【文章內(nèi)容簡介】 47靜態(tài)圖像壓縮編碼的國際標(biāo)準(zhǔn) JPEGn 靜態(tài)圖像壓縮編碼 JPEG概況n JPEG壓縮編碼的基本系統(tǒng)u（ 1） 數(shù)據(jù)塊準(zhǔn)備u（ 2） 離散余弦正變換 DCTu（ 3） 量化u（ 4） DCT系數(shù) Z形掃描u（ 5） DC系數(shù)編碼u（ 6） AC系數(shù)編碼n JPEG壓縮編碼的擴(kuò)展系統(tǒng)48靜態(tài)圖像壓縮編碼的國際 標(biāo)準(zhǔn) JPEGn JPEG是國際上彩色、灰度、靜止圖像的第一個(gè)國際標(biāo)準(zhǔn)。用來在低分辨率到高分辨率的較寬范圍內(nèi)支持較高的圖像分辨率和量化精度。它不僅適用于黑白、彩色照片和印刷圖片等靜止圖像的壓縮，而且擴(kuò)大到了彩色傳真、電話會(huì)議、新聞圖片的傳送上，以及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)。49靜態(tài)圖像壓縮編碼的國際標(biāo)準(zhǔn) JPEGn 變換編碼的基本思路：u 1．編碼時(shí)略去某些能量很小的高頻分量以降低碼率。u 2．變換編碼還可以根據(jù)人眼對(duì)不同頻率分量的敏感程度而對(duì)不同系數(shù)采用不同的量化臺(tái)階，以進(jìn)一步提高壓縮比。n JPEG開發(fā)的壓縮編碼算法有三種工作方式：u 1．基本系統(tǒng)（單次掃描）。u 2．?dāng)U展系統(tǒng)（常采用累進(jìn)編碼或分層編碼方式）。u 3．無損壓縮編碼。 50JPEG 壓縮編碼的基本系 統(tǒng)n 下面我們討論一個(gè)基于離散余弦正變換 DCT的有失真 JPEG編解碼的工作原理，圖 37是基于DCT的 JPEG編碼的過程框圖。 511. 數(shù)據(jù)塊準(zhǔn)備u 塊準(zhǔn)備將一幀（幅）圖像分成 88 的數(shù)據(jù)塊。對(duì)于彩色圖像，可以看作多分量（ Y亮度信號(hào)分量和 U和 V色度信號(hào)分量）進(jìn)行壓縮處理。u 假設(shè)圖像的大小為 480行，每一行有 640個(gè)像素 。 并假設(shè)按 4∶l∶l 取樣格式，即四個(gè)亮度分量，一個(gè)色差分量 U，一個(gè)色差分量 V，則亮度分量就是一個(gè) 640480 的數(shù)值矩陣，色差分量是一個(gè) 320240 的數(shù)值矩陣。u 塊準(zhǔn)備必須劃分出 4800個(gè)（ 640480247。8 ）亮度塊和兩份 1200個(gè)（ 320240247。8 ）色差塊，共計(jì) 7200個(gè)數(shù)據(jù)塊。同時(shí)將原始圖象的無符號(hào)整數(shù)變?yōu)橛蟹?hào)整數(shù)522. 離散余弦正變換 DCTu2. 離散余弦正變換 DCTu DCT變換是一種正交變化，主要是把時(shí)域變換為頻域，變換本身并不進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮。它只是把信號(hào)映射到另一個(gè)域上，使信號(hào)在變換域里容易進(jìn)行壓縮，變換后的樣值更加獨(dú)立和有序533. 量化u 量化是一種不可逆的、有失真的過程，在基于 DCT的編碼器中，量化是引起信息丟失的主要原因。u 對(duì) DCT系數(shù)進(jìn)行量化有兩個(gè)作用：u ① 降低系數(shù)的幅值 。u ② 增加系數(shù)中值為 0的項(xiàng)數(shù) 。544. DCT 系數(shù) Z形掃描圖 310 Z形掃描順序 其一維數(shù)組元素的位置順序如圖 310。 ZZ（ 0）＝ C（ 0， 0）， ZZ（ 1）＝ C（ 0， l）， ZZ（ 2）＝ C（ l， 0）， … ， ZZ（ 63）＝ C（ 7， 7）。編碼順序依據(jù) ZZ的序號(hào)。 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 63555. DC 系數(shù)編碼u 對(duì)相鄰塊之間的 DC系數(shù)的差值 DIFF＝ Di－ Di－ 1進(jìn)行編碼。u Blocki－ 1 Blocki圖 311 DC系數(shù)的差值 DIFF＝ Di－ Di－ 1DiDi－ 1┅┅┅┅566. AC 系數(shù)的編碼 n Z形掃描將二維量化系數(shù)矩陣轉(zhuǎn)換成一維數(shù)組ZZ中的 “ 零游程 /非零值 ” 。u 若最后一個(gè) “ 零游程 /非零值 ” 中只有零游程（ ZRL），則直接傳塊結(jié)束碼字 “EOB” 結(jié)束本塊。