多媒体计算机 技术原理及应用主讲：李 晓辅导课程七1JPEG第二章 学习内容2.1 信息表示与编码 2.2 常用的数据压缩技术 2.3 静态图像压缩标准JPEG 2.4 运动图像压缩标准MPEG 2.5 视听通信编码解码标准H.261 2.6 声音压缩标准 本章小结 2JPEG2.3 学习要求3JPEG2.3 静态图像压缩标准JPEGn本节课学习内容： 2.3.1 JPEG标准的主要内容 2.3.2 JPEG静态图像压缩算法4JPEGnJPEG 是 Joint Photograph Experts Group 的缩写，这是一个在1986年 CCITT和ISO联合成立的一个图像专家组nJPEG标准即多灰度连续色调静态图像压 缩编码，这是一个适用于彩色和单色多 灰度或连续色调静止数字图像的压缩标 准。2.3 JPEG2.3.1 JPEG标准的主要内容5JPEGJPEG压缩算法具有如下特点： （1）参数化解码器，可大范围调节压缩质量比； （2）适应于任何连续色调图像； （3）硬件要求低； （4）有四种工作模式：a.基于DPCM的无失真算法 b.顺序编码c.累进编码 d.分层编码2.3 JPEG2.3.1 JPEG标准的主要内容6JPEGnJPEG标准选定ADCT作为静态图像压缩的 标准化算法。n该算法包含以下两种方式： (1)DCT方式(非可逆编码)，包含基本 系统(必须保证的功能)和扩展系统(扩 充功能)；(2)空间方式(可逆编码)。2.3 JPEG2.3.1 JPEG标准的主要内容7JPEGnJPEG标准有两大分类：n第一类方式以DCT为基础；n第二类方式以二维空间DPCM为基础。2.3 JPEG2.3.1 JPEG标准的主要内容8JPEGn在DCT方式中，又分为基本系统和扩展 系统两类。n基本系统是实现DCT编码与解码所需的最小 功能集，大多数的应用系统只要用此标准， 就能基本上满足要求。n扩展系统是为了满足更为广阔领域的应用要 求而设置的。另一方面，空间方式对于基本 系统相扩展系统来说，被称为独立功能。2.3 JPEG2.3.1 JPEG标准的主要内容9JPEG1.基于DPCM的无失真压缩算法 2.基于DCT的有失真压缩编码 3.基于DCT的累进操作方式编码 4.基于DCT的分层操作方式2.3 JPEG2.3.2 JPEG静态图像压缩算法10JPEG2.3.21.基于DPCM无失真压缩算法n基于DPCM的无失真编码中，为了满足 无失真压缩的需要，JPEG选择一个简单 的预测编码。n优点: 硬件易实现，重建图像质量好n缺点: 压缩比太低，大约为2：111JPEG2.3.21.基于DPCM无失真压缩算法n预测器的工作原理是对X的预测值 ，将X- 进行无失真熵编码。n熵编码器采用Huffman编码或算术编码。12JPEGn基于DCT压缩编码算法包括两种不同的系统 ，即基本系统和增强系统。增强系统是基 本系统的扩充。n基于DCT编码其压缩比：10：1100：1n在压缩比小于40:1的情况下，压缩后还原 得到的图像与原始图像相比较，主观效果 几乎一样，因此得到了广泛的应用。2.3.22.基于DCT的有失真压缩编码13JPEGn基于DCT编码器的工作原理框图表示了图像中 一个单分量信号(Y，U，V)的压缩过程。2.3.22.基于DCT的有失真压缩编码14JPEGn基于DCT的JPEG压缩算法，对中等复杂 程度压缩效果的评价：2.3.22.基于DCT的有失真压缩编码15JPEGn基于DCT编码的关键步骤为：n第一步：分割子块n第二步：对子块进行正向离散余弦变换FDCT；n第三步：对获得的 DCT 系数进行量化处理；n第四步：DC系数差分编码、AC系数行程编码；n第五步：熵编码。2.3.22.基于DCT的有失真压缩编码16JPEGn基于DCT编码的关键步骤第一步n分割子块把原始图像 顺序分割 成 88 子块；2.3.22.基于DCT的有失真压缩编码17JPEGn基于DCT编码的关键步骤第二步2.3.22.基于DCT的有失真压缩编码18JPEGn基于DCT编码的关键步骤第三步2.3.22.基于DCT的有失真压缩编码19JPEG量化后，64个数据中：1个直流系数 DC系数DC63个交流系数 AC系数20JPEGn基于DCT编码的关键步骤第四步2.3.22.基于DCT的有失真压缩编码21JPEGn基于DCT编码的关键步骤第四步2.3.22.基于DCT的有失真压缩编码22JPEGn基于DCT编码的关键步骤第五步n熵编码可分成两步进行，先把DC码和 行程码转换为中间符号序列，然后给这 些符号赋以变长码字。n JPEG建议的熵编码：nHuffman编码n自适应二进制算术编码。2.3.22.基于DCT的有失真压缩编码23JPEG2.3.23.基于DCT的累进操作方式编码 n基于DCT的累进操作方式编码方法基本 与顺序方式一致。n不同的是，累进方式中每个图像分量的 编码要经过多次扫描才完成。第一次扫描只进行一次粗糙图像的扫描压缩， 以相对于总的传输时间快得多的时间传输粗糙图 像，并重建一帧质量较低的可识别图像，在随后 的扫描中再对图像作较细的压缩，这时只传递增 加的信息，可重建一幅质量提高一些的图像。这 样不断累进，直到满意的图像为止。24JPEG2.3.23.基于DCT的累进操作方式编码 n有两种累进方式： （1）频谱选择法。一次扫描中，只对64个 DCT变换系数中某些频带的系数进行编码、 传送，在随后的扫描中，对其他频带编码、 传送，直到全部系数传送完毕为止； （2）按位逼近法。沿DCT量化系数有效位方 向分段累进编码。如第一次扫描只取最高有 效位的”位编码、传送，然后对其余位进行 编码、传送；扫描分段依次为7654位，3位 ，.，0位。25JPEGn在必须使用低分辨率的设备来存取或观察 高分辨率图像的应用中，分层操作方式很 有效。n所谓的分层方式，即将一幅原始图像的空 间分辨率，分成多个分辨率进行“锥形”的 编码方法。n水平(垂直)方向分辨率的下降以2的倍数因 子发生改变。2.3.24. 基于DCT的分层操作方式26JPEG2.3 静态图像压缩标准JPEGn本节课学习内容： 2.3.1 JPEG标准的主要内容 2.3.2 JPEG静态图像压缩算法 1.基于DPCM的无失真压缩算法 2.基于DCT的有失真压缩编码 3.基于DCT的累进操作方式编码 4.基于DCT的分层操作方式27JPEG