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游程编码的图像压缩.doc

游程编码的图像压缩

陈姿惜
2019-09-19 0人阅读 告发 0 0 暂无简介

简介:本文档为《游程编码的图像压缩doc》,可适用于IT/计算机范畴

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汕头大学工学院三级项目申报课程名称:???????信息论与编码??????课程设计题目:???使用游程编码的图像压缩???指导教师:?????????唐雅娟????????系??别:??电子工程系??专??业:电子信息工程?学??号:姓??名:梁锡坚同盟者??????????????????????完成时间:?年月日至月日成绩:???????????评阅人:唐雅娟一、内容与条件.目的、熟练掌握游程编码的方法掌握游程码的编程告竣。.内容、遵循游程编码的方法步骤编写二元游程编码的程序、对一幅二值图像进行编码。二、申报正文课题描述游程编码又称“运行长度编码”或“行程编码”是一种统计编码该编码归于无损压缩编码是栅格数据压缩的主要编码方法。对于二值图有效。在对图像数据进行编码时沿一定方向排列的具备相同灰度值的像素可看成是接连符号用字串代替这些接连符号可大幅度减少数据量。相应地信道编码是为了对抗信道中的噪音和衰减通过增加冗余如校验码等来进步抗干扰能力以及纠错能力。信源编码概念一种以进步通信有效性为目的而对信源符号进行的变换为了减少或消除信源剩余度而进行的信源符号变换对输入信息进行编码优化信息和压缩信息并且打成符合尺度的数据包编码方法最原始的信源编码就是莫尔斯电码另外还有ASCII码和电报码都是信源编码。但现代通信应用中常见的信源编码方法有:Huffman编码、算术编码、LZ编码这三种都是无损编码另外还有一些有损的编码方法。信源编码的目标就是使信源减少冗余更加有效、经济地传输最常见的应用形式就是压缩。另外在数字电视范畴信源编码包括通用的MPEG编码和H(MPEGPartAVC)编码等。 相应地信道编码是为了对抗信道中的噪音和衰减通过增加冗余如校验码等来进步抗干扰能力以及纠错能力。通信系统模型信源>信源编码>信道编码>信道传输噪声>信道解码>信源解码>信宿?正常信息论的书上都会有信源编码和信道编码的具体讲解包括具体的编码方法。描述为了减少信源输出符号序列中的剩余度、进步符号的平均信息量对信源输出的符号序列所施行的变换。具体说就是对准信源输出符号序列的统计个性来寻找某种方法把信源输出符号序列变换为最短的码字序列使后者的各码元所载荷的平均信息量最大同时又能确保无失真地恢复原来的符号序列。?既然信源编码的根基目的是进步码字序列中码元的平均信息量那么一切旨在减少剩余度而对信源输出符号序列所施行的变换或处理都可以在这种意义下归入信源编码的范畴例如过滤、预测、域变换和数据压缩等。当然这些都是广义的信源编码。 正常来说减少信源输出符号序列中的剩余度、进步符号平均信息量的根基途径有两个:①使序列中的各个符号尽可能地互相独立②使序列中各个符号的出现概率尽可能地相等。前者称为解除相干性后者称为概率均匀化。?信源编码的正常问题可以表述如下:若某信源的输出为长度等于M的符号序列集合式中符号A为信源符号表它包含着K个差异的符号A={ɑk|k=,…,K}这个信源至多可以输出KM个差异的符号序列。记‖U‖=KM。所谓对这个信源的输出进行编码就是用一个新的符号表B的符号序列集合V来表示信源输出的符号序列集合U。若V的各个序列的长度等于N即式中新的符号表B共含L个符号B={bl|l=,…,L}。它总共可以编出LN个差异的码字。类似地,记‖V‖=LN。为了使信源的每个输出符号序列都能分配到一个独特的码字与之对应至少应得志关系‖V‖=LN≥‖U‖=KM或者NM≥logKlogL。?假若编码符号表B的符号数L与信源符号表A的符号数K相等则编码后的码字序列的长度N务必大于或等于信源输出符号序列的长度M反之若有N=M则务必有L≥K。只有得志这些条件才能确保无差错地还原出原来的信源输出符号序列(称为码字的唯一可译性)。可是在这些条件下码字序列的每个码元所载荷的平均信息量不但不能高于反而会低于信源输出序列的每个符号所载荷的平均信息量。这与编码的根基目标是干脆相矛盾的。下面的几个编码定理供给知晓决这个矛盾的方法。它们既能改善信息载荷效率又能确保码字唯一可译。?离散无记忆信源的定长编码定理: 对于任意给定的ε>只要得志条件NM≥(H(U)ε)logL。那么当M足够大时,上述编码几乎没有失真反之,若这个条件不得志就不可能告竣无失真的编码。式中H(U)是信源输出序列的符号熵。?通常,信源的符号熵H(U)<logK因此,上述条件挺好的表示为【H(U)ε】logL≤NM≤logKlogL。?出奇,若有K=L,那么,只要H(U)<logK,就可能有N<M从而进步信息载荷的效率。由上面这个条件可以看出H(U)离logK越远,通过编码所能得到的效率改善就越显著。