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正文內(nèi)容

jpeg圖像編碼標(biāo)準(zhǔn)ppt課件(編輯修改稿)

2025-02-13 15:33 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 廣泛的應(yīng)用。 ② JPEG算法與彩色空間無關(guān),因此“ RGB到 YUV變換”和“ YUV到 RGB變換”不包含在 JPEG算法中。 JPEG算法處理的彩色圖像是單獨(dú)的彩色分量圖像,因此它可以壓縮來自不同彩色空間的數(shù)據(jù),如 RGB, YCbCr和 CMYK。 1. 2022年 2月 11日 第三章 圖形、圖像與視頻處理技術(shù) 28 算法概要 (cont.) ? 壓縮編碼大致分成三個(gè)步驟: ?使用正向離散余弦變換 (forward discrete cosine transform,F(xiàn)DCT)把空間域表示的圖變換成頻率域表示的圖。 ?使用加權(quán)函數(shù)對(duì) DCT系數(shù)進(jìn)行量化,這個(gè)加權(quán)函數(shù)對(duì)于人的視覺系統(tǒng)是最佳的。 ?使用霍夫曼可變字長(zhǎng)編碼器對(duì)量化系數(shù)進(jìn)行編碼。 ? 譯碼或者叫做解壓縮的過程與壓縮編碼過程正好相反。 2022年 2月 11日 第三章 圖形、圖像與視頻處理技術(shù) 29 算法概要 (cont.) ? JPEG壓縮編碼 解壓縮算法框圖 2022年 2月 11日 第三章 圖形、圖像與視頻處理技術(shù) 30 主要計(jì)算步驟 ? JPEG壓縮編碼算法的主要計(jì)算步驟如下: ?正向離散余弦變換 (FDCT) ?量化 (quantization) ?Z字形編碼 (zigzag scan) ?使用差分脈沖編碼調(diào)制 (differential pulse code modulation, DPCM)對(duì)直流系數(shù) (DC)進(jìn)行編碼 ?使用行程長(zhǎng)度編碼 (runlength encoding, RLE)對(duì)交流系數(shù) (AC)進(jìn)行編碼 ?熵編碼 (entropy coding) 2. 2022年 2月 11日 第三章 圖形、圖像與視頻處理技術(shù) 31 主要計(jì)算步驟: ① ? 正向離散余弦變換 (FDCT) (1) 對(duì)每個(gè)單獨(dú)的彩色圖像分量,把整個(gè)分量圖像分成 8 8 的圖像塊,并作為二維離散變換 DCT 的輸入。通過 DC T 變換,把能量集中在少數(shù)幾個(gè)系數(shù)上 。 F ( u , v ) f ( i , j ) DCT 2022年 2月 11日 第三章 圖形、圖像與視頻處理技術(shù) 32 主要計(jì)算步驟: ① ( cont.) ? 正向離散余弦變換 (FDCT) (2) DCT 變換使用下面的計(jì)算公式 : 77001 ( 2 1 ) ( 2 1 )( , ) ( ) ( ) [ ( , ) c o s c o s ]4 1 6 1 6iji u j vF u v C u C v f i j??????? ?? 它的逆變換使用下式計(jì)算 : 77001 ( 2 1 ) ( 2 1 )( , ) ( ) ( ) [ ( , ) c o s c o s ]4 1 6 1 6uvi u j vf i j C u C v F u v??????? ?? 在上面的式子中 : ( ) , ( ) 1 2 , , 0 。( ) , ( ) 1 ,C u C v u vC u C v???當(dāng)其他。 f ( i, j ) 經(jīng)變換之后, F( 0, 0 )是 直流系數(shù) (DC,即 64個(gè)空域圖像采樣值的平均值 ),其他為 交流系數(shù) (AC)。 