模糊圖像變換編碼-西安電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院

1、第十章 模糊圖像變換編碼,任課教師： 高新波 報(bào)告人: 包志強(qiáng) 2

2、 0 0 2 年 1 2 月,第十章模糊圖像變換編碼,進(jìn)行圖像編碼的原因 圖像編碼的幾種方法 模糊圖像變換編碼 1.自適應(yīng)余弦編碼 2.自適應(yīng)FAM系統(tǒng) 3.仿真 4.結(jié)論與啟示,模 糊 圖 像 變 換 編 碼,對(duì)圖像進(jìn)行編碼的必要性: 由于圖像的數(shù)據(jù)量很大 ，對(duì)圖像的存儲(chǔ)， 處理和傳輸帶來(lái)了不便。在數(shù)字圖象傳播中，

3、 增加圖象的精度須增加帶寬，對(duì)信道能力的 限制促進(jìn)了圖象壓縮技術(shù)。（如高清晰度數(shù)字 電視，網(wǎng)絡(luò)電視等） 例如：低分辨率，TV質(zhì)量，彩色電視圖像： 512*512大小，8比特/像素，三色：約為 這對(duì)于傳輸來(lái)說(shuō)非常耗時(shí)，是不能被接受的。,模 糊 圖 像 變 換 編 碼,,對(duì)圖像進(jìn)行編碼的可能性: 由于圖象間數(shù)據(jù)存在冗余使圖象壓縮成為可能。

4、 冗余包括：編碼冗余，像素間冗余，心里視覺(jué)冗余 返回,圖 像 變 換 編 碼 的 方 法,,圖象的基本壓縮編碼方法分為: 1.預(yù)測(cè)編碼—對(duì)應(yīng)空域 （如DPCM差值脈沖碼　　　調(diào)制法）。 原圖像

5、 信道,,,,量化器,,,,預(yù)測(cè)器,

6、,,,,,,,編碼器,,+,-,+,+,圖 像 變 換 編 碼 的 方 法,２.變換編碼－對(duì)應(yīng)頻域（ 如DCT,小波變換）　 小波變換的優(yōu)點(diǎn)：（1）低熵性，小波系數(shù)的稀疏分布使變換后熵變低。（2）多分辨性，可以非常好的刻畫(huà)信號(hào)的非平穩(wěn)特征，如邊緣，尖峰，斷點(diǎn)。（3）去相關(guān)性，噪聲在變換后趨于白化，有利于去噪。,圖 像 變 換 編 碼 的 方 法,３.其他方法－分形編碼，矢量量化等等。 分形幾何學(xué)是曼德勃羅特在20

7、世紀(jì)70年代創(chuàng)立的，“分形fractal”一詞含有不規(guī)則破碎的意思。分形編碼也是一種很有前途的編碼方法，它是一種基于自相似性的疊代方法。對(duì)于特殊的圖像，它可以達(dá)到10000：1的壓縮率。由于實(shí)際圖像并不都是具有自相似性，但我們可以利用圖像中的局部相似性來(lái)進(jìn)行壓縮。其缺點(diǎn)是：疊代時(shí)間較長(zhǎng)，不能對(duì)圖像實(shí)時(shí)處理。 如果把分形與其他方法，如小波方法等結(jié)合起來(lái)，是非常有前途的方法。,自 相 似 性 疊 代 實(shí) 例,圖4.

8、1 科克曲線(xiàn)的形成,圖4.2 謝爾賓斯基三角形的演變,分 形 圖 像 實(shí) 例,圖1.蕨類(lèi)植物,圖2.Mandelbrot集,圖3. 分形風(fēng)景,返回,模 糊 圖 像 的 變 換 編 碼,步驟：1.圖像劃分為8x8的子圖像并計(jì)算子圖像的DCT。 2.計(jì)算子圖的AC能量及AC的低頻能量。 3.用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)FAM系統(tǒng)訓(xùn)練的模糊規(guī)則 劃分子圖的壓縮率。 4.根據(jù)分配的壓縮率進(jìn)行編碼。

9、 返回,圖 像 的 自 適 應(yīng) 余 弦 編 碼,X

10、 x1 FIGURE 10.1 自適應(yīng)余弦編碼圖,DCT,,,,,SubimageClassifiction,Coding,,channel,Decoding,,,,,,,,圖 像 的 自 適 應(yīng) 余 弦 編 碼,其中c(0)=1/2,c(k)=1 for k=1,2….N-1,二維離散余弦變換的定義式：,圖 像 的 自 適 應(yīng) 余 弦 編 碼,Dc能量和Ac能量的定義：DC en

11、ergy =AC energy = DC對(duì)應(yīng)于圖像的主要能量 AC對(duì)應(yīng)于圖像的邊緣和噪聲 所以，對(duì)于AC能量大的子圖像我們分配較多的比特?cái)?shù)，反之，分配較少的比特?cái)?shù)，從而達(dá)到壓縮的目的。,圖 像 的 自 適 應(yīng) 余 弦 編 碼,自適應(yīng)余弦變換編碼[chen,1977]，陳系統(tǒng)根據(jù)子圖像的AC能量劃分為4類(lèi)，并分別賦

