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目录 1

绪论 1

0.1 概述 1

0.1.1　计算机领域 1

0.1.2　通信领域 2

0.1.3　广播领域 2

0.2　声音和图像的数字化 3

0.2.1　信息量 3

0.2.2　压缩技术 4

0.2.3　多媒体存储 6

0.2.4　多媒体通信 7

0.3　多媒体业务 8

0.4　硬件实现 9

第1章　数字图像基础 13

1.1　人眼的构造 14

1.2　视觉心理学——视觉感知特性 15

1.2.1　光强的感知特性 15

1.2.2　空间频率的感知特性 18

1.2.3　时间的感知特性 22

1.3　黑白视觉的数学模型 23

1.4.1　二维空间频率 24

1.4　二维空间频率与视频时间信号谱 24

1.4.2　视频时间信号及频谱 25

1.5　线性移不变滤波器 27

1.5.1　用δ（m,n）表示x（m,n） 27

1.5.2　线性系统 27

1.5.3　移不变系统 28

1.5.4　线性移不变（LSI）系统 28

1.5.5　离散卷积的直接运算 28

1.5.6　离散卷积的快速算法 29

1.6　傅里叶变换 30

1.6.1 离散信号的展开——傅里叶变换 30

1.6.2　二维离散图像信号的傅氏变换及其特性 32

1.7　矩阵表示 34

1.7.1 二维图像的矩阵向量表示 34

1.7.2　卷积的矩阵向量积表示 35

1.7.3 图像在计算机中的表示及处理 37

1.8　随机过程及其分类 38

1.8.1　一维随机过程 39

1.8.2　二维随机过程——随机场 40

1.8.3　随机过程的统计特性 41

1.8.4　用矩阵表示的统计特性 45

1.8.5　随机过程的分类 45

1.9.2　各向同性模型 48

1.9　随机场的相关模型 48

1.9.1　可分离模型 48

1.10　随机场的线性系统模型——一阶因果模型 49

1.10.1　线性均方估值的正交原理 50

1.10.2 自回归AR模型（Auto Regressive） 50

1.10.3 AR模型的应用 53

1.10.4　滑动平均MA模型（Moving Average） 54

1.10.5 自回归滑动平均过程（ARMA） 55

1.11 图像的逼真度 56

第2章　视频取样 57

2.1　正取样及其频谱 58

2.2　从正取样信号恢复原始图像 60

2.3　限带信号的二维取样定理 62

2.4　随机场取样 63

2.5　斜取样及恢复 64

2.6　常见取样网格 67

2.7　取样和显示的实际限制 70

2.7.1　取样孔径ps（x,y） 70

2.7.2　显示孔阑pd（x,y）（内插函数） 71

2.7.3 Moire效应和平坦场响应 71

2.8　视频取样率转换的基本原理 73

2.8.1 一维信号的内插 73

2.8.2　一维信号的下取样 75

2.8.3　等价结构 77

2.8.4　用抽取和内插实现多相分解 79

第3章　图像的量化 81

3.1　标量量化的原理 82

3.2　量化失真的客观度量 83

3.3 Loyd-Max量化器——最佳均方量化器（MMSE） 83

3.3.1　求解最佳均方量化器 83

3.3.2　最佳均方量化器（MMSE）的特性 84

3.4　均匀量化器 86

3.4.1 定义 86

3.4.2　颗粒失真和过载失真 87

3.5　高分辨率量化近似解 90

3.6　最佳量化器的设计 92

3.6.1　最佳化设计的理论基础 92

3.6.2　迭代法 93

3.6.3　查表法 94

3.7　矢量量化（VectorQuantization） 95

3.7.1 定义 95

3.7.2　矢量量化器原理 96

3.7.3　矢量量化的应用范围 97

3.7.4　矢量量化的性能测度 97

3.7.5　最佳矢量量化器及其设计 98

第4章　线性预测 101

4.1　估值原理基础 102

4.1.1　观察随机矢量预测第二个随机矢量 102

4.1.2　最佳线性预测 102

4.2　带有限存储器的线性预测器 104

4.3　前向预测和后向预测 106

第5章　图像正交变换 111

5.1 一维离散时间信号的展开与分块正交变换 112

5.1.1 一维离散时间信号的展开 112

5.1.2　一维分块变换 113

5.2　二维正交变换和酉变换 114

5.2.1　二维正交展开 114

5.2.2　可分离酉变换 115

5.2.3　二维图像正交分解与基图像 116

5.3　酉变换的特性 118

5.3.1 能量保持与旋转 118

5.3.2 能量集中与去相关作用 119

5.4 DFT变换 121

5.5 DCT变换 122

5.5.1 正交分解 122

5.5.2 DCT变换与DFT变换的关系 124

5.5.3 DCT的快速算法 125

5.5.4 DCT变换的能量集中作用 126

5.6 K-L变换 126

5.6.1 K-L的定义 126

5.6.2 K-L的特性 127

第6章 基于DCT的压缩编码 129

6.1　相关的信息论基础知识 130

6.1.1　信息熵（Entropy）和压缩比 130

6.1.2　率失真函数D（R） 131

6.3　基于线性变换的压缩编码 133

6.2　信源压缩方法分类 133

6.3.1 K-L变换 134

6.3.2　离散余弦变换（DCT） 134

6.3.3　带熵编码的标量量化器 135

6.3.4　最佳比特分配 136

6.3.5　编码增益GT 137

6.3.6　区域编码、门限编码和游程编码 138

6.3.7　变长编码（VLC） 140

6.3.8　量化的块效应和变换系数加权 145

6.4 DPCM编码 147

6.4.1 差分量化 147

6.4.3 DPCM编／解码器 148

6.4.2　闭环预测量化 148

6.4.4 DPCM的性能 149

6.4.5　预测系数的确定 150

6.4.6　无损预测编码 151

6.5　运动补偿预测编码 151

6.5.1 时域DPCM分析 151

6.5.2　运动补偿原理 152

6.5.3　块匹配法（BMA） 153

6.5.4　全搜索 154

6.6.1　压缩编码的预处理 155

6.6　图像编码的国际标准 155

6.6.2　公共图像格式 157

6.6.3　压缩编码国际标准 158

第7章　MPEG-2传送系统 163

7.1 TS码流和PS码流 164

7.2 Buffer的定时与同步 166

7.3 PES包和时间戳（Timestamp） 168

7.4　复用／去复用 169

7.5　传送流系统目标解码器T-STD 171

7.6　传送包的复接调度 173

第8章　小波变换与图像压缩 177

8.1 傅里叶变换的能力及局限性 178

8.2　短时傅里叶变换（STFT） 182

8.3　连续小波变换CWT及离散小波变换DWT 186

8.4　分段近似（Piecewise Approximation） 189

8.5　多分辨率分析（MRA） 192

8.6　信号编码 197

8.7　离散小波变换系数的计算 201

8.8　基于小波变换的压缩编码 212

8.8.1　二维小波变换 213

8.8.2　基本的阈值编码方法 215

8.8.3 EZW编码 217

8.8.4 SPIHT编码 224

第1章习题 229

习题 229

第2章习题 232

第3章习题 235

第5章习题 239

第6章习题 240

第8章习题 242

附录 247

附录1　光度量单位 247

附录2　信号与空间 247

附录3　小波变换基的正交性证明 251

参考文献 253