第 9 章 图像紧缩规范(1) Slide 1内容Ø静止图像紧缩编码规范JPEGØ静止图像紧缩编码规范JPEG2000 一、静止图象紧缩编码规范JPEG (ISO /IEC 10918) Slide 3引言•JPEG应满足以下需求：•可处置各种延续颜色的彩色〔黑白〕图象•算法先进，图象质量可达“very good /excellent〞•紧缩比及图象质量可选择〔控制〕•〔以CCIR601型测试图像为例，JPEG算法能到达的典型紧缩比率为24:1,几乎没有视觉效果上的差别〕•复杂度适中〔软件方面，不到1000行的程序即可实现根本系统；硬件方面，公用芯片能实现JPEG算法〕•算法是完全对称的 Slide 4JPEG规范的划分–4种编码方式：–lossless encoding mode–DCT_based sequential encoding–DCT_based progressive encoding–DCT_based hierarchical encoding–3种技术层次(按算法的复杂性): –根本系统〔Baseline System)–扩展系统〔Extended System,提供二进制算术编码〕–公用无损失系统〔Independent System〕。
Slide 5JPEG无损编码方式预测编码entropy coding源图象紧缩图象表mode•效果•无失真•紧缩比为2~3倍•8种预测公式适用于不同类型图象 Slide 6预测公式 (JPEG)预测值=A*Xa+B*Xb+C*Xc Mode ABC 0 00 01 10 0 2 01 03 00 14 11-15 10.5-0.56 0.51-0.57 00.5 0 基于DCT的顺序编码 Slide 8JPEG顺序编码根本流程 Slide 9预处置和FDCT•将RGB颜色空间转换为YCbCr空间•把每个图象分量均划分为假设干8*8的子块•变换前, 需对象素值进展电平偏移,即•[0, 2P-1] → [- 2P-1 , 2P-1 -1]•变换后, 得到的F(u,v)其动态范围是:• [- 2P+2 -1 , 2P+2 -1] Slide 10颜色转换Y = (77/256)*R+(150/256)*G+(29/256)*BCr = (131/256)*R- (110/256)*G-(21/256)*B+128Cb = -(44/256)*R-(87/256)*G+(131/256)*B+128012 345Y(16x16)U(8x8) V(8x8) Slide 11–量化表–16111016244051611718244799999999–12121419265860551821266699999999–14131624405769562426569999999999–14172229518780624766999999999999–1822375668109103779999999999999999–2435556481104113929999999999999999–496478871031211201019999999999999999–72929598112100103999999999999999999亮度量化表V(u,v) =色度量化表V(u,v) =DCT系数的量化–量化处置– – (其中, Q(u,v) = Q*V(u,v) , Q越小，CR越低，图像质量越好) Slide 12量化例如1 Slide 13逆量化例如1 Slide 14量化例如2 Slide 15逆量化例如2 Slide 16直流系数DCi的处置 FQ(0,0)是子图象块的直流系数,一幅图象的一切直流系数运用DPCM编码, 即: △DCi = DCi+1 - DCi 假设直流系数是150， 155， 149， 152， 144，那么差分后的结果为 ：150，5，-6，3，-8DCiDCi+1子图象块图象FQ ( 0,0 ) Slide 17交流系数AC的处置•将FQ(u,v)按“Z〞字形排成一个一维数组 ZZ(1..63)：ZZ(1)ZZ(63) Slide 184x4子图像块编码实例original imageDCTDC componentAC componentsQuantizezigzagrun-lengthcodeHuffman code10011011100011...coded bitstream < 10 bits (0.55 bits/pixel) Slide 19交(直)流系数的VLI编码•对ZZ(1..63)中的“0〞进展游程编码,从而产生如下一串符号对：SSSSVLI可表示的数值1234510-1;1-3,-2;2,3-7,...,-4;4,...,7-15,...,-8;8,...,15-31,...,-16;16,...,31-1023,...,-512;512,...,1024NNNN可变长整数(VLI)SSSS符号1符号2游程长度非零值的位数(4位)(4位)(SSSS位)假设符号1=F0,那么表示延续16个“0〞,假设符号1=00,那么表示子块全部终了.直流系数差分值DCi也用两个符号表示:可变长整数(VLI)SSSS符号1符号2非零值的位数(4位)(SSSS位)非零值的VLI码150，5，-6，3，-8 Slide 20符号1的Huffman编码•直流系数符号1的Huffman码表•亮度分量色度分量•SSSS码长代码码长代码•0200200•13010201•23011210•331003110•4310141110•53110511110•6411106111110•751111071111110•86111110811111110•9711111109111111110•10811111110101111111110•1191111111101111111111110•交流系数符号1的Huffman码表〔略〕 Slide 21JPEG紧缩编码过程图解DCTZig-zagQuantizeRun-length CodeHuffman Code011010001011101... Slide 22ExamplesUncompressed(262 KB)Compressed (50)(22 KB, 12:1)Compressed (1)(6 KB, 43:1)Errors: Slide 234. DCT_based 累进编码10 9 8 7 6 5 10 1 2 63FDCTQEncropycoder(缓冲器)频谱选择法 延续逼近法DCT系数位序号AC系数n1子图像块 Slide 24Examples of Progressive JPEG Slide 25++_JPEG编码JPEG解码插值JPEG解码插值存储1/11/41/161/641/256分辨率由低到高的图象显示原始图象组紧缩后的图象(传输信道)原始图象原始图象5. DCT_based 层次编码 Slide 265. DCT_based 层次编码•目的:高分辨率图像在恣意分辨率设备上输出(scalable).•算法：•1.把原始图象分辨率逐级降低(subsampling)，得到一组分辨率由低到高的图象;•2.把分辨率最低的图象进展JPEG紧缩编码;•3.解码，重建该图象。
然后用插值方法提高其分辨率，作为高一级分辨率原始图象的预测图象;•4.求出预测图象与相应原始图象的差值图象，对差值图象进展JPEG紧缩编码;•5.反复3和4，直到到达原始图象最高分辨率为止. Slide 27JPEG文件格式 Slide 28JPEG的紧缩比与图象质量•紧缩比(CR)•CR=原始图象的数据量/紧缩后图象的数据量•紧缩后图象象素的比特数=原始图象象素的比特数/CR•紧缩比的控制 (Q因子)•量化矩阵 Q[u,v] = (Q/50)*V[u,v]•Q越小，CR越低，图象质量越好；•Q越大，CR越高，图象质量越差 Slide 29JPEG的紧缩比与图象质量• 图象质量(8bits/pel的彩色图象经JPEG紧缩处置后的质量效果)• 紧缩比(CR) bits/pel 效果• 16~32倍 0.25~0.5 中等—好，能满足运用要求• 10~16倍 0.5~0.75 好—很好，能满足多数用要求• 5~10倍 0.8~1.6 极好，能满足大多数要求• 2~5倍 1.6~4 几乎无失真 Slide 30例例高质量55KB中高质量15KB中等质量8KB中低质量6KB低质量5KB 。