2022年 2月 11日 第三章 圖形、圖像與視頻處理技術(shù) 33 計(jì)算步驟: ① ( cont.) ? 正向離散余弦變換 (FDCT) (3) 在計(jì)算二維的 DCT 變換時(shí),可使用的計(jì)算式把二維的 DCT 變換成一維的 DC T 變換。 70701 ( 2 1 )( , ) ( ) [ ( , ) c os ]2 161 ( 2 1 )( , ) ( ) [ ( , ) c os ]2 16iiiuF u v C u G i vjvG i v C v f i v?????????? 垂直方向 8 1 D C T 變換 水平 方向 8 1 D C T 變換 2022年 2月 11日 第三章 圖形、圖像與視頻處理技術(shù) 34 計(jì)算步驟: ② ? 量化 (Quantization) ?量化是對(duì)經(jīng)過 FDCT變換后的頻率系數(shù)進(jìn)行量化,其目的是減小非“ 0”系數(shù)的幅度以及增加“ 0”值系數(shù)的數(shù)目。 ?對(duì)于有損壓縮算法,使用均勻量化器進(jìn)行量化。量化步距是按照系數(shù)所在的位臵和每種顏色分量的色調(diào)值來確定。 2022年 2月 11日 第三章 圖形、圖像與視頻處理技術(shù) 35 計(jì)算步驟: ② ( cont.) ? 量化 (Quantization) ?因?yàn)槿搜蹖?duì)亮度信號(hào)比對(duì)色差信號(hào)更敏感,因此使用了兩種量化表: 亮度 量化值和 色差 量化值。 ?由于人眼對(duì)低頻分量的圖像比對(duì)高頻分量的圖像更敏感,因此圖中的左上角的量化步距要比右下角的量化步距小。 (亮度量化值表) (色度量化值) 2022年 2月 11日 第三章 圖形、圖像與視頻處理技術(shù) 36 計(jì)算步驟: ③ ? Z字形編排 (Zigzag Scan) ?量化后的系數(shù)要重新編排,目的是為了增加連續(xù)的“ 0”系數(shù)的個(gè)數(shù),就是“ 0”的游程長(zhǎng)度,方法是按照 Z字形的式樣編排,其結(jié)果是把一個(gè) 8 8的矩陣變成一個(gè) 1 64的矢量,頻率較低的系數(shù)放在矢量的頂部。 0 1 5 6 14 15 27 28 2 4 7 13 16 26 29 42 3 8 12 17 25 30 41 43 9 11 18 24 31 40 44 53 10 19 23 32 39 45 52 54 20 22 33 38 46 51 55 60 21 34 37 47 50 56 59 61 35 36 48 49 57 58 62 63 量化 DCT系數(shù)的序號(hào) 2022年 2月 11日 第三章 圖形、圖像與視頻處理技術(shù) 37 計(jì)算步驟: ④ ? 直流系數(shù) (DC)的編碼 ?DC系數(shù)的特點(diǎn) : 8 8圖像塊經(jīng)過 DCT變換之后得到的DC直流系數(shù)有兩個(gè)特點(diǎn),一是系數(shù)的數(shù)值比較大,二是相鄰 8 8圖像塊的 DC系數(shù)值變化不大。 ?JPEG算法使用了差分脈沖調(diào)制編碼 (DPCM)技術(shù),對(duì)相鄰圖像塊之間量化 DC系數(shù)的差值 (Delta)進(jìn)行編碼。 1 ( 0 , 0 ) ( 0 , 0 ) kkD e lta D C D C ???DCi1 DCi blocki1 blocki … … 2022年 2月 11日 第三章 圖形、圖像與視頻處理技術(shù) 38 計(jì)算步驟: ⑤ ? 交流系數(shù) (AC)的編碼 ?AC系數(shù)的特點(diǎn) : 1 64矢量中包含有許多“ 0”系數(shù),并且許多“ 0”是連續(xù)的。 ?JPEG使用非常簡(jiǎn)單和直觀的游程長(zhǎng)度編碼 (RLE)對(duì)它們進(jìn)行編碼。 ?JPEG使用了 1個(gè)字節(jié)的高 4位來表示連續(xù)“ 0”的個(gè)數(shù),而使用它的低 4位來表示編碼下一個(gè)非“ 0”系數(shù)所需要的位數(shù),跟在它后面的是量化 AC系數(shù)的數(shù)值。 2022年 2月 11日 第三章 圖形、圖像與視頻處理技術(shù) 39 計(jì)算步驟: ⑥ ? 熵 (Entropy)編碼 ?使用熵編碼的原因 :對(duì) DPCM編碼后的直流 DC系數(shù)和RLE編碼后的交流 AC系數(shù)作進(jìn)一步的壓縮。 ?在 JPEG有損壓縮算法中,使用霍夫曼編碼器來減少熵,霍夫曼編碼器使用很簡(jiǎn)單的查表 (lookup table)方法進(jìn)行編碼 。 ?DC碼表符號(hào)舉例 壓縮數(shù)據(jù)符號(hào)時(shí),霍夫曼編碼器對(duì)出現(xiàn)頻度比較高的符號(hào)分配比較短的代碼,而對(duì)出現(xiàn)頻度較低的符號(hào)分配比較長(zhǎng)的代碼。這種可變長(zhǎng)度的霍夫曼碼表可以事先進(jìn)行定義。 Value SSS 0 0 1, 1 1 3,2, 2,3 2 7..4, 4..7 3 如果 DC的值 (Value)為 4,符號(hào) SSS用于表達(dá)實(shí)際值所需要的位數(shù),實(shí)際位數(shù)就等于 3。 2022年 2月 11日 第三章 圖形、圖像與視頻處理技術(shù) 40 基于 DCT的算法 舉例 3. 2022年 2月 11日 第三章 圖形、圖像與視頻處理技術(shù) 41 基于 DCT的算法 舉例 ( cont.) 2022年 2月 11日 第三章 圖形、圖像與視頻處理技術(shù) 42 基于 DCT的擴(kuò)展編碼 ? JPEG的擴(kuò)展編碼系統(tǒng) ?順序編碼模型 (sequential encoding model) ? 自上而下,從左至右方式發(fā)送。 4. 2022年 2月 11日 第三章 圖形、圖像與視頻處理技術(shù) 43 基于 DCT的擴(kuò)展編碼 (cont.) ? JPEG的擴(kuò)展編碼系統(tǒng) (續(xù) ) ?累進(jìn)編碼模型 (Progressive encoding) ? 采用多掃描 (multiple scans) ? 圖像部分信息分階段傳輸,這些信息被接收后立即解碼。 ? 如果覺得不滿意圖像的內(nèi)容,可立即停止傳輸。 ? 適合于在低帶寬信道上傳輸高分辨率的圖像 ? 累進(jìn)編碼有頻譜選擇與按位逼近兩種方法,前者第一次掃描時(shí)只對(duì) DC系數(shù)某些頻帶的系數(shù)進(jìn)行編碼、傳送,在隨后的掃瞄中對(duì)其他頻帶編碼、傳送,直到全部系數(shù)傳送完為止。分組選擇方式如 (0,1,2), (3,4,5), … 。后者沿著量化系數(shù)的有效位 (量化精度位數(shù) )方向分段累進(jìn)編碼,假設(shè)量化精度為 8位,則第一次傳送高 4位,然后傳送低 4位。 2022年 2月 11日 第三章 圖形、圖像與視頻處理技術(shù) 44 基于 DCT的擴(kuò)展編碼 (cont.) ? JPEG的擴(kuò)展編碼系統(tǒng) (續(xù) ) ?層次編碼模型 (Hierarchical encoding model) ? 采用多分辨率方式編碼 ? 這種編碼模型特別適合多用戶環(huán)境,且設(shè)備的分辨率各不相同。例如: – 高分辨率的設(shè)備為 2048 2048像素 – HDTV監(jiān)視器為 10
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