圖像壓縮標(biāo)準.

1、第四章像壓縮第四節(jié)壓縮標(biāo)準數(shù)字圖像處理北京大學(xué)計算機研究所陳曉鷗第四章第四節(jié)壓縮標(biāo)準像壓縮第四節(jié)壓縮標(biāo)準4. 4. 1壓縮標(biāo)準簡介4. 4.2連續(xù)調(diào)圖像壓縮標(biāo)準4. 4.3二值圖像壓縮標(biāo)準4. 4.2壓縮標(biāo)準：連續(xù)調(diào)圖像壓縮4. 4.2壓縮標(biāo)準：連續(xù)調(diào)圖像壓縮第四章4. 4. 1壓縮標(biāo)準簡介4. 4.2壓縮標(biāo)準：連續(xù)調(diào)圖像壓縮像壓縮第四節(jié)壓縮標(biāo)準第四章4. 4.2壓縮標(biāo)準：連續(xù)調(diào)圖像壓縮圖像標(biāo)準的制定：是在ISO（國際標(biāo)準化組織）和CCITT （國際電報 電話咨詢委員會）聯(lián)合組織下進行制定的標(biāo)準的類型（三類）:-二值圖像壓縮標(biāo)準：（1）面向傳真而設(shè)計連續(xù)調(diào)圖像壓縮標(biāo)準：靜止幀黑白、彩色壓縮：（

2、2）面向靜止的單幅圖像連續(xù)幀黑白、彩色壓縮：（3）面向連續(xù)的視頻影像4. 4.2壓縮標(biāo)準：連續(xù)調(diào)圖像壓縮像壓縮第四節(jié)壓縮標(biāo)準連續(xù)調(diào)圖像壓縮標(biāo)準-靜止幀黑白、彩色壓縮（JPEG）-連續(xù)幀單色、彩色壓縮（MPEG）4. 4.2壓縮標(biāo)準：連續(xù)調(diào)圖像壓縮第四章圖像壓縮第四節(jié)壓縮標(biāo)準-靜止幀黑白、彩色壓縮(JPEG) JPEG標(biāo)準簡述 JPEG壓縮流程JPEG壓縮算法的實現(xiàn)-顏色變換零偏置轉(zhuǎn)換-頻域變換系數(shù)量化-符號編碼 JPEG壓縮舉例第四章圖像壓縮第四節(jié)壓縮標(biāo)準4. 4.2壓縮標(biāo)準：連續(xù)調(diào)圖像壓縮- JPEG標(biāo)準簡述有三種壓縮系統(tǒng)：(1) 基線編碼系統(tǒng):而向大多數(shù)有損壓縮的應(yīng)丿IJ,采用DCT變換壓

3、縮。(2) 擴展編碼系統(tǒng):而向遞進式應(yīng)丿IJ,從低分辨率到高分辨率逐步遞進傳遞的應(yīng)用(3) 獨立編碼系統(tǒng):而向無損壓縮的應(yīng)丿IJ,采川無損預(yù)測壓縮，符號編碼采用哈夫曼或算術(shù)編碼 一個產(chǎn)品或系統(tǒng)必須包括對呈線系統(tǒng)的支持。4. 4.2壓縮標(biāo)準：連續(xù)調(diào)圖像壓縮4.4.2壓縮標(biāo)準：連續(xù)調(diào)圖像壓縮壓縮勻日輸入圖像NxN 第 四f-JPEG壓縮流程壓縮圖像壓縮的圖像解壓圖像符號 解碼器DCT 逆向變換-顏色空間 轉(zhuǎn)換零偏置 轉(zhuǎn)換合成8x8 的子圖第四章!14.4.2壓縮標(biāo)準：連續(xù)調(diào)圖像壓縮像壓縮第四節(jié)壓縮標(biāo)準構(gòu)造子圖像 子圖像尺寸：8x8顏色空間轉(zhuǎn)換人眼對亮度更敏感，提取亮度特征，將RGB轉(zhuǎn)換為YCbQ