57JPEG 壓縮編碼的基本系統(tǒng)n 對(duì)于中等復(fù)雜程度的彩色圖像，其壓縮比與恢復(fù)圖像的質(zhì)量大致如表 310所示。 表 310壓縮效果與恢復(fù)圖像質(zhì)量的關(guān)系 58JPEG 壓縮編碼的基本系統(tǒng)n 順序編碼運(yùn)行方式59JPEG 壓縮編碼的擴(kuò)展系統(tǒng)n 1. 基于 DCT的累進(jìn)編碼運(yùn)行方式累進(jìn)編碼方式要掃描多次。60JPEG 壓縮編碼的擴(kuò)展系統(tǒng)n 2. 分層編碼運(yùn)行方式u 水平方向和垂直方向分辨率以 2的倍數(shù)因子下降（降低原始圖像的空間分辨率），導(dǎo)出若干低分辨率的原圖像，分層后再采用 JPEG的壓縮編碼方法進(jìn)行編碼，隨后以上重復(fù)步驟，直到圖像達(dá)到完整的分辨率編碼為止。61JPEG 壓縮編碼的擴(kuò)展系統(tǒng)n 3. 無損壓縮預(yù)測編碼運(yùn)行方式源圖像數(shù)據(jù)表說明預(yù)測器 熵編碼器壓縮后圖像數(shù)據(jù)62無損壓縮預(yù)測編碼 運(yùn)行方式 DPCM編碼簡單，易于用硬件實(shí)現(xiàn)。由于是無失真編碼，解碼后的圖像質(zhì)量很高。 Px63運(yùn)動(dòng)圖像壓縮編碼的國際 標(biāo)準(zhǔn) —MPEGn 運(yùn)動(dòng)圖像壓縮編碼 —MPEG 概況n MPEG 標(biāo)準(zhǔn)簡介n 幀間編碼技術(shù)n 運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)n MPEG視頻壓縮 數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)n MPEG音頻64運(yùn)動(dòng)圖像壓縮編碼的國際 標(biāo)準(zhǔn) ——MPEGn MPEG專家組 工作將整個(gè)過程分為三步：u ① 要求u 提出要求有雙重的目的：目標(biāo) , 競爭的原則 。u ② 竟?fàn)巙 提出了 14個(gè)不同的方案 。u ③ 集中u 測試和評(píng)價(jià)，并綜合出一個(gè)最佳方案。65MPEG 標(biāo)準(zhǔn)簡介n 1. MPEG—1 標(biāo)準(zhǔn)u MPEG—1 的標(biāo)準(zhǔn)名稱為 “ 動(dòng)態(tài)圖像和伴音的編碼 ”— 用于速率小于每秒約。u MPEG—1 的最大壓縮比可達(dá)約 1∶200 。u MPEG—1 標(biāo)準(zhǔn)有 3個(gè)部分組成：u MPEG—1 視頻（ Video）u MPEG—1 音頻（ Audio）u MPEG—1 系統(tǒng)（ System）661. MPEG—1 標(biāo)準(zhǔn)n 設(shè)計(jì)目標(biāo)是把每秒 30幀、亮度信號(hào)的分辨率為 360240 ，色度信號(hào)分辨率為 180120，傳送壓縮成數(shù)據(jù)率為 像。n MPEG—1 電視圖像的壓縮算法采用兩種基本壓縮技術(shù)：u ① 為減少時(shí)間冗余度，采用 1616 個(gè)像素組成的圖像塊的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)。u ② 為了減少空間冗余度，采用 88 圖像化的 DCT變換技術(shù)。671. MPEG—1 標(biāo)準(zhǔn)n 聲音壓縮編碼技術(shù)支持高壓縮的音頻數(shù)據(jù)流，其采樣率為 48， 22KHz，量化精度為16位的聲音壓縮。n 支持兩個(gè)聲道，可設(shè)置成單聲道（ mono）、雙聲道（ dual）或立體聲（ stereo）。采用MPEG—1 算法可以把位速率降到 Mbps。n MPEG—1 系統(tǒng)采用多路復(fù)合技術(shù)，把數(shù)字電視圖像和聲音復(fù)合成單一數(shù)據(jù)位流， MPEG—1 的數(shù)據(jù)位流分成內(nèi)外兩層，外層為系統(tǒng)層，內(nèi)層為壓縮層 。68 2. MPEG—2 標(biāo)準(zhǔn)n MPEG—2 標(biāo)準(zhǔn)稱為 “ 活動(dòng)圖像及有關(guān)聲音信息的通用編碼 ” 標(biāo)準(zhǔn)。n 設(shè)計(jì)目標(biāo)是把以 10Mbps速度傳送每秒 30幀、分辨率為 720572 高分辨率的廣播級(jí)視頻圖像，壓縮后的傳送數(shù)據(jù)率為 3～ 15Mbps。n MPEG—2 標(biāo)準(zhǔn)是 HDTV、 DVD以及新型數(shù)字式交互有線網(wǎng)所采用的數(shù)字視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)。n