【文章內容簡介】 等國際組織，于 90年代領導制定了三個重要的多媒體國際標準， ① JPEG標準，② ；③ MPEG標準 。 ? 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日益增長的需要可適用于可視電視和視頻電話會議。 ? 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，國際電報電話咨詢委員會 (CCITI)和國際標準化協(xié)會 (ISO)聯(lián)合組成的一個圖像專家小組。 聯(lián)合圖像專家小組，多年來一直致力于標準化工作，他們開發(fā)研制出，連續(xù)色調、多級灰度、靜止圖像的數字圖像壓縮編碼方法。這個壓縮編碼方法稱為 JPEG算法。 JPEG算法被確定為 JPEG國際標準，它是國際上，彩色、灰度、靜止圖像的第一個國際標準。 JPEG標準是一個適用范圍廣泛的通用標準。它不僅適于靜圖像的壓縮；電視圖像序列的幀內圖像的壓縮編碼，也常采用 JPEG壓縮標準。 JPEG標準 1， JPEG的目的： JPEG的目的是為了給出一個適用于連續(xù)色調圖像的壓縮方法，使之滿足以下要求： A，達到 “很好 ”到 “極好 ”的評估，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)色調圖像 C， 計算的復雜性可控 ， 其軟件可在各種 CPU上完成 ， 算法也可用硬件實現(xiàn) 。 2， JPEG的四種操作方式： A，順序編碼 B，累進編碼 C，無失真編碼 D，分層編碼 JPEG 標準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). 基于空間預測編碼 DPCM的無失真壓縮算法。 在對 基于空間預測編碼 DPCM的無失真壓縮算法 的簡單介紹后，我們將重點講述基于 DCT變換有失真的壓縮算法。 ? 無失真的預測編碼 這幅圖是無失真的預測編碼的原理圖，由無失真編碼器實現(xiàn)數據壓縮，它由預測器和熵編碼器組成。預測器采用的是基于 DPCM預測編碼方法 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 壓縮圖像數據 表說明 表說明 原圖像 數據 熵編 碼器 8*8塊 壓縮圖像 數據 熵解碼器 逆量化器 IDTC 恢復圖像 數據 表說明 表說明 基于 DCT的有失真解碼處理過程圖 在對總體有了一個認識后，再細說各部分是如何具體實現(xiàn)的。 ① 將圖像分成 8 8的塊 對于第一步，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，一個接一個的變換。第二個要說的是： 被壓縮的圖像可以是黑白圖像，也可以是彩色圖像，對于黑白圖像每小塊只有 64個灰度值作為下一步的輸入；對于彩色圖像不僅要有 64個亮度值，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個灰度值 彩色圖像： 64個亮度分量， 64個色差分量 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 有色差子塊： 576/8 360/8=3240 ② 進行 DCT變換 JPEG在編碼時用的是離散余弦正變換（ FDCT）其數學表達式為： 其輸入數據是：把原始圖像分成 8 8的多個子塊的同時將原始圖像的采樣數據從無符號整數變成有符號的整數。即若采樣精度為 P位，采樣數據在范圍 內，則變換成在范圍 內，以此作為 DCT的輸入。 ?輸出數據是： DCT變換系數 64個基信號的幅值。 每個 8 8二維每個 8 8二維源圖像采樣數據塊，實際上是 64點離散信號，該信號是空間二維參數 x和 y的函數。 FDCT把這些信號作為輸入，然后把它分解成 64個正交基信號，每個正交基信號對應于 64個獨立二維 (2D)空間頻率中的一個，這些空間頻率是由輸入信號的頻譜組成。 FDCT的輸出是 64個基信號的幅值，或稱 DCT系數，每個系數值由 64點輸入信號唯一地確定。即離散余弦變換的變換系數。 ③ 根據量化表進行量化 JPEG在 JPEG標準中采用線性均勻量化器。 ?均衡量化器 其量化間隔是等長的 ?非均衡量化器 其量化間隔是不等長的 ?