮度并對應

藍到黃分量

C.不同環形顏色變化線。

D.光度=0(黑)到紅

分量

:Lab顏色模式《■

■QEacL

：?Lab顏色是由RGB三基色轉換而來

Z的

：?它是一種具有“獨立于設備”的顏

:色模式，既不論使用任何一種監視

：器或者打印機，Lab的顏色不變。

HSB顏色模式

,?從心理學的角度來看,

顏色有三個要素：色

相、飽和度和亮度。

HSB顏色模式便是基

于人對顏色的心里感

受的顏色模式。

A.飽和度B.色相C.亮度D.所有色相

HSB色彩空間可以用一個圓錐空間模型來描述o

錐空間模型

QnEacL

(A)HSI圓錐空間模型

(B)線條示意圖：圓

.錐上亮度、色度和飽和

/飽和度|I度的關系。

色調I(C)縱軸表示亮度

亮I(D)圓錐縱切面：描

(C送了同一色調的不同亮

(B)度和飽和度關系。

尸?(E)圓錐橫切面：色調H為繞著圓

、融截面度量的色環，圓周上的顏色

為完全飽和的純色，色飽和度為穿

-過中心的半徑橫軸。

彩色空間的線性變換標準

[NEXT

?為了使用人的視角特性以降低數據量，通常把RGB

Z空間表示的彩色圖像變換到其他彩色空間。

Z彩色空間變換有三種：YIQ,YUV和YCrCb

??YIQ適用于NTSC彩色電視制式

Z?YUV適用于PAL和SECAM彩色電視制式

:?而YCrCb適用于計算機用的顯示器

彩色空間的線性變換標準

[NEXT

ZYUV與YIQ模型

?在彩色電視制式中，使用YUV和YIQ模型來表示彩色

:圖像。在PAL彩色電視制式中使用YUV模型，Y表示亮度，

?UV用來表示色差，U、V是構成彩色的兩個分量；在NTSC

;彩色電視制式中使用YIQ模型，其中的Y表示亮度，I、Q

,是兩個彩色分量。

一

xYUV/YIQ特點

：?亮度信號(Y)和色度信號(U、V)是相互獨立的

??可以利用人眼的特性來降低數字彩色圖像所需要的存儲

:容量。

彩色空間的線性變換標準[NEXT

人眼對彩色細節的分辨能力遠比對亮度細節的分辨能力低。例如，

要存儲RGB8:8:8的彩色圖像，即R、G和B分量都用8位二進制數表

示，圖像的大小為640X480像素，那末所需要的存儲容量為

921600字節。如果用YUV來表示同一幅彩色圖像，Y分量仍然為

640X480,并且Y分量仍然用8位表示，而對每四個相鄰像素(2X2)

的U、V值分別用相同的一個值表示，那末存儲同樣的一幅圖像所

需的存儲空間就減少到460800字節。這實際上也是圖像壓縮技術

的一神方法。

與YUV顏色模式類似的一種稱為YCrCb模式，主要適用于計算機用

的顯示器。

掃描綾

5/318

⑥計算所得的Cb,Cr樣本

?Y樣本

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YUV顏色模式

:?一幅彩色圖像和它對應的亮度信號（Y

：分量）圖像YUV表示法的重要性是它的

Z亮度信號（Y）和色度信號（U、V）是相互

：獨立的，也就是說Y信號分量構成的黑

?白灰度圖與用U、V信號構成的另外兩幅

；單色圖是相互獨立的。由于Y、U、V是

：獨立的，所以可以對這些單色圖分別進

:行編碼。黑白電視能接收彩色電視信號

就是利用了YUV分量之間的獨立性。

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YUV顏色模式

:?一幅彩色圖像和它對應的亮度信號（Y

:分量）圖像

：彩色空間RGB-YUV

NEXT

■

:YUV與RGB彩色空間變換

:Y=0.299R+0.587G+0.114B

2U=-0.147R-0.289G+0.436B

ZV=0.615R-0.515G-0.100B

寫成矩陣的形式:

Y0.2990.5870.114R

U=-0.147-0.2890.436G

V0.615-0.515-0.100B

彩色空間RGB-YIQfNEXf

YIQ與RGB彩色空間變換

Y=0.299R+0.587G+0.114B

I=0.596R-0.275G-0.321B

Q=0.212R-0.523G+0.3nB

寫成矩陣的形式:

11

1.1J.