12、予不同的比特/像素率。陳系統(tǒng)的平均壓縮率少于1bit/pixel rate.這種方法能得到高質(zhì)量的圖像壓縮。,圖 像 的 自 適 應(yīng) 余 弦 編 碼,我們使用信噪比來(lái)評(píng)估圖像的質(zhì)量：,其中 表示從建誤差的隨機(jī)樣本方差,圖 像 的 自 適 應(yīng) 余 弦 編 碼,我們定義平均編碼的bits/pixel R:

13、 返回,表示用于圖像編碼的總比特?cái)?shù)，N表示圖像的大小。,自 適 應(yīng) FAM 系 統(tǒng),自適應(yīng)FAM系統(tǒng)通過(guò)訓(xùn)練數(shù)據(jù)來(lái)產(chǎn)生FAM規(guī)則。 這里的輸入變量有兩個(gè)：T和L 。 T代表整個(gè)AC的能

14、量，并且分為4個(gè)等級(jí)：BG，MD，SL和VS。 L代表AC的低頻能量，分為2個(gè)等級(jí)：SM和LG。 輸出變量為B: 分為4個(gè)等級(jí)： BG，MD，SL和VS。,自 適 應(yīng) FAM 系 統(tǒng),T和L的表示式：,Figure 10.2 Fuzzy-set values of fuzzy variables T，L，and B.,自 適 應(yīng) FAM 系 統(tǒng),量 化 隸 屬 度 函 數(shù) 的 選 擇,利用陳系

15、統(tǒng)產(chǎn)生的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，來(lái)估計(jì)AFAM規(guī)則：通過(guò)下式來(lái)計(jì)算AC的平均能量：并以此來(lái)確定隸屬度函數(shù)的區(qū)間。,積空間聚類(lèi)（Product-Space Clustering) 估計(jì)FAM規(guī)則,在輸入輸出的積空間中（ ），使用競(jìng)爭(zhēng)學(xué)習(xí)的自適應(yīng)量化聚類(lèi)方法來(lái)進(jìn)行積空間的聚類(lèi)。隨機(jī)競(jìng)爭(zhēng)系統(tǒng)是自適應(yīng)矢量量化（AVQ）系統(tǒng)。而模糊規(guī)則 屬于積空間 。根據(jù)隸屬度函數(shù)，把T（0<T&l

16、t;100）分為四個(gè)非重疊的區(qū)間[0,8.76]，[8.76,16.19]，[16.19,27.94]，[27.94,100]。這四個(gè)區(qū)間對(duì)應(yīng)于模糊集的值 VS，SL，MD，BG。把L（0<L<100）分為兩個(gè)非重疊的區(qū)間[0,9.88]， [9.88,100]，對(duì)應(yīng)于SM，LG。把B（0<B<4.5）分為四個(gè)非重疊的區(qū)間[0,8.76]，[8.76,16.19]，[16.19,27.94]，[27.94

17、,100]對(duì)應(yīng)于HI，MH，ML，LO。,積 空 間 聚 類(lèi) 估 計(jì) FAM 規(guī) 則,由陳系統(tǒng)產(chǎn)生的輸入輸出數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)基于微分競(jìng)爭(zhēng)學(xué)習(xí)的分類(lèi)，我們的到了上面規(guī)則的1，2，6，7，8條，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)補(bǔ)上其中的3，4，5條使規(guī)則完整。,積 空 間 聚 類(lèi) 估 計(jì) FAM 規(guī) 則,For example,FAM rule1（BG,LG;HI）represents the association: IF the total AC powe

18、r T is BG AND the low-frequency AC power L is LG, THEN encode the subimage with the class B corresponding to HI,微分競(jìng)爭(zhēng)學(xué)習(xí),微 分 競(jìng) 爭(zhēng) 學(xué) 習(xí),上式中 定義為： 為遺忘系數(shù)。例如， =0.1(1-t/M)，M為訓(xùn)練樣本數(shù)。輸出：

19、 返回,仿 真,文中使用Lena 圖像的訓(xùn)練數(shù)據(jù)進(jìn)行估計(jì)的FAM系統(tǒng)對(duì)F-16戰(zhàn)斗機(jī)圖像進(jìn)行編碼，結(jié)果表明其性能依然很好，其壓縮達(dá)到了 0.5 bits / pixel。 　　 文中比較了陳系統(tǒng)和FAM系統(tǒng)的性能，F(xiàn)AM系統(tǒng)擁有

20、較好的信噪比和壓縮比。,仿 真,FAM和陳系統(tǒng)的性能對(duì)比： 返回,結(jié) 論 與 啟 示,FAM系統(tǒng)比陳系統(tǒng)有較好的性能，且二者輸入輸出行為也很近似。理論上，我們可以把這種基于規(guī)則產(chǎn)生的非監(jiān)督技術(shù)用于圖像和信號(hào)處理的