【正文】 ? 在未來(lái)我們將看到什么樣的電影？他們說，在 CGI的世界里，任何驚險(xiǎn)、恐怖的場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)都將是輕而易舉的。 一部即將問世的新影片將試圖回答這個(gè)問題。 2022年 2月 11日 第三章 圖形、圖像與視頻處理技術(shù) 79 動(dòng)畫歷史 (cont.) ? 電影與計(jì)算機(jī)動(dòng)畫 ?未來(lái) ? 計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的未來(lái)沒有止境。盡管CGI的數(shù)量不算多，影片的大多數(shù)場(chǎng)景仍舊使用傳統(tǒng)的動(dòng)畫技術(shù)，但斯皮爾伯格清楚地意識(shí)到， CGI在創(chuàng)建形態(tài)逼真的動(dòng)物方面要遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝過傳統(tǒng)的拍攝技術(shù)。但當(dāng)他看過由 ILM的斯坦 〃 溫斯頓帶領(lǐng)的一組計(jì)算機(jī)動(dòng)畫人員制作的 CG恐龍片斷后，他改變了主意。 1991動(dòng)畫影片 《 美女與野獸 》 (Beauty and The Beast)(第一部而且是唯一的一部被提名為奧斯卡最佳影片獎(jiǎng)的動(dòng)畫片 )、 《 FernGully》 199 《 埃及王子 》 (Prince of Egypt) 199 《 鋼鐵巨人 》 (The Iron Giant) 1999等。影片的成功要?dú)w功于屏幕上的那些創(chuàng)意新穎的角色。 2022年 2月 11日 第三章 圖形、圖像與視頻處理技術(shù) 76 動(dòng)畫歷史 (cont.) ? 電影與計(jì)算機(jī)動(dòng)畫 ?90年代 ? 20世紀(jì)最后 10年，計(jì)算機(jī)動(dòng)畫在好萊塢掀起一場(chǎng)電影技術(shù)的風(fēng)暴?？溌?(James Cameron)決定試驗(yàn) CGI到底能為影片做些什么。 ? 1988年盧卡斯電影公司 (LucasFilm)在榮 喬布斯（ Steve Jobs）所擁有。這是一次破天荒的 CGI成功的片段，是由喬治 ? 迪斯尼在 1980年發(fā)行了一部叫 《 Tron》 的影片，片中使用了 30分鐘的計(jì)算機(jī)動(dòng)畫，包括一段高科技的摩托車賽的片段。盧卡斯(Gee Lucas)洞悉 CG技術(shù)的未來(lái)，組建了自己的 CG部門，他所網(wǎng)羅的一批專家成立了日后如雷貫耳的 ILM公司 (Industrial Light ＆ Magic)。但由于這些制作員不是電影制片出身，因此早期的動(dòng)畫效果簡(jiǎn)直可以用“慘不忍睹”來(lái)形容。 2022年 2月 11日 第三章 圖形、圖像與視頻處理技術(shù) 71 動(dòng)畫歷史 (cont.) ? 計(jì)算機(jī)動(dòng)畫與電影 ?70年代 ? 在電影中使用計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的構(gòu)想對(duì)許多導(dǎo)演來(lái)說仍舊是一個(gè)夢(mèng)，但當(dāng)時(shí)的電視節(jié)目已經(jīng)開始嘗試用一些簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)動(dòng)畫技術(shù)來(lái)增強(qiáng)節(jié)目的效果了。 ? 利用空氣動(dòng)力，氣流上升驅(qū)動(dòng)葉輪（一些 類似于葉輪的機(jī)制）。 ? 計(jì)算機(jī)動(dòng)畫制作軟件簡(jiǎn)介。廣義上看，數(shù)字圖形圖像的運(yùn)動(dòng)顯示效果都可以稱作為動(dòng)畫。 ?full International Standard于 2022年 12月最終通過，代號(hào)ISO/IEC 15444 Part 1 | ITUT rec. 。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。 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。 ?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。 ?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。 （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。 ?對(duì)于有損壓縮算法，使用均勻量化器進(jìn)行量化。( ) , ( ) 1 ,C u C v u vC u C v???當(dāng)其他。 ? 譯碼或者叫做解壓縮的過程與壓縮編碼過程正好相反。 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(lái)自不同彩色空間的數(shù)據(jù)，如 RGB, YCbCr和 CMYK。 2. ? A. Skodras, C. Christopoulos, and T. Ebrahimi. JEPG2022 Still Image Compression Standard. IEEE Signal Processing Magazine, 2022. JPEG圖像壓縮編碼 ? JPEG圖像壓縮編碼算法概要 ? JPEG圖像壓縮編碼算法的主要步驟 ? 