【正文】 來去掉視角的冗余信息和數(shù)據(jù)本身的冗余信息 。 JPEG算法壓縮編碼大致分成幾個(gè)步驟： ? （ 1） 使用正向離散余弦變換 （ Forward Discrete Cosine Transform， FDCT） 把空間域表示的圖變換成頻率域表示的圖 。 ? （ 2） 利用人眼視覺特性對系數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)量化； ? （ 3） 對每個(gè)子塊量化后的系數(shù)矩陣進(jìn)行 Z形掃描 ， 將系數(shù)矩陣轉(zhuǎn)化成符號(hào)序列； ? （ 4）使用哈夫曼可變字長編碼器對量化系數(shù)進(jìn)行編碼。 上一頁 下一頁 返回首頁 231 74 12 1 1 2 1 0 102 5 1 0 1 0 0 0 13 7 0 0 0 0 0 0 4 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Zigzag 掃描 之字形掃描 上一頁 下一頁 返回首頁 上一頁 下一頁 返回首頁 ? ? （ 1）二維 DCT變換 ? 首先把一幅圖像劃分成一系列的圖像塊，每個(gè)圖像塊包含 8 8個(gè)像素。如果原始圖像有640 480個(gè)像素，則圖片將包含 80列 60行的方塊。如果圖像只包含灰度，那么每個(gè)像素用一個(gè) 8比特的數(shù)字表示。因此可以把每個(gè)圖像塊表示成一個(gè) 8行 8列的二維數(shù)組。數(shù)組的元素是 0～ 255的 8比特整數(shù)。離散余弦變換就是作用在這個(gè)數(shù)組上。 上一頁 下一頁 返回首頁 DCT變換是做什么的 ? 簡單的說，是用一個(gè) 8行 8列的二維數(shù)組產(chǎn)生另一個(gè)同樣包含 8行 8列二維數(shù)組的函數(shù)，也就是說，把一個(gè)數(shù)組通過一個(gè)變換，變成另一個(gè)數(shù)組。 ? 如圖下圖所示，對每個(gè)圖像塊做離散余弦變換。通過DCT變換可以把能量集中在矩陣左上角少數(shù)幾個(gè)系數(shù)上。 f(i,j)經(jīng) DCT變換之后得到 F(i,j)，其中 F(0,0)是直流系數(shù)，稱為 DC系數(shù)，其他為交流系數(shù)，稱為 AC系數(shù)。 上一頁 下一頁 返回首頁 ? （ 2） ． 系數(shù)量化 ? 為了達(dá)到壓縮數(shù)據(jù)的目的 ， DCT系數(shù)需做量化 。 量化是對經(jīng)過 FDCT變換后的頻率系數(shù)進(jìn)行量化 ， 這是一個(gè)多到一映射的過程 。 量化的目的是減小非 0系數(shù)的幅度以及增加 0值系數(shù)的數(shù)目 ， 在一定的主觀保真的前提下 ， 丟掉那些對視覺效果影響不大的信息 ， 量化是圖像質(zhì)量下降的最主要原因 。 上一頁 下一頁 返回首頁 上一頁 下一頁 返回首頁 以上是編碼時(shí)對圖像塊的正向離散余弦變換和量化過程，解碼的時(shí)候要進(jìn)行逆量化和逆向離散余弦變換，圖 415說明了解碼的過程，并且在逆向離散余弦變換之后對重構(gòu)圖像中的每個(gè)樣本數(shù)據(jù)加了 128，最后得到重構(gòu)圖像樣本： 上一頁 下一頁 返回首頁 （ 3） 編碼模型與統(tǒng)計(jì)事件 ? 第一步： Z字形編排。對于量化后的二維數(shù)組，我們還要對其進(jìn)行線性化，然后再進(jìn)行壓縮加以傳輸。一個(gè)合理的線性化方法可能是一次傳輸 Q的一行。由于出現(xiàn)這么多的 0，可以使用行程編碼。這是可行的，但還有更好的方法。 上一頁 下一頁 返回首頁 （ 3）編碼階段 直流系數(shù)的編碼。 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。根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)， JPEG算法使用了差分脈沖調(diào)制編碼（ DPCM）技術(shù)，對相鄰圖像塊之間量化 DC系數(shù)的差值進(jìn)行編碼 。 