【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 等國(guó)際組織，于 90年代領(lǐng)導(dǎo)制定了三個(gè)重要的多媒體國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)， ① JPEG標(biāo)準(zhǔn)，② ；③ MPEG標(biāo)準(zhǔn) 。 ? 1986年成立了聯(lián)合圖片專家組。 JPEG— Joint Photographic Experts Group 主要制定靜態(tài)圖像幀內(nèi)壓縮編碼 ? 1988年成立了 MPEG MOVING PICTURE EXPERT GROUP 。 它吸收了 JPEG和 ? CCITT 第 XV研究所 1984年成立了可視電話編碼專家組。 1988年，提出了 。 以滿足 ISDN日益增長(zhǎng)的需要可適用于可視電視和視頻電話會(huì)議。 ? JPEG(Joint Photographic Experts Group)是聯(lián)合圖像專家小組的英文縮寫。其中聯(lián)合的含意是指，國(guó)際電報(bào)電話咨詢委員會(huì) (CCITI)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì) (ISO)聯(lián)合組成的一個(gè)圖像專家小組。 聯(lián)合圖像專家小組，多年來一直致力于標(biāo)準(zhǔn)化工作，他們開發(fā)研制出，連續(xù)色調(diào)、多級(jí)灰度、靜止圖像的數(shù)字圖像壓縮編碼方法。這個(gè)壓縮編碼方法稱為 JPEG算法。 JPEG算法被確定為 JPEG國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，它是國(guó)際上，彩色、灰度、靜止圖像的第一個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。 JPEG標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)適用范圍廣泛的通用標(biāo)準(zhǔn)。它不僅適于靜圖像的壓縮；電視圖像序列的幀內(nèi)圖像的壓縮編碼，也常采用 JPEG壓縮標(biāo)準(zhǔn)。 JPEG標(biāo)準(zhǔn) 1， JPEG的目的： JPEG的目的是為了給出一個(gè)適用于連續(xù)色調(diào)圖像的壓縮方法，使之滿足以下要求： A，達(dá)到 “很好 ”到 “極好 ”的評(píng)估，與原始圖像相比，人的視覺難以區(qū)別。 B，能適用于任何種類的連續(xù)色調(diào)圖像 C， 計(jì)算的復(fù)雜性可控 ， 其軟件可在各種 CPU上完成 ， 算法也可用硬件實(shí)現(xiàn) 。 2， JPEG的四種操作方式： A，順序編碼 B，累進(jìn)編碼 C，無失真編碼 D，分層編碼 JPEG 標(biāo)準(zhǔn)定義了兩種基本壓縮算法： (1). 基于 DCT （ Discrete Cosine Transform離散余弦變換 ） 變換有失真的壓縮算法。 (2). 基于空間預(yù)測(cè)編碼 DPCM的無失真壓縮算法。 在對(duì) 基于空間預(yù)測(cè)編碼 DPCM的無失真壓縮算法 的簡(jiǎn)單介紹后，我們將重點(diǎn)講述基于 DCT變換有失真的壓縮算法。 ? 無失真的預(yù)測(cè)編碼 這幅圖是無失真的預(yù)測(cè)編碼的原理圖，由無失真編碼器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮，它由預(yù)測(cè)器和熵編碼器組成。預(yù)測(cè)器采用的是基于 DPCM預(yù)測(cè)編碼方法 基于 DCT的有失真編碼處理總過程 ? 基于 DCT 的有失真壓縮編碼 基于 DCT的有失真編碼處理過程圖 DCT變換 量化器 壓縮圖像數(shù)據(jù) 表說明 表說明 原圖像 數(shù)據(jù) 熵編 碼器 8*8塊 壓縮圖像 數(shù)據(jù) 熵解碼器 逆量化器 IDTC 恢復(fù)圖像 數(shù)據(jù) 表說明 表說明 基于 DCT的有失真解碼處理過程圖 在對(duì)總體有了一個(gè)認(rèn)識(shí)后，再細(xì)說各部分是如何具體實(shí)現(xiàn)的。 ① 將圖像分成 8 8的塊 對(duì)于第一步，將圖像分成 8 8的塊，我們想解釋的是：按什么次序分？是按從左到右，從上到下的次序來分，并按該順序送入 DCT編碼器，一個(gè)接一個(gè)的變換。第二個(gè)要說的是： 被壓縮的圖像可以是黑白圖像，也可以是彩色圖像，對(duì)于黑白圖像每小塊只有 64個(gè)灰度值作為下一步的輸入；對(duì)于彩色圖像不僅要有 64個(gè)亮度值，而且還有色差值，這兩種值要分別做 DCT變換。 分法： 從左到右，從上到下 黑白圖像： 64個(gè)灰度值 彩色圖像： 64個(gè)亮度分量， 64個(gè)色差分量 例如：分辨率為 576行 720列的彩色圖像 有亮度子塊： 576/8 720/8=6480個(gè) 有色差子塊： 576/8 360/8=3240 ② 進(jìn)行 DCT變換 JPEG在編碼時(shí)用的是離散余弦正變換（ FDCT）其數(shù)學(xué)表達(dá)式為： 其輸入數(shù)據(jù)是：把原始圖像分成 8 8的多個(gè)子塊的同時(shí)將原始圖像的采樣數(shù)據(jù)從無符號(hào)整數(shù)變成有符號(hào)的整數(shù)。即若采樣精度為 P位，采樣數(shù)據(jù)在范圍 內(nèi)，則變換成在范圍 內(nèi)，以此作為 DCT的輸入。 ?輸出數(shù)據(jù)是： DCT變換系數(shù) 64個(gè)基信號(hào)的幅值。 每個(gè) 8 8二維每個(gè) 8 8二維源圖像采樣數(shù)據(jù)塊，實(shí)際上是 64點(diǎn)離散信號(hào)，該信號(hào)是空間二維參數(shù) x和 y的函數(shù)。 FDCT把這些信號(hào)作為輸入，然后把它分解成 64個(gè)正交基信號(hào)，每個(gè)正交基信號(hào)對(duì)應(yīng)于 64個(gè)獨(dú)立二維 (2D)空間頻率中的一個(gè)，這些空間頻率是由輸入信號(hào)的頻譜組成。 FDCT的輸出是 64個(gè)基信號(hào)的幅值，或稱 DCT系數(shù)，每個(gè)系數(shù)值由 64點(diǎn)輸入信號(hào)唯一地確定。即離散余弦變換的變換系數(shù)。 ③ 根據(jù)量化表進(jìn)行量化 JPEG在 JPEG標(biāo)準(zhǔn)中采用線性均勻量化器。 ?均衡量化器 其量化間隔是等長(zhǎng)的 ?非均衡量化器 其量化間隔是不等長(zhǎng)的 ?自適應(yīng)量化器 其量化間隔是隨傳送數(shù)據(jù)而變 量化特性 ④根據(jù)熵編碼表進(jìn)行熵編碼 為了進(jìn)一步達(dá)到壓縮數(shù)據(jù)的目的，需對(duì)量化后的 DC系數(shù)，和行程編碼后的 AC系數(shù)進(jìn)行基于統(tǒng)計(jì)特性的熵編碼。 JPEG建議使用兩種熵編碼方法：哈夫曼 (Huffman)編碼和自適應(yīng)二進(jìn)制算術(shù)編碼(Adaptive Binary Arithmetic Coding)。 熵編碼可分成兩步進(jìn)行，首先把 DC和 AC系數(shù)轉(zhuǎn)換成一個(gè)中間格式的符號(hào)序列， 第二步是給這些符號(hào)賦以變長(zhǎng)碼字。 亮度量化表 對(duì) Y分量 色度量化表 對(duì) U V 分量 差分 DC編碼 對(duì)直流分量 DC AC 系 數(shù) “ Z” 字 順 序 對(duì)交流分量， Z字型編碼 用兩個(gè)字節(jié)表示行程編碼 ?熵編碼 對(duì)于 DC和 AC行程碼，再作基于統(tǒng)計(jì)特性的熵編碼。分兩步進(jìn)行： 1. 首先把 DC碼和 AC行程碼轉(zhuǎn)換成中間符號(hào)序列。 2. 然后對(duì)這些符號(hào)序列賦以變長(zhǎng)的碼字。 (1) 中間格式由兩個(gè)符號(hào)組成： ? 符號(hào) 1，行程，尺寸 (分組 ) ? 符號(hào) 2，幅值 例 : 設(shè)某亮度子塊的序列如下 zz(k) DC,AC01……AC07……AC77 512 512 8 8圖像 8 8系數(shù) (量化 ) K 0 1 2 3 4 5 6 7 8 930 31 3263 系數(shù) 12 5 2 0 2 0 0 0 1 0 1 0 按 JPEG基本系統(tǒng)編碼給出該子塊的編碼。 