：彩色空間RGB-YCrCb-

:EacL

?YCrCb與RGB彩色空間變換

:數字域中的彩色空間變換與模擬域的彩色空間變換

?不同。它們的分量使用Y、Cr和Cb來表示，與RGB空間的

Z轉換關系如下：

2Y=0.299R+0.578G+0.114B

ZCr=(0.500R-0.4187G-0.0813B)+128

2Cb=(-0.1687R-0.3313G+0.500B)+128

?寫成矩陣的形式：

CMYK顏色模式NEXT

z?這是彩色印刷使用的一種顏色模式。它由青

■(cyan)>洋紅(magenta)、黃(yellow)和黑(black)

Z四種顏色組成。

Z-這種模式的創建基礎和RGB不同，它不是靠

X增加光線，而是靠減去光線。這是因為與監

?視器或者電視機不同，打印紙不能創建光源，

：即它不會發射光線，而只能吸收和反射光線，

?即它只能夠吸收特定波長而反射其它波長。

:?通過對上述四種顏色的組合，可以產生可見

2光譜中的絕大部分顏色。

CMYK顏色模式BacU

CMYK模型以打印在紙張上

油墨的光線吸收特性為基礎，

白光照射到半透明油墨上時，

部分光譜被吸收，部分被反射

回眼睛。

理論上，青色(C)、洋紅

(M)和黃色(Y)色素能合成吸收

CMYK相減混色模型所有顏色并產生黑色。由于這

個原因，這些顏色叫作減色。

因為所有打印油墨都會包含一些雜質，這三種油墨實際上

產生一種土灰色，必須與黑色(K)油墨混合才能產生真正的

黑色。將這些油墨混合產生顏色叫作四色印刷。

顏色模型的色域BacU

色域是一個色系能夠顯示或打

印的顏色范圍。人眼看到的色譜比

任何顏色模型中的色域都寬。

在顏色模型中，Lab具有最寬的

色域，它包括RGB和CMYK色域中的所

有顏色。通常RGB色域包含能在計算

機顯示器或電視屏幕（發出紅、綠

和藍光）上所有能顯示的顏色。因

而一些諸如純青或純黃等顏色不能

:A.Lab色域B.RGB色域C.CMYK色域在顯示器上精確顯示。

:CMYK色域較窄，僅包含使用印刷色油墨能夠打印的顏色。當

■不能被打印的顏色在屏幕上顯示時，它們稱為溢色一一即超出CMYK

,色域之外。

:-圖像數據壓縮的可能性

z-統計冗余

z-信息燧冗余

?-結構冗余

Z-知識冗余

Z-視覺冗余

圖像的種類

NEXT

標準單色圖標準灰度圖

圖像的種類

NEXT

256色標準圖像24位標準圖像

圖像的種類

256色標準圖像轉換成的灰度圖24位標準圖像轉換成的灰度圖

統計冗余

??圖像數據存在大量的統計特征的重復，這種

Z重復包括靜態單幀圖像數據在空間上的冗余

:和音頻、視頻數據在時間上的冗余。

:-在動態圖像序列中，前后兩幀圖像之間具有

z較大的相關性，表現出幀與幀之間的重復，

:因而存在時間冗余。

信息燧冗余

??信息嫡定義為一組數據所表示的信息量，即

0N-1

:￡=-工小1嗎，

?j=0

Z式中，￡為信息嫡，N為數據的種類（或稱碼元）個數，

■為第，.個碼元出現的概率。

:?一組數據的數據量顯然等于各記錄碼元的二進制位數

,（即編碼長度）與該碼元出現的概率乘積之和，即

■

_N-T

:式中，〃為數據量，為第，個碼元的二進制位數。

Z?一般取％…（如ASCII編碼把所有碼元都編碼為

?7比特），這樣得到的〃必然大于昆這種因碼元編碼長

Z度的不經濟帶來的冗余稱為信息燧冗余或編碼冗余。

信息燧冗余?

圖26個英文字母相對頻率

結構冗余.