Delta = Dc(0,0)kDc(0,0)k–1 上一頁 下一頁 返回首頁 ? 交流系數(shù)的編碼。量化 AC系數(shù)的特點(diǎn)是 1 64矢量中包含有許多 0系數(shù)，并且許多 0是連續(xù)的，因此可以使用非常簡單和直觀的游程長度編碼（ RLE）對它們進(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 。 上一頁 下一頁 返回首頁 ? 使用熵編碼還可以對 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，使用哈夫曼編碼器來減少熵。 在擴(kuò)展系統(tǒng)還使用算術(shù)編碼 （ 4）熵編碼 上一頁 下一頁 返回首頁 （ 5）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ? JPEG編碼的最后一個(gè)步驟是編碼器還需要向解碼器添加各種信息，以便后者能正確恢復(fù)圖像，如采用何種算法、哈夫曼編碼、量化矩陣、圖像開始與結(jié)束等。 上一頁 下一頁 返回首頁 2漸進(jìn)方式 ? 基本實(shí)現(xiàn)方式有三種，它們又能組合構(gòu)成多種方式。 ? （ 1）譜選擇法：基本系統(tǒng)對 DCT變換后的二維系數(shù)數(shù)據(jù)做 z曲折掃描所得的一維系數(shù)序列，基本上是按從低頻到高頻成分的順序排列的，低頻在前，高頻在后。將此系數(shù)序列分成幾段，按級(jí)分別編碼，低頻在先，高頻在后。 上一頁 下一頁 返回首頁 2漸進(jìn)方式 ? （ 2）逐次逼近：在第一級(jí)編碼時(shí)，只送系數(shù)的近似值，后面各級(jí)由高位到低位每級(jí)補(bǔ)上一個(gè)被舍棄的位。 ? （ 3）階梯方式： 上一頁 下一頁 返回首頁 能達(dá)到的壓縮效果 ? 壓縮到 /像素時(shí)，圖像可識(shí)別； ? 壓縮到 位 /像素時(shí)，圖像可評(píng)價(jià)為有用； ? 壓縮到 位 /像素時(shí)，圖像被認(rèn)為是極佳； ? 壓縮到 位 /像素時(shí)，圖像基本上與原圖像無法區(qū)別。 上一頁 下一頁 返回首頁 2022 ? 為了能用單一的壓縮碼流提供多種性能、滿足范圍更為廣泛的應(yīng)用， JPEG工作組于 1996年開始探索一種新的靜止圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)，并且稱它為 JPEG 2022。 ? JPEG 2022是 JPEG工作組制定的并于 2022年底陸續(xù)公布的基于 JPEG標(biāo)準(zhǔn)的最新的靜止圖像壓縮編碼的國際標(biāo)準(zhǔn)，它之所以比 JPEG標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)越，主要是不再采用離散傅立葉變換 DCT算法為主的編碼方法，改用以 DWT（ Discrete Wavelet Transformation，離散小波變換算法）為主的多解析編碼方法。 上一頁 下一頁 返回首頁 ? 它與 JPEG的基本系統(tǒng)相比有以下的優(yōu)點(diǎn)： ? （ 1） 高壓縮比 ? 能保持較高的圖像質(zhì)量 。 在類似質(zhì)量的前提下 ， JPEG 2022的壓縮比比 JPEG高 10%～ 30%。 ? （ 2） 無損壓縮：既支持有損壓縮 ， 也支持無損壓縮方式 ? （ 3） 支持漸進(jìn)式傳輸 ， 即開始時(shí)顯示一個(gè)模糊 、 不清晰且質(zhì)量低的圖像 ， 隨著數(shù)據(jù)進(jìn)一步被接收 ， 圖像清晰度和質(zhì)量逐步提高 ， 最后顯示出一個(gè)高清晰度且高質(zhì)量的圖像 。 JPEG 2022在節(jié)約和充分利用有限帶寬方面顯得更加優(yōu)越 。 ? （ 4） 在壓縮時(shí) ， 可指定圖片感興趣的區(qū)域 ， 并指定壓縮質(zhì)量；在解壓縮時(shí) ， 對這些區(qū)域指定解壓縮順序及解壓縮質(zhì)量 。 