自適應量化器 其量化間隔是隨傳送數據而變 量化特性 ④根據熵編碼表進行熵編碼 為了進一步達到壓縮數據的目的，需對量化后的 DC系數，和行程編碼后的 AC系數進行基于統(tǒng)計特性的熵編碼。 JPEG建議使用兩種熵編碼方法：哈夫曼 (Huffman)編碼和自適應二進制算術編碼(Adaptive Binary Arithmetic Coding)。 熵編碼可分成兩步進行，首先把 DC和 AC系數轉換成一個中間格式的符號序列， 第二步是給這些符號賦以變長碼字。 亮度量化表 對 Y分量 色度量化表 對 U V 分量 差分 DC編碼 對直流分量 DC AC 系 數 “ Z” 字 順 序 對交流分量， Z字型編碼 用兩個字節(jié)表示行程編碼 ?熵編碼 對于 DC和 AC行程碼，再作基于統(tǒng)計特性的熵編碼。分兩步進行： 1. 首先把 DC碼和 AC行程碼轉換成中間符號序列。 2. 然后對這些符號序列賦以變長的碼字。 (1) 中間格式由兩個符號組成： ? 符號 1，行程，尺寸 (分組 ) ? 符號 2，幅值 例 : 設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 (量化 ) K 0 1 2 3 4 5 6 7 8 930 31 3263 系數 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 DC系數 12，落入 (15..8， 8..15) ? 查表 (P185頁 ) 得 4； ? 查亮度 DC系數表 (P186頁 ) 得 101 ? 而 12為 1100 ? 所以得到編碼 1011100 (2) 對 AC系數 ZZ(1)=5，落入 (7… 4,4…7) ? 查表 (P185頁 ) 得 3； ? 因為與 ZZ(0)間無 0個數 ,所以 NNNN=0用 0/3 查亮度 AC系數表 (P187頁 ) 得 100 ? 而 ZZ(1)=5為 101 所以得到編碼 100101 (3) 對 AC系數 ZZ(2)=2，落入 (3… 2，2… 2) 查 表 (P185頁 )得 2； ? 因為與 ZZ(2)間無 0個數 ,所以 NNNN=0用 0/2 查亮度 AC系數表 (P187頁 )得 01 ? 而 ZZ(2)=2為 01 所以得到編碼 0101 (4) 對 AC系數 ZZ(3)=0 ZZ(4)=2 中間有一個 0 ZZ(4)=2 查 表 (P185頁 )得 2； ? 因為與 ZZ(3)間 有 1個 0,所以 NNNN=1用 1/2查亮度 AC系數 表 (P187頁 )得 11011 ? 而 ZZ(4)=2為 10 所以得到 ZZ(3)ZZ(4) 編碼1101110 (5) 對 AC系數 ZZ(5)ZZ(7)=0 ZZ(8)=1 中間有 3個 0 ZZ(8)=1 查 表 (P185頁 )得 1； ? 因為與 ZZ(5)間 有 3個 0,所以 NNNN=3用 3/1 查亮度 AC系數 表 (P187頁 )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的個數： 309+1=22 15 所以先編一個 F/0 ZRL 查表 得到編碼 11111111001 2216=6個零 6/1?1111011 1 ?0 編碼 11110110 (7) ZZ(32)ZZ(63)=0 用 EOB結束（查表 ）， 0/0?1010 DC系數 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）最早制定的關于視頻編碼的國際標準?？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、保證圖像質量且為各國圖像編碼專家所公認的統(tǒng)一的算法。算法必須能夠實時操作，解碼延時要短。 ? 第二是與 PCM標準兼容的問題。 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。 為了使同一標準既能用于 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 經轉換到 CIF或 QCIF格式再進行源編碼。 視頻編碼圖像格式一覽表 采用標準 CCIR601 ISO/MPEG 1 CCITT 參 數 PAL NTSC SIF CIF QCIF 每秒幀數 25 30 25 30 Y