4、模型，編碼時對亮度采用特殊編碼：f Y =0. 299R + 0. 5870G + 0. U40B彳 Cb = -0. 1787R - 0. 3313G +0.5000B +128lcr = 0. 5000R - 0. 4187G - 0. 0813B + 128顏色解碼：r R = Y + 1. 40200(Cr - 128)- G = Y - 0. 34414(Cb - 128) - 0. 71414(Cr - 128)I B = Y + 1.77200 (Cb -128)4. 4.2壓縮標(biāo)準：連續(xù)調(diào)圖像壓縮第四章4. 4.2壓縮標(biāo)準：連續(xù)調(diào)圖像壓縮像壓縮第四節(jié)壓縮標(biāo)準零偏置轉(zhuǎn)換-對于灰度

5、級是2*的像素，通過減去2葉1,替 換像素本身-對于n=8,即將0255的值域，通過減去128, 轉(zhuǎn)換為值域在-128127之間的值-目的：使像素的絕對值出現(xiàn)3位10進制的概 率大大減少4. 4.2壓縮標(biāo)準：連續(xù)調(diào)圖像壓縮4. 4.2壓縮標(biāo)準：連續(xù)調(diào)圖像壓縮第四章4. 4.2壓縮標(biāo)準：連續(xù)調(diào)圖像壓縮像壓縮第四節(jié)壓縮標(biāo)準52556166706164736359669010985697262596811314410466736358711221541067069676168104126886870796560707768587585716459556165838779696865767894用8x

6、8的JEPG基線標(biāo)準，壓縮并重構(gòu)下列子圖4. 4.2壓縮標(biāo)準：連續(xù)調(diào)圖像壓縮第四章圖像壓縮第四節(jié)壓縮標(biāo)準第四章圖像壓縮第四節(jié)壓縮標(biāo)準o偏置轉(zhuǎn)換后-76-73-67-62-58-67-64-55-65-69-62-38-19-43-59-56- 66-69-60-1516_24-62-55-65-70-57-626-22-58-59-61-67-60-24-2-40-60-58-49-63-68-58-51-65-70-53-43-57-64-69-73-67-63-45-41-49-59-60-63-52-50-344. 4.2壓縮標(biāo)準：連續(xù)調(diào)圖像壓縮頻域變換-頻域變換產(chǎn)生64個系數(shù)，第一個系

7、數(shù)稱為 育流系數(shù)（DC系數(shù)），其余的63個系數(shù)稱 為交流系數(shù)（AC系數(shù)）。4. 4.2壓縮標(biāo)準：連續(xù)調(diào)圖像壓縮正向DCT變換（N=8）后變成-415-29-622555-20-137-21-62911-7-66-46877-25-30107-5-501335-15-960311-8-13-2-11-41-1013-3-102-1-4-12-12-31-2-1-1-1-2-1-10-1第四章圖像壓縮第四節(jié)壓縮標(biāo)準4. 4.2壓縮標(biāo)準：連續(xù)調(diào)圖像壓縮4. 4.2壓縮標(biāo)準：連續(xù)調(diào)圖像壓縮4. 4.2壓縮標(biāo)準：連續(xù)調(diào)圖像壓縮第四章圖像壓縮第四節(jié)壓縮標(biāo)準系數(shù)量化-采用閾值作為子圖系數(shù)位置函數(shù)的量化方式所

8、有子圖使用同一個全局閾值模板，但閾值的取值，與系數(shù)的位置相關(guān)，閾值模板給 出了，不同位置上系數(shù)的相應(yīng)閾值。-對于亮度和顏色使用不同的量化閾值模板， 并取整第四章像壓縮第四節(jié)壓縮標(biāo)準系數(shù)量化1) 正向量化：Squv = round (Suv / Quv)其中：Sg是DCT系數(shù)，Quv量化模板系數(shù)2) 逆向量化：Ruv = Sqv QUv例：Sq (0, 0) = round -415/16=round-25. 9=-26Ruv (0, 0) = -26 * 16 二-4164. 4.2壓縮標(biāo)準：連續(xù)調(diào)圖像壓縮4. 4.2壓縮標(biāo)準：連續(xù)調(diào)圖像壓縮第四章4.4.2壓縮標(biāo)準：連續(xù)調(diào)圖像壓縮像壓縮第四節(jié)