实质上定长编码方法进步信息载荷能力的症结是利用了渐近等分性,通过取舍足够大的M,把本来各个符号概率不等[因而H(U)<logK]的信源输出符号序列变换为概率均匀的典范序列而码字的唯一可译性则由码字的定长性来处理。?离散无记忆信源的变长编码定理 变长编码是指V的各个码字的长度不相等。只要V中各个码字的长度Ni(i=…‖V‖)得志克拉夫特不等式这‖V‖个码字就能唯一地正确划分和译码。离散无记忆信源的变长编码定理指出:若离散无记忆信源的输出符号序列为式中A={ɑk|k=,…,K},符号熵为H(U)对U进行唯一可译的变长编码编码字母表B的符号数为L,即B={bl|l=,…,L},那么必定存在一种编码方法使编出的码字Vi=(vi,…,viNi)(i=,…,‖V‖)具备平均长度嚻:MH(U)logL≤嚻<MH(U)logL?若L=K则当H(U)<logK=logL时,必有嚻<MH(U)离logK越远则嚻越小于M。?具体告竣唯一可译变长编码的方法很多但比较经典的方法还是仙农编码法、费诺编码法和霍夫曼编码法。其他方法都是这些经典方法的变形和发展。一切这些经典编码方法都是通过以短码来表示常出现的符号这个原则来告竣概率的均匀化从而得到高的信息载荷效率同时通过遵守克拉夫特不等式关系来告竣码字的唯一可译。?霍夫曼编码方法的具体过程是:首先把信源的各个输出符号序列按概率递降的顺序排列起来求此中概率最小的两个序列的概率之和并把这个概率之和看作是一个符号序列的概率再与其他序列依概率递降顺序排列(参与求概率之和的这两个序列不再出现在新的排列之中)然后对参与概率求和的两个符号序列分别赋予二进制数字和。继续这样的操作,直到剩下一个以为概率的符号序列。结尾按照与编码过程相反的顺序读出各个符号序列所对应的二进制数字组就可分别得到各该符号序列的码字。?例如某个离散无记忆信源的输出符号序列及其对应的概率分布为对这些输出符号序列进行霍夫曼编码的具体步骤和结果如表。?由表中可以看出在码字序列中码元和的概率分别为和二者近乎相等告竣了概率的均匀化。同时由于码字序列长度得志克拉夫特不等式×××=因而码字是唯一可译的不会在长的码字序列中出现划错码字的情况。?以上几个编码定理在有记忆信源或接连信源的情形也有相应的类似结果。在实际工程应用中往往并不寻找无差错的信源编码和译码而是事先规定一个译码差错率的容许值只要实际的译码差错率不领先这个容许值即认为满意(见信息率失真理论和多用户信源编码)。游程长度编码的主要思想是将一个相同值的接连申用其值和申长(重复的个数)的数对二元组来替代。例如在图像编码中可以定义沿特定方向上具备相同灰度值的相邻像素为一轮其延续的长度称之为延续的行程即游程。游程终点方位由前一游程终点的相对距离确定这样就可以由灰度游程串来表示图像数据。例如若沿水平方向有一串M个像素具备相同的灰度N则按游程长度编码后只传递两个值(NM)就可以代替这M个像素的M个灰度值NJ简单来说游程长度编码的主要任务是统计接连相同字符的个数解码时要遵循字符及接连相同字符的个数恢复原来的数据。编码的告竣游程编码算法编码的根基道理是:用一个符号值或串长代替具备相同值的接连符号(接连符号构成了一段接连的“行程”。行程编码因此而得名)使符号长度少于原始数据的长度。只在各行或者各列数据的代码暴发变化时一次记录该代码及相同代码重复的个数从而告竣数据的压缩。在m元序列中可能m种游程连着出现m种符号ar的游程其长度L(r)就是‘r’游程长度这是一个随机变量。用L(r)也可构成游程序列但是这种变换务必再加一些符号才能成为一一对应或可逆的。游程长度编码的主要思想是将一个相同值的接连申用其值和申长(重复的个数)的数对二元组来替代。例如在图像编码中可以定义沿特定方向上具备相同灰度值的相邻像素为一轮其延续的长度称之为延续的行程即游程。游程终点方位由前一游程终点的相对距离确定这样就可以由灰度游程串来表示图像数据。例如若沿水平方向有一串M个像素具备相同的灰度N则按游程长度编码后只传递两个值(NM)就可以代替这M个像素的M个灰度值NJ简单来说游程长度编码的主要任务是统计接连相同字符的个数解码时要遵循字符及接连相同字符的个数恢复原来的数据。游程编码特点游程编码仍是变长码有其固有的缺点及具备大量的缓冲和优质的信道。此外编程长度可以从一直到无限这在码字的取舍和码表的建设方面都有困难实际应用是尚需采用某些措施来改进。正常情况下游程长度越长其概率越小这在以前的计算中也可以看见况且将随着长度的增大渐进向零。对于小概率的码字其长度为达到概率匹配或较长损失不会太大也就是对平均码字长度感导较小。再按哈夫曼编码或其他方法处理以达到压缩码率的目的。数据压缩算法流程用游程长度编码压缩数据时首先要计算每次接连相同字符的个数然后将每次接连相同的字符及个数保存起来。这种压缩数据的方法接连相同的字符及出现接连相同的次数越多压缩比就越大反之压缩比就越小。

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