zz(k) DC,AC01……AC07……AC77 ?(1) 對(duì) DC系數(shù) 12，落入 (15..8， 8..15) ? 查表 (P185頁(yè) ) 得 4； ? 查亮度 DC系數(shù)表 (P186頁(yè) ) 得 101 ? 而 12為 1100 ? 所以得到編碼 1011100 (2) 對(duì) AC系數(shù) ZZ(1)=5，落入 (7… 4,4…7) ? 查表 (P185頁(yè) ) 得 3； ? 因?yàn)榕c ZZ(0)間無 0個(gè)數(shù) ,所以 NNNN=0用 0/3 查亮度 AC系數(shù)表 (P187頁(yè) ) 得 100 ? 而 ZZ(1)=5為 101 所以得到編碼 100101 (3) 對(duì) AC系數(shù) ZZ(2)=2，落入 (3… 2，2… 2) 查 表 (P185頁(yè) )得 2； ? 因?yàn)榕c ZZ(2)間無 0個(gè)數(shù) ,所以 NNNN=0用 0/2 查亮度 AC系數(shù)表 (P187頁(yè) )得 01 ? 而 ZZ(2)=2為 01 所以得到編碼 0101 (4) 對(duì) AC系數(shù) ZZ(3)=0 ZZ(4)=2 中間有一個(gè) 0 ZZ(4)=2 查 表 (P185頁(yè) )得 2； ? 因?yàn)榕c ZZ(3)間 有 1個(gè) 0,所以 NNNN=1用 1/2查亮度 AC系數(shù) 表 (P187頁(yè) )得 11011 ? 而 ZZ(4)=2為 10 所以得到 ZZ(3)ZZ(4) 編碼1101110 (5) 對(duì) AC系數(shù) ZZ(5)ZZ(7)=0 ZZ(8)=1 中間有 3個(gè) 0 ZZ(8)=1 查 表 (P185頁(yè) )得 1； ? 因?yàn)榕c ZZ(5)間 有 3個(gè) 0,所以 NNNN=3用 3/1 查亮度 AC系數(shù) 表 (P187頁(yè) )得 111010 ? 而 ZZ(8)=1為 1 所以得到 ZZ(5)ZZ(8) 編碼 1110101 (6) ZZ(9) ZZ(30)=0 ZZ(31)=1 0的個(gè)數(shù)： 309+1=22 15 所以先編一個(gè) F/0 ZRL 查表 得到編碼 11111111001 2216=6個(gè)零 6/1?1111011 1 ?0 編碼 11110110 (7) ZZ(32)ZZ(63)=0 用 EOB結(jié)束（查表 ）， 0/0?1010 DC系數(shù) 12 ZZ(1)=5 ZZ(2)=2 1011100 100101 0101 ZZ(3)=0 ZZ(4)=2 ZZ(5)ZZ(7)=0 ZZ(8)=1 1101110 1110101 ZZ(9) ZZ(30)=0 ZZ(31)=1 ZZ(32)ZZ(63)=0 11111111001 11110110 1010 ? P 64，這是 ITUT（前身為 CCITT）最早制定的關(guān)于視頻編碼的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)?？紤]到ISDN的傳輸碼率以 64kbps為單位，因此以p 64kbps（ p＝ 1～ 30）作為為 碼率。 議。它支持 QCIF（ p= 2）、 CIF（ p2）兩種圖像輸入格式。 ? ? 第一是編碼算法問題。 確立了一種合理的、保證圖像質(zhì)量且為各國(guó)圖像編碼專家所公認(rèn)的統(tǒng)一的算法。算法必須能夠?qū)崟r(shí)操作，解碼延時(shí)要短。 ? 第二是與 PCM標(biāo)準(zhǔn)兼容的問題。 編解碼器以 64～1920kb／ s的工作速率去覆蓋 NISDN或 PCM一次群的通道。 ? 第三，解決電視制式不同的問題。 為了使同一標(biāo)準(zhǔn)既能用于 PAL（ 625）和 NTSC（ 525）兩種電視制式系統(tǒng)，源編碼基于中間格式 CIF格式，所以輸入輸必須 經(jīng)轉(zhuǎn)換到 CIF或 QCIF格式再進(jìn)行源編碼。 視頻編碼圖像格式一覽表 采用標(biāo)準(zhǔn) CCIR601 ISO/MPEG 1 CCITT 參 數(shù) PAL NTSC SIF CIF QCIF 每秒幀數(shù) 25 30 25 30 Y