9、壓縮標(biāo)準1611101624405161121214192658605514131624405769561417222951878062182237566810910377243555648110411392496478871031211201017292959811210010399亮度的量化模板系數(shù)4. 4.2壓縮標(biāo)準：連續(xù)調(diào)圖像壓縮顏色的量化模板系數(shù)1718244799999999182126669999999924265699999999994766999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999

10、99999994. 4.2壓縮標(biāo)準：連續(xù)調(diào)圖像壓縮量化變換后的數(shù)組，比例化并消去系數(shù)-26-3-6 220001-2-400000-315-1-1000-412 -10000100 00000000 00000000 00000000 00000第四章像壓縮第四節(jié)壓縮標(biāo)準第四章像壓縮第四節(jié)壓縮標(biāo)準4. 4.2壓縮標(biāo)準：連續(xù)調(diào)圖像壓縮第四章圖像壓縮第四節(jié)壓縮標(biāo)準第四章圖像壓縮第四節(jié)壓縮標(biāo)準4. 4.2壓縮標(biāo)準：連續(xù)調(diào)圖像壓縮符號編碼-將量化后的系數(shù)，按Z字形重新排序成矢量, 全零結(jié)尾用特殊符號EOB-26 -31-3-2-62-41-41150200-1 2 0 0 0 0 0 -1 -1 EO

11、B-DC和AC用不同的方式分別編碼-DC的編碼方式（預(yù)測+統(tǒng)計）:編碼由兩部分組成：區(qū)間號編碼（SSSS） +系數(shù)預(yù)測誤差本身編碼（WVV）-DC的編碼方式（預(yù)測+統(tǒng)計）第一步：求DPCM （差分脈沖調(diào)制碼），用當(dāng)前 的DC,減去前一個子圖的DCWVV :DIFF = DC - PREDC第二步：根據(jù)DIFF求出區(qū)間號：SSSS-通過DIFF查區(qū)間編號表得出區(qū)間號SSSS-根據(jù)SSSS查哈夫曼編碼表得出SSSS的哈夫曼編 碼。第三步：對VVVV編碼，正數(shù)是自己，負數(shù)用 補碼（求反）。第四章像壓縮第四節(jié)壓縮標(biāo)準-DC的編碼方式（預(yù)測+統(tǒng)計） 例子：DC = -26PREDC = -17DIFF

12、= -26 - （-17） = -9 用-9查區(qū)間表得：SSSSPrcDC -17DC 26=4用4查哈夫曼編碼表得：哈夫曼編碼：101VVVV = -9二進制編碼為：1001求反：1001 = 0110最后的編碼為：101+0110= 1010110解碼時如果VVVV部分首位為0為負數(shù)4. 4.2壓縮標(biāo)準：連續(xù)調(diào)圖像壓縮4. 4.2壓縮標(biāo)準：連續(xù)調(diào)圖像壓縮第四章4. 4.2壓縮標(biāo)準：連續(xù)調(diào)圖像壓縮像壓縮第四節(jié)壓縮標(biāo)準- DC的編碼方式（預(yù)測+統(tǒng)計）范圍DC差區(qū)間AC區(qū)間00N/A-1, 1113, -2, 2, 3227,廠4 4,733& ,1544-35566區(qū)間表4. 4.2壓縮標(biāo)準：