因?yàn)樽硬ㄔ跁r(shí)域及頻域上具有局域性 ， 有可能完全恢復(fù)或以高分辨率恢復(fù)圖像的某個(gè)局部 。 上一頁 下一頁 返回首頁 JPEG2022（ 1： 137） JPEG（ 1： 137） 上一頁 下一頁 返回首頁 ? ? 數(shù)碼相機(jī) 、 掃描儀等 。 新興領(lǐng)域如網(wǎng)絡(luò) 、無線通信 、 醫(yī)療影像等 。 已經(jīng)體現(xiàn)出其優(yōu)越性 。 上一頁 下一頁 返回首頁 MPEG是活動(dòng)圖像專家組 (Moving Picture Exports Group)英文的縮寫，于 1988年成立，是為數(shù)字視 /音頻制定壓縮標(biāo)準(zhǔn)的專家組，目前已擁有 300多名成員，包括 IBM、 SUN、 BBC、NEC、 INTEL、 ATamp。amp。T等世界知名公司。 MPEG組織最初得到的授權(quán)是制定用于“活動(dòng)圖像”編碼的各種標(biāo)準(zhǔn)，隨后擴(kuò)充為“及其伴隨的音頻”及其組合編碼。后來針對不同的應(yīng)用需求，解除了“用于數(shù)字存儲(chǔ)媒體”的限制，成為現(xiàn)在制定“活動(dòng)圖像和音頻編碼”標(biāo)準(zhǔn)的組織。 MPEG組織制定的各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都有不同的目標(biāo)和應(yīng)用，目前已提出 MPEG MPEGMPEG MPEG7和 MPEG21標(biāo)準(zhǔn)。 上一頁 下一頁 返回首頁 MPEG應(yīng)用的數(shù)字存儲(chǔ)媒體包括：光盤、數(shù)字錄音帶（ DAT）、磁盤、可寫光盤，以及通信網(wǎng)絡(luò)中。 上一頁 下一頁 返回首頁 ? MPEG視頻壓縮技術(shù)是針對運(yùn)動(dòng)圖象的數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)。為了提高壓縮比， 幀內(nèi)圖象數(shù)據(jù)壓縮 和 幀間圖象數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)必須同時(shí)使用。 上一頁 下一頁 返回首頁 運(yùn)動(dòng)矢量：運(yùn)動(dòng)物體的位移矢量 dx,dy 若第 K1幀的運(yùn)動(dòng)物體位置中心點(diǎn)為（ x1， y1），在第 K幀中移動(dòng)到（ x1+dx， y1+dy）。 須將第 K幀（ x1+dx,y1+dy）點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)物體與第 (K1)幀的 (x1,y1)點(diǎn)相減。 運(yùn)動(dòng)估計(jì)：求運(yùn)動(dòng)矢量的過程 去接收機(jī) 差值 當(dāng)前幀 － 運(yùn)動(dòng) 補(bǔ)償 過去幀 運(yùn)動(dòng) 估計(jì) 去后級(jí) 預(yù)測值 運(yùn)動(dòng)矢量 幀內(nèi) 幀間 上一頁 下一頁 返回首頁 運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償：利用運(yùn)動(dòng)矢量從前一幀內(nèi)讀出預(yù)測象塊， 形成當(dāng)前幀運(yùn)動(dòng)物體的預(yù)測值。 預(yù)測編碼：對預(yù)測獲得的差值及運(yùn)動(dòng)矢量進(jìn)行編碼。 塊匹配： 對視頻圖象分成宏塊（常用 16 16的宏塊）， 以宏塊為單位在前一幀搜索與當(dāng)前宏塊內(nèi)容最相近的宏塊， 稱 塊匹配。 塊匹配的目的是求運(yùn)動(dòng)矢量。 上一頁 下一頁 返回首頁 運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)谋匾? 