有些圖像從大面積上或整體上看存

在著重復出現的相同或相近的紋理結構,

例如布紋圖像和草席圖像，被稱為結構

冗余。

知識冗余

BacU

有許多圖像的理解與圖像

所表現內容的基礎知識（先

驗或背景知識）有相當大的

相關性，從這種知識出發

可以歸納出圖像的某種規

律性變化，這類冗余稱為

知識冗余。知識冗余的一

個典型例子是對人像的理

解，比如，鼻子上方有眼

睛，鼻子又在嘴的上方等。

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視覺冗余

;人類的視覺系統

?實際上只在一定程度

Z上對圖像的變化產生

?敏感，即圖像數據中

Z存在著大量人類視覺

?覺察不到的細節。事

z實上，人類視覺系統24比特標準圖像轉換成的灰度圖

?的一般分辨力為64灰

z度級，而一般圖像量

?化采用的是256灰度

z級，這類冗余稱為視

2覺冗余。

256色標準圖像轉換成的灰度圖

第三章數字圖像處理技術

思

??J信號處理的基本術語考

z,J圖像數據壓縮基礎題

Z?圖像數據壓縮算法

Z?常用圖形、圖像文件的格式

Z?靜態圖像壓縮標準

Z?動態圖像壓縮標準

:?H.261和H.263標準

圖像數據壓縮算法

評價壓縮算法的指標

壓縮算法分類

行程長度編碼?預測編碼

哈夫曼編碼?變換編碼

算術編碼?模型法編碼

詞典編碼?混合編碼

:評價壓縮算法的指標.■

:?壓縮比指壓縮編碼后的數據量與原始

:數據大小的比值；

:?算法的復雜性和運算速度；

:?失真度。

?壓縮前：Synthetic.bmp393,270B壓縮后：Synthetic.jpg18,756B

壓縮比：18756/393270-1/21

?將16M色的真彩圖像（圖A）轉變為256色（圖B）,數據量減少了約3倍，壓

?縮比為1:3.當然這時產生了色彩失真，但如果選擇原圖的色彩范圍定義

?調色板,色彩失真較小,人眼一般都還能接受.如果把圖像深度從8位再

:壓縮到4位，即從256色再壓到16色（圖C）,雖然數據量只減少了2倍,壓縮

Z比為1:2,但這時的人眼所看到的色彩失真比第一次大得多，效果很差

壓縮算法分類

BaeU

根據對編碼數據進行解碼后與編碼

前的數據是否一致可以把數據編碼方法

分為兩類：

-無損編碼。解碼后的數據與編碼前的數據

完全一致，沒有任何失真。

-有損編碼。解碼后的數據與原始數據有一

定程度的偏差或失真，但一般不影響聽覺

或視覺效果。

行程長度編碼NEXT

:?把一系列的重復值（例如圖像象素的灰

X度值）用一個單獨的值再加上一個計數

2值來取代。

：?比如有這樣一個字母序列一、

Zaabbbccccccccdddddd它的行程長度編碼

:就是2a3b8c6d。

：■很多位圖文件格式都用行程長度編碼,

?例如TIFF,PCXo

行程長度編碼例

BacU

?有一線狀圖像，其灰度隨長度坐標

一的關系如圖3.1所示。描述這個一維4?一

Z圖像可以用順序的七個3bit的二進

2*~

.制數表示:011,011,011,011,1*~

Z101,101,101,共21比特。IIIiIII

0?1l*12+13r4，5+6，7。

z如果用行程編碼方法對其編碼，其圖3」一維圖像的例子"

,編碼就變成了100,011；011,101,

:共用了12比特，比前一種編碼節約

?了9個比特。

香農-范諾算法NEXT

信源(消息集)編碼輸出集

I編碼器

Z=屹]，...,Z[]

X={X1，??.，xn}

符號集Am=d，…，am}

嫡(Entropy)的概念

嫡是信息量的度量方法，它表示某一事件出現的

消息越多，事件發生的可能性就越小，數學上就是概

率越小。

某個事件的信息量用4曰=崛名然表示，其中Pi

為第i個事件的概率，0<Pi?L

哈夫曼編碼INEXT

(1)統計信源符號出現的概率；

⑵將信源符號按概率遞減順序排列；

(3)把兩個最小的概率值加起來，作為一個新組合符號

的概率；

(4)重復步驟(2)、(3),直到概率和達到1為止;

⑸在每次合并信源時，將合并的信源分別標記“1”和

“0”(例如，概率小的標記為“1”，概率大的標記

為“0”)；

(6)尋找從每一信源符號到概率為1的路徑，記錄下路徑

上的“1”和“0”；

(7)對每一符號寫出“1”和“0”序列；

哈夫曼編碼的例子NEXT

Xjxxxxx

?考慮信源23456

0.250.250.200.150.100.05

進行哈夫曼編碼的過程如下:

信源符號概率編碼過程碼長

0

0

入

0.2501

10.55

1.00編碼前:平均碼長為3

0

0.25

102

1編碼后:平均碼長為2.45

x0.20

30.4511壓縮比:

12.45/3

0

x40.150003

0.30

x50.1000104

10.0500114

：哈夫曼編碼的不足S

二?它必須精確地統計出原始文件中每個值的出現

：頻率，如果沒有這個精確統計，壓縮的效果就

z會大打折扣，甚至根本達不到壓縮的效果。因

?此哈夫曼編碼通常要經過兩遍操作，第一遍進

二行統計，第二遍產生編碼，所以編碼的過程是

:比較慢的。

:?另外由于各種長度的編碼的譯碼過程也比較復

:雜，因此解壓縮的過程也比較慢。

z?它對于位的增刪比較敏感。

算術編碼

INEXT

?算術編碼在圖像數據壓縮標準(如JPEG,JBIG)中扮演了重要的角

:色。在算術編碼中，消息用0到1之間的實數進行編碼，算術編碼用到

.兩個基本的參數：符號的概率和它的編碼間隔。信源符號的概率決定

?壓縮編碼的效率，也決定編碼過程中信源符號的間隔，而這些間隔包

■含在0到1之間。編碼過程中的間隔決定了符號壓縮后的輸出。

Z算法舉例

■假設信源符號為｛00,01,10,11),這些符號的概率分別為｛0.1,

:0.4,0.2,0.3),根據這些概率可把間隔[0,1)分成4個子間隔：

?[0,0.1),[0.1,0.5),[0.5,0.7),[0.7,1),二進制消息序列

■的輸入為：10001100101101

Z需要注意的幾個問題..

:EaeL

?1.由于實際計算機精度不可能無限長，運算中溢出是明顯的問題，

:但多數機器都有16位、32位或者64位的精度，因此可使用比例縮放

■法解決。

-2.算術編碼器對消息只產生一個碼字，這個碼字是在［0,1）中的一

.個實數，因此譯碼器在接受到表示這個實數的所有位之前不能進行

工譯碼。

-3.算術編碼也是一種對錯誤很敏感的編碼方法，如果有一位發生錯

,?誤就會導致整個消息譯錯。

?算術編碼可以是靜態的或者自適應的。在靜態算術編碼中，信源

;符號的概率是固定的。在自適應算術編碼中，信源符號的概率根據編

.碼時符號出現的頻繁程度動態地進行修改，在編碼期間估算信源符號

--概率的過程叫做建模。需要開發動態算術編碼的原因是因為事先知道

,精確的信源概率是很難的，而且是不切實際的。當壓縮消息時，我們不

2能期待一個算術編碼器獲得最大的效率，所能做的最有效方法是在編

■碼過程中估算概率。因此動態建模成為確定編碼器壓縮效率的關鍵。

詞典編碼

,詞典編碼的思想

,第一類詞典法的想法是企圖查找正在壓縮的字符序列

?是否在以前輸入的數據中出現過，然后用已經出現過的字

:符串替代重復的部分，它的輸出僅僅是指向早期出現過的

■字符串的“指針”O

詞典編碼

LZ77算法

算法中用到的幾個術語：

：1.輸入數據流(inputstream)：要被壓縮的字符序列。

-2.字符(character)：輸入數據流中的基本單元。

*3.編碼位置(codingposition)：輸入數據流中當前要編碼的字符位

上.置，指前向緩沖存儲器中的開始字符。

：4.前向緩沖存儲器(Lookaheadbuffer):存放從編碼位置到輸入數據

:?流結束的字符序列的存儲器。

?5.窗口(window)：指包含W個字符的窗口，字符是從編碼位置開始向

后數也就是最后處理的字符數。

16.指針(pointer)：指向窗口中的匹配串且含長度的指針。

詞典編碼

?LZ77編碼算法的核心是查找從前向緩沖存儲器開始的最

:長的匹配串。編碼算法的具體執行步驟如下：

-1.把編碼位置設置到輸入數據流的開始位置。

Z2.查找窗口中最長的匹配串。

?3.以“(Pointer,Length)Characters”的格式輸出，

:其中Pointer是指向窗口中匹配串的指針，Length表

?示匹配字符的長度，Characters是前向緩沖存儲器中

Z的不匹配的第1個字符。

?4.如果前向緩沖存儲器不是空的，則把編碼位置和窗

:口向前移(Length+1)個字符，然后返回到步驟2。

詞典編石馬-LZ77算法

詞典編碼-LZSS算法

■?LZ77通過輸出真實字符解決了在窗口中出現沒有匹配

?串的問題，但這個解決方案包含有冗余信息。冗余信

Z息表現在兩個方面，一是空指針，二是編碼器可能輸

?出額外的字符，這種字符是指可能包含在下一個匹配

:串中的字符。

:LZSS算法以比較有效的方法解決這個問題，它的思

,想是如果匹配串的長度比指針本身的長度長就輸出指

z針，否則就輸出真實字符。

詞典編碼-LZSS算法

編碼算法的具體執行步驟如下:

?1.把編碼位置置于輸入數據流的開始位置。

?2.在前向緩沖存儲器中查找與窗口中最長的匹配串

:①Pointer：=匹配串指針。

,■②Length：=匹配串長度。

-3.判斷匹配串長度是否大于等于最小匹配串長度(Lengths

?.MIN-LENGTH),

:如果“是"：輸出指針，然后把編碼位置向前移動Length個字符

如果“否”：輸出前向緩沖存儲器中的第1個字符，然后把編碼

--位置向前

三:移動一個字符。

.4.如果前向緩沖存儲器不是空的，就返回到步驟2。

詞典編碼-LZSS算法

詞典編碼-LZSS算法

■?在相同的計算機環境下，LZSS算法比LZ77可獲得比較

*高的壓縮比，而譯碼同樣簡單。這也就是為什么這種

Z算法成為開發新算法的基礎，許多后來開發的文檔壓

?縮程序都使用了LZSS的思想。例如，PKZip,ARJ,

:LHArc和ZOO等等，其差別僅僅是指針的長短和窗口的

:大小等有所不同。

:?LZSS同樣可以和嫡編碼聯合使用，傷|如ARJ就與霍夫

:曼編碼聯用，而PKZip則與Shannon-Fano聯用，它的

?后續版本也采用霍夫曼編碼。

第二類詞典編碼

輸入第二類算法的

數據流想法是企圖從輸入

的數據中創建一個

“短語詞典

(dictionaryof

數據流

thephrases),,,

這種短語可以是任

意字符的組合。編

碼數據過程中當遇

到已經在詞典中出

現的“短語”時，

編碼器就輸出這個

詞典中的短語的

“索引號”，而不

是短語本身。

LZ78算法

■?LZ78的編碼思想是不斷地從字符流中提取新的綴-符

:串(String),通俗地理解為新“詞條”，然后用“代

:號”也就是碼字(Codeword)表示這個“詞條”。這

?樣一來，對字符流的編碼就變成了用碼字(Codeword)

:去替換字符流(Charstream),生成碼字流(Code

:stream),從而達到壓縮數據的目的。

:?LZ78編碼器的輸出是碼字-字符(W,C)對，每次輸出一

X對到碼字流中，與碼字W相對應的綴-符串(String)用

?字符C進行擴展生成新的綴-符串(String),然后添加

T到詞典中。

LZ78算法

[W]123456789

與LZ77相比,LZ78

的最大優點是在每個編

步位置詞典■wi

|彝碼步驟中減少了綴-符

11串(String)比較的數目,

22而壓縮率與LZ77類似。

33

5

58

預測編碼INEXT

z?一般在圖像中局部區域的象

:素是高度相關的，因此可以

A用先前象素的有關灰度知識

:來對當前象素的灰度進行預

?計，這就是預測。

:*預測編碼可分為線性預測編

:碼和非線性預測編碼。前者

?常被稱為差分脈沖編碼調制,

:即DPCM(DifferentialPulse

0CodeModulation)。

的原理框圖

DPCMNEXT

DPCM原理：圖像中相鄰像素值具有相關性。每個

向素值可用與之相關的幾個向素值來做預測。

(b)DPCM譯碼框圖

：DPCM編碼示例

ZDPCM系統如圖所示，預測器的預輸入k仇）輸出或理）

?測值為前一個樣值（圖中D表示單位二咚

Z延遲）。假設輸入信號已經量化，一：+

?差值不再進行量化。若DPCM系統.

Z的輸入為{0,1,2,1,123,3,4,4,...},貝IjL

一編碼過程如下：

9）0121123344???

Q?)0012112334?■?

d{n}LI11-1011010?■?

變換編碼

INEXT

139144149153155155155155

變換編碼就是將時域信號144151153156159156156156

150155160163158156156156

（如圖像光強矩陣）變換到頻159161162160160159159159

159160161162162155155155

域信號（系數空間）上進行處161161161161160157157157

理的方法。162162161163162157157157

162162161161163158158158

在空間上具有強相關的信源圖象樣本

號，反映在頻域上是某些

?[X⑵COS空3]

特定的區域內能量常常被4iU)>016

集中在一起，或者是系數

235.6-1.0-12.1-5.202.1-1.7-2.71.3

矩陣的分布具有某些規律。-22.6-18.5-6.2-3.2-2.9-0.10.4-1.2

-10.9-9.3-1.61.50.2