13、連續(xù)調(diào)圖像壓縮第四章圖像壓縮第四節(jié)壓縮標(biāo)準第四章圖像壓縮第四節(jié)壓縮標(biāo)準間度 IX-.K編碼長度區(qū)間編碼0010361110101()11471111()12210058111110143005911111101641017A111111101851108B111111110?04.4.2壓縮標(biāo)準：連續(xù)調(diào)圖像壓縮-DC的編碼方式(預(yù)測+統(tǒng)計) 區(qū)間DC哈夫曼編碼表符號編碼-AC的編碼方式編碼由兩部分組成： 區(qū)間號編碼(RRRR/SSSS) +系數(shù)木身(VVVV) 第一部分：SSSS：區(qū)間號RRRR：該系數(shù)前值為0的系數(shù)的個數(shù)。 第二部分：VVVV：系數(shù)本身編碼4. 4.2壓縮標(biāo)準：連續(xù)調(diào)圖像壓縮

14、第四章像壓縮第四節(jié)壓縮標(biāo)準-AC的編碼方式區(qū)間AC哈夫曼編碼表0/01010(=EOB)40/6111000 120/10030/71111000140/20140/81111110110 180/310060/911111111100000100/4101180/A11111111100000110/511010101/111005行程/區(qū)間 編碼長度 行程/區(qū)間 編碼長度第四章4. 4.2壓縮標(biāo)準：連續(xù)調(diào)圖像壓縮4. 4.2壓縮標(biāo)準：連續(xù)調(diào)圖像壓縮像壓縮第四節(jié)壓縮標(biāo)準-AC的編碼方式舉例：0 -7RRRR = 1查表得區(qū)間號：SSSS = 3RRRR/SSSS = 1/3 查表得：1111

15、001VVVV = -7111 求反得：000最后編碼：11110010004. 4.2壓縮標(biāo)準：連續(xù)調(diào)圖像壓縮第四章圖像壓縮第四節(jié)壓縮標(biāo)準符號編碼完成后的編碼數(shù)組（重排的）是：1010110 0100 001 0100 0101 100001 0110100011 001 100011 001 001 10010111100110 110110 0110 11110100 000 1010-其中空格是為了可閱讀性而插入的-完成編碼的重排數(shù)組的總位數(shù)是92,不壓縮需要 8x8x8=512位。結(jié)果的壓縮率是512/92,或5.6:1。第四章圖像壓縮第四節(jié)壓縮標(biāo)準4.4.2壓縮標(biāo)準：連續(xù)調(diào)圖像壓縮

16、-連續(xù)幀單色、彩色壓縮連續(xù)幀圖像的定義連續(xù)幀圖像壓縮的基本思想幀間運動補償預(yù)測編碼技術(shù)H. 261標(biāo)準 MPEG1/2/4/7 標(biāo)準4. 4.2壓縮標(biāo)準：連續(xù)調(diào)圖像壓縮第四章圖像壓縮第四節(jié)壓縮標(biāo)準第四章圖像壓縮第四節(jié)壓縮標(biāo)準4.4.2壓縮標(biāo)準：連續(xù)調(diào)圖像壓縮連續(xù)幀圖像的定義-由多幅尺寸相冋的靜止圖像組成的圖像 序列，被稱為連續(xù)幀圖像。-與靜止幀圖像相比，連續(xù)幀圖像多了一 個時間軸，成為三維信號，因此連續(xù)幀圖 像也被稱為三維圖像。連續(xù)幀圖像壓縮的基本思想-基于如下基本假設(shè)：在各連續(xù)幀Z間存在簡單的相關(guān)性平移運動。 一個特定畫面上的像素量值：1）可以根據(jù)風(fēng)幀附近像索來加以預(yù)測，被稱為： 幀內(nèi)編碼技

