Описываются различные методы сжатия, в том числе статистические, дифференциальные, также методы
кодирования с преобразованием и методы адаптивных выборок. <...> Также будем
использовать термин «компрессия изображений» имея ввиду цифровые изображения, заданные в виде двумерного массива данных. <...> Так, при передаче данных компрессия позволяет разгрузить канал и, следовательно, повысить достоверность полученной информации, сократить время и/или снизить мощность и вес передающей аппаратуры. <...> При регистрации изображений компрессия позволяет
уменьшить необходимую емкость запоминающих устройств или
улучшить использование существующих архивов данных, благодаря
чему сокращаются расходы на хранение и поиск информации в архиве. <...> При обработке данных на компьютере компрессия во многих случаях дает возможность сократить время обработки, при этом появляется возможность использования компьютера меньшей вычислительной мощности и т.д. <...> Естественно, что внимание многих исследователей в течение уже
длительного времени привлечено к задаче создания методов компрессии, применение которых позволило бы улучшить характеристики
систем передачи, обработки и регистрации изображений. <...> Показатели эффективности
Рассмотрим сначала, как можно оценить эффективность метода
компрессии данных. <...> Если говорить о цифровых изображениях, то показателем эффективности обычно служит коэффициент сжатия (компрессии):
K ñæ =
I0
,
I
( K ñæ
> 1) , <...> Следует отметить, что этот показатель является относительным, он
характеризует эффективность метода в сравнении с некоторым «эталонным» (исходным) способом цифрового представления данных. <...> Для изображений в качестве исходного чаще всего использу2
ется представление в виде матрицы отсчетов с известным форматом
данных ( например байт на отсчет). <...> Приведенные показатели характеризуют эффективность кодирования дискретного изображения, то есть матрицы отсчетов. <...> Если же говорить о физическом, непрерывном <...>
Методы_сжатия_цифровых_сигналов_и_изображений.pdf
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ имени академика С.П. КОРОЛЕВА»
МЕТОДЫ СЖАТИЯ
ЦИФРОВЫХ СИГНАЛОВ
И ИЗОБРАЖЕНИЙ
Утверждено Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного пособия
С А М А Р А
Издательство СГАУ
2006
Стр.1
УДК 681.3, 621.372.542
ББК 22.343
М47
Инновационная образовательная программа
"Развитие центра компетенции и подготовка
специалистов мирового уровня в области аэрокосмических
и геоинформационных технологий”
Рецензенты:
д-p физ.-мат. наук, проф. А. И. Ж д а н о в,
д-p техн. наук, проф. В. Г. К а р т а ш е в с к и й
М47 Методы сжатия цифровых сигналов и изображений: учеб. пособие/
В.В. Сергеев и др. – Самара:/ Изд-во Самар. гос. аэрокосм. ун-та
2006. - 92 с.: ил. 37.
ISBN 5-7883-0391-5
В данном пособии рассмотрены основные подходы к решению проблемы
сжатия цифровых сигналов и изображений. Описываются различные методы
сжатия, в том числе статистические, дифференциальные, также методы
кодирования с преобразованием и методы адаптивных выборок. Излагаются
теоретические основы методов, вопросы их реализации и оптимизации.
Предназначено для студентов специальностей и направлений «Прикладные
математика и физика», «Прикладная математика и информатика»
УДК 681.3, 621.372.542
ББК 22.343
ISBN 5-7883-0391-5
© Гашников М.В., Глумов Н.И., Попов С.Б.,
Сергеев В.В., 2006
© Самарский государственный
аэрокосмический университет, 2006
2
П
Р
И
О
Р
И
Т
Т
К
Е
Т
О
Н
Ы
Е
Н
А
Ц
И
О
А
Н
Л
Ь
Н
Ы
Е
П
Р
Е
Ы
Стр.2
ОГЛАВЛЕНИЕ
1. Показатели качества методов компрессии........................................................1
1.1. Показатели эффективности................................................................. 2
1.2. Показатели точности ........................................................................... 4
1.3. Системотехнические показатели........................................................ 5
2. Статистическое кодирование .............................................................................7
2.1. Код Шеннона-Фано ............................................................................. 9
2.2. Код Хаффмена.................................................................................... 10
2.3. Кодирование длин серий................................................................... 12
3. Оптимизация регулярного цифрового представления изображений ...........17
4. Метод дифференциального кодирования........................................................22
4.1. Общее описание метода.................................................................... 22
4.2. Выбор квантователя для разностного сигнала................................ 25
4.3. Алгоритмы предсказания отсчетов .................................................. 30
4.4. Оптимизация дифференциального кодера изображений ............... 41
4.5. Дифференциальное кодирование бинарных изображений ............ 46
5. Методы кодирования с преобразованием.......................................................50
5.1. Общая схема методов кодирования с преобразованием................. 50
5.2. Выбор преобразования...................................................................... 53
5.3. Кодирование трансформант.............................................................. 58
5.4. Оптимизация процедуры кодирования с преобразованием........... 60
6. Метод адаптивных выборок.............................................................................69
6.1. Общая схема и примеры метода адаптивных выборок .................. 69
6.1.1. Предсказатель нулевого порядка (ПНП) ...................................70
6.1.2. Интерполятор нулевого порядка (ИНП)....................................71
6.1.3. Интерполятор первого порядка (ИПП)......................................72
6.2. Метод выделения областей и кодирования контуров..................... 75
Глоссарий ..............................................................................................................83
Вопросы и задания ...............................................................................................85
Литература.............................................................................................................86
3
Стр.3