基于 DCT的算法 舉例 ? 基于 DCT的擴(kuò)展編碼 (累進(jìn)、分層編碼 ) 167。 JPEG的每個(gè)標(biāo)記都由 兩個(gè) 字節(jié)組成，前一個(gè)字節(jié)的值固定為 0xFF (JPEG文件的字節(jié)是按正序 ( big endian )排列的 )。 2022年 2月 11日 第三章 圖形、圖像與視頻處理技術(shù) 11 JPEG圖像格式簡(jiǎn)介 (cont.) ? 顏色轉(zhuǎn)換 ?從 YCbCr 轉(zhuǎn)換成 RGB RGB分量可直接從 YCbCr (256級(jí) )分量計(jì)算得到： R = Y + (Cr 128) G = Y (Cb 128) (Cr 128) B = Y + (Cb 128) 在 JFIF文件格式中，圖像樣本的存放順序是從左到右和從上到下。Cb和 E39。Cb和 E39。y Cb = 256 [E39。 ? 目前使用的格式為 JFIF TIFF JPEG等，其中前者的使用比較廣泛，大多數(shù)應(yīng)用程序均加以支持，其他格式比較復(fù)雜。 JPEG圖像格式 (一 ) JPEG圖像格式簡(jiǎn)介 (二 ) JFIF (JPEG File Interchange Format，即 JPEG圖像文件交換格式 ) (三 ) JFIF格式圖像數(shù)據(jù)分析 167。 ?基于預(yù)測(cè)的無(wú)損數(shù)據(jù)壓縮算法。 內(nèi)容提要 內(nèi)容提綱 JPEG標(biāo)準(zhǔn)與 JPEG圖像 JPEG圖像格式 JPEG圖像壓縮編碼算法 JPEG 2022簡(jiǎn)介 參 考 文 獻(xiàn) JPEG與 JPEG圖像 一、 ISO/IEC JPEG (Joint Photographic Experts Group)簡(jiǎn)介 二、關(guān)于 JPEG圖像 A、 參 考 文 獻(xiàn) 167。 JPEG圖像編碼標(biāo)準(zhǔn) 本節(jié)主要介紹 JPEG圖像壓縮編碼算法 (DCT變換算法 )、圖像數(shù)據(jù)文件格式 (JFIF， JPEG File Interchange Format)。 2022年 2月 11日 第三章 圖形、圖像與視頻處理技術(shù) 4 一 . 關(guān)于 JPEG ? JPEG : Joint Photographic Experts Group ? 由 ISO與 IEC于 1986年聯(lián)合成立的一個(gè)專家委員會(huì) (WG1)，其憲章 (charter)是： ? 其中的“ Joint”還有與 ITU聯(lián)合的意思 ? 在過去的十幾年中，該委員會(huì)制定了一系列的靜態(tài)連續(xù)色調(diào)圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn) (如：有損、無(wú)損及接近無(wú)損等編碼標(biāo)準(zhǔn) )，并于 1996年開始制定 JPEG 2022標(biāo)準(zhǔn)。 ? 算法所處理的圖像為靜態(tài)連續(xù)色調(diào) (still continuoustone)的彩色或灰度 (grayscale)圖像。 2022年 2月 11日 第三章 圖形、圖像與視頻處理技術(shù) 8 （一） JPEG圖像格式簡(jiǎn)介 ? JPEG圖像為靜止連續(xù)色調(diào) (still continuoustone)圖像，有廣泛的用途。 2022年 2月 11日 第三章 圖形、圖像與視頻處理技術(shù) 9 JPEG圖像格式簡(jiǎn)介 (cont.) ? JPEG文件使用的顏色空間為 1982年推薦的電視圖像數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn) CCIR 601 (現(xiàn)為 ITURB )。Cb] + 128 Cr = 256 [E39。Cb分別是 CCIR 601定義的參數(shù)。Cb的范圍是 ～ +，因此 Y, Cb和 Cr的最大值必須要到 255。這就是說 JFIF文件中的第一個(gè)圖像樣本是圖像左上角的樣本 。每個(gè)標(biāo)記之前還可以添加數(shù)目不限的 0xFF填充字節(jié) ( fill byte)。 2022年 2月 11日 第三章 圖形、圖像與視頻處理技術(shù) 27 算法概要 ? JPEG專家組開發(fā)了兩種基本的壓縮算法： ?以離散余弦變換 (Discrete Cosine Transform， DCT)為基礎(chǔ)的有損壓縮算法 ?以預(yù)測(cè)技術(shù)為基礎(chǔ)的無(wú)損壓縮算法 ? 算法的特點(diǎn) ① JPEG有損壓縮算法利用了人的視角系統(tǒng)的特性，使用量化和無(wú)損壓縮編碼相結(jié)合來(lái)去掉視角的冗余信息和數(shù)據(jù)本身的冗余信息。 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。 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。 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)。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(lái)確定。 0 1 5 6 14 15 27 28 2 4 7 13 16 26 29 42 3 8 12 17 25