17、術(shù)2）町以根據(jù)附近幀中的像素來加以預(yù)測,被稱為: 勉編碼技術(shù)4. 4.2壓縮標(biāo)準：連續(xù)調(diào)圖像壓縮第四章像壓縮第四節(jié)壓縮標(biāo)準第四章4.4.2壓縮標(biāo)準：連續(xù)調(diào)圖像壓縮像壓縮第四節(jié)壓縮標(biāo)準幀間運動補償預(yù)測編碼技術(shù)-幀間預(yù)測編碼運動補償預(yù)測幀間誤差圖像輸入圖像塊 fn幀間 預(yù)測器壓縮圖像塊葉n運動補償預(yù)測圖像連續(xù)幀圖像壓縮的基本思想-通過減少幀間圖像數(shù)據(jù)冗余,來達到減少數(shù)據(jù)量、壓縮 連續(xù)幀圖像體積的目的。-將連續(xù)幀圖像序列，分為參考幀和預(yù)測幀,參考幀川靜 止圖像壓縮方法進行壓縮，預(yù)測幀對幀差圖像進行壓縮。 由于幀差圖像的數(shù)據(jù)暈大大小于參考幀的數(shù)據(jù)暈,從而 可以達到很高的壓縮比。第四章圖像壓縮第四節(jié)壓縮

18、標(biāo)準4. 4.2壓縮標(biāo)準：連續(xù)調(diào)圖像壓縮幀間運動補償預(yù)測編碼技術(shù)-幀間預(yù)測編碼向前預(yù)測前一幀 當(dāng)前幀雙向預(yù)測前一幀 當(dāng)前幀 下一幀第四章圖像壓縮第四節(jié)壓縮標(biāo)準4. 4.2壓縮標(biāo)準：連續(xù)調(diào)圖像壓縮幀間運動補償預(yù)測編碼技術(shù)-幀間預(yù)測編碼 I幀-不進行預(yù)測、進行幀內(nèi)編碼的編碼幀（參考幀）P幀-通過向前預(yù)測得到的誤差編碼幀B幀-通過雙向預(yù)測得到的誤差編碼幀-因圖像序列存放在存儲器中，可以使用下一幀4. 4.2壓縮標(biāo)準：連續(xù)調(diào)圖像壓縮第四章像壓縮第四節(jié)壓縮標(biāo)準第四章4.4.2壓縮標(biāo)準：連續(xù)調(diào)圖像壓縮幀間運動補償預(yù)測編碼技術(shù)-編碼中的運動補償運動補償概念是以對幀間運動的估算為基礎(chǔ)的， 若物體均在空間上有一

19、位移，那么用有限的運動 參數(shù)來對幀間的運動加以描述，如對于像素的平 移運動，可用運動矢量來描述。一個來自前一編碼幀的運動補償預(yù)測像素，就能 給出一個當(dāng)前像素的最佳預(yù)測。預(yù)測誤差和運動 矢量一同參與編碼。4. 4.2壓縮標(biāo)準：連續(xù)調(diào)圖像壓縮像壓縮第四節(jié)壓縮標(biāo)準幀間運動補償預(yù)測編碼技術(shù)-編碼中的運動補償由于一些運動矢量之間的空間相關(guān)性通常較高， 因此，一個像素的運動矢量，可以代表一個相 鄰像素塊的運動。實現(xiàn)中，畫而一般劃分成一些不連接的像素塊 （在MPEG1和MPEG2標(biāo)準中一個像素塊為16X16像 素），對丁每個這樣的像素塊，只估算個運 動矢応。4. 4.2壓縮標(biāo)準：連續(xù)調(diào)圖像壓縮第四章圖像壓縮

20、第四節(jié)壓縮標(biāo)準幀間運動補償預(yù)測編碼技術(shù)-編碼中的運動補償舉例：常用的基于塊的運動估算和補償塊匹配法第四章圖像壓縮第四節(jié)壓縮標(biāo)準4.4.2壓縮標(biāo)準：連續(xù)調(diào)圖像壓縮-H. 261263標(biāo)準 H. 261263標(biāo)準是由CCITT制定的-ccitt國際電話與電報咨詢委員會，它現(xiàn)在被稱 為itu-1 （國際標(biāo)準化組織電訊標(biāo)準化分部）， 是世界上主要的制定和推廣電訊設(shè)備和系統(tǒng)標(biāo)準 的國際組織.它位于瑞士的geneva.4. 4.2壓縮標(biāo)準：連續(xù)調(diào)圖像壓縮第四章4. 4.2壓縮標(biāo)準：連續(xù)調(diào)圖像壓縮像壓縮第四節(jié)壓縮標(biāo)準第四章4. 4.2壓縮標(biāo)準：連續(xù)調(diào)圖像壓縮-H. 261標(biāo)準應(yīng)用范圍：ISDN的視頻會議主要