返回 上一頁 下一頁 返回首頁 運(yùn)動(dòng)估計(jì)圖解 a b c 當(dāng)前幀 后一幀 運(yùn)動(dòng)矢量 MV 運(yùn)動(dòng)估值，找到匹配塊 將匹配塊與當(dāng)前宏塊的差值以及運(yùn)動(dòng)矢量進(jìn)行編碼 前一幀 上一頁 下一頁 返回首頁 塊匹配搜索 上一頁 下一頁 返回首頁 雙向預(yù)測 B幀 上一頁 下一頁 返回首頁 164 ? H. 261是 ITU T 于 1984～ 1989 年制定的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。 – 針對可視電話和視頻會(huì)議等業(yè)務(wù)。 – 目的：在窄帶 ISDN 上實(shí)現(xiàn)速率 P 64 kbps 的雙向聲像業(yè)務(wù) ,其中P = 1～ 30 。 – 只支持兩種圖像格式 :CIF(352 288 像素 ) 和 QCIF(176 144 像素 ) 。 ? 技術(shù)特征 – 幀包括 I幀（ Intraframes ）和 P幀（ Interframes ）； – 16 16 微塊的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償、 8 8 DCT、標(biāo)量量化、 Z Z 掃描、游程編碼和變長編碼的編碼結(jié)構(gòu)。 上一頁 下一頁 返回首頁 － 1標(biāo)準(zhǔn) MPEG1標(biāo)準(zhǔn)于 1993年 8月公布，用于傳輸其伴音的編碼。該標(biāo)準(zhǔn)包括五個(gè)部分： 第一部分說明了如何根據(jù)第二部分（視頻）以及第三部分（音頻）的規(guī)定，對音頻和視頻進(jìn)行復(fù)合編碼。第四部分說明了檢驗(yàn)解碼器或編碼器的輸出比特流符合前三部分規(guī)定的過程。第五部分是一個(gè)用完整的 C語言實(shí)現(xiàn)的編碼和解碼器。 該標(biāo)準(zhǔn)從頒布的那一刻起， MPEG1取得一連串的成功，如 VCD和 MP3的大量使用，Windows95以后的版本都帶有一個(gè) MPEG1軟件解碼器，可攜式 MPEG1攝像機(jī)等等。 上一頁 下一頁 返回首頁 － 1標(biāo)準(zhǔn) 設(shè)計(jì) MPEG算法面臨的一個(gè)矛盾是：僅靠幀內(nèi)編碼無法達(dá)到在保證畫面質(zhì)量前提下的高壓縮比，而滿足隨機(jī)訪問條件的最好算法是幀內(nèi)編碼。為滿足這兩個(gè)方面的要求， MPEG采取了預(yù)測和插值兩種幀間編碼技術(shù)。壓縮算法的兩個(gè)基本基礎(chǔ)：基于 16乘 16塊的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)充縮減時(shí)間冗余，基于變換域的縮減空間冗余技術(shù)。 上一頁 下一頁 返回首頁 － 1標(biāo)準(zhǔn) MPEG考慮了三種畫面：內(nèi)幀（ I）、預(yù)測幀（ B） 、和內(nèi)插幀（ P）這樣做的原因：一是考慮隨機(jī)訪問視頻存儲(chǔ)的重要性，二是運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償插值可顯著降低位速率。內(nèi)幀經(jīng)過中度壓縮可作為隨機(jī)訪問點(diǎn)：預(yù)測幀以參考幀為基礎(chǔ)進(jìn)行編碼，它又是后面預(yù)測幀參考幀；內(nèi)插幀壓縮比最高，它需要前后兩個(gè)參考幀，但它本身不能作為參考幀使用。在預(yù)測編碼中，運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法可大大提高編碼效率。 上一頁 下一頁 返回首頁 MPEG的圖像組 ?I幀：幀內(nèi)編碼 ， 提供進(jìn)入壓縮圖像數(shù)據(jù)的隨機(jī)存取點(diǎn) ， 是圖像組 （ GOP） 的第一幀 。 ?幀間編碼： P幀和 B幀 P幀 ， 用前面最靠近的 I幀或 P幀進(jìn)行預(yù)測 ， 稱正向預(yù)測 。 B幀 ， 稱為雙向幀或內(nèi)插幀 ， 它既用前面 P幀和 I幀又用它后面的 P幀作為參考幀 ， 進(jìn)行雙向預(yù)測 ， 通過