21、編碼技術(shù)：- DCT變換-向前運動補償預(yù)測-Zig-zag排序-霍夫曼編碼IPPPPPPIPPP4. 4.2壓縮標(biāo)準：連續(xù)調(diào)圖像壓縮像壓縮第四節(jié)壓縮標(biāo)準-H. 263標(biāo)準應(yīng)用范圍：可視電話主要編碼技術(shù)：- DCT變換-雙向運動補償預(yù)測-Zig-zag排序-霍夫曼編碼IBBPBBPBBTBBP 4. 4.2壓縮標(biāo)準：連續(xù)調(diào)圖像壓縮第四章圖像壓縮第四節(jié)壓縮標(biāo)準-MPEG1/2/4/7 標(biāo)準 MPEG1/2/4/7 標(biāo)準由 ISO/IEC 制定的ISO是國際標(biāo)準化組織IEC是國際電工委員會，是非政府性國際 組織，是世界上成立最早的專門國際標(biāo)準 化機構(gòu)。正式成立于1906年。第四章圖像壓縮第四節(jié)壓縮標(biāo)

22、準4. 4.2壓縮標(biāo)準：連續(xù)調(diào)圖像壓縮- MPEG 1標(biāo)準應(yīng)用范圍：視頻CD_ROM存儲、視頻消費 主要編碼技術(shù)：-DCT變換-前向、雙向運動補償預(yù)測- Zig-zag排序-霍夫曼編碼、算術(shù)編碼-每15幀至少要有一個I幀IBBPBBPBBIBBP 4. 4.2壓縮標(biāo)準：連續(xù)調(diào)圖像壓縮第四章圖像壓縮第四節(jié)壓縮標(biāo)準第四章圖像壓縮第四節(jié)壓縮標(biāo)準-MPEG2標(biāo)準應(yīng)用范圍：數(shù)字電視、高質(zhì)量視頻、有線 電視、視頻編輯、視頻存儲主要編碼技術(shù)：-DCT變換-前向、雙向運動補償預(yù)測-Zig_zag排序-霍夫曼編碼、算術(shù)編碼-每15幀至少要有一個I幀IBBPBBPBBIBBP 4. 4.2壓縮標(biāo)準：連續(xù)調(diào)圖像壓縮

23、-MPEG4標(biāo)準應(yīng)用范圍：互聯(lián)網(wǎng)、交互視頻、移動通信主要編碼技術(shù)：-DCT變換、小波變換-前向、雙向運動補償預(yù)測-Zig-zag排序臉部動畫、背影編碼-霍夫曼編碼、算術(shù)編碼-每15幀至少耍有一個I幀IBBPBBPBBIBBP 4. 4.2壓縮標(biāo)準：連續(xù)調(diào)圖像壓縮第四章像壓縮第四節(jié)壓縮標(biāo)準-MPEG7標(biāo)準下節(jié)課介紹第四章4.4.3壓縮標(biāo)準：二值圖像壓縮像壓縮第四節(jié)壓縮標(biāo)準二值圖像壓縮標(biāo)準-基本思想-一維壓縮-二維壓縮- CCITT Group3CCITT Group44. 4.3壓縮標(biāo)準：二值圖像壓縮第四章4. 4.3壓縮標(biāo)準：二值圖像壓縮像壓縮第四節(jié)壓縮標(biāo)準第四章4. 4.3壓縮標(biāo)準：二值圖像壓縮-基本思想：-采用行程