第 9 章 图像压缩标准(1)Slide 1内容静止图像压缩编码标准JPEG静止图像压缩编码标准JPEG2000一、静止图象压缩编码标准JPEG (ISO /IEC 10918)Slide 3引言JPEG应满足下列需求：可处理各种连续色调的彩色（黑白）图象算法先进，图象质量可达“very good /excellent”压缩比及图象质量可选择（控制）（以CCIR601型测试图像为例，JPEG算法能达到的典型压缩比率为24:1,几乎没有视觉效果上的差异）复杂度适中（软件方面，不到1000行的程序即可实现基本系统；硬件方面，专用芯片能实现JPEG算法）算法是完全对称的Slide 4JPEG标准的划分4种编码模式：lossless encoding modeDCT_based sequential encodingDCT_based progressive encodingDCT_based hierarchical encoding3种技术层次(按算法的复杂性): 基本系统（Baseline System)扩展系统（Extended System,提供二进制算术编码）专用无损失系统（Independent System）。Slide 5JPEG无损编码模式预测编码entropy coding源图象压缩图象表mode效果无失真压缩比为23倍8种预测公式适用于不同类型图象Slide 6预测公式 (JPEG)预测值=A*Xa+B*Xb+C*Xc Mode ABC 0 00 01 10 0 2 01 03 00 14 11-15 10.5-0.56 0.51-0.57 00.5 0基于DCT的顺序编码Slide 8JPEG顺序编码基本流程Slide 9预处理和FDCT将RGB颜色空间转换为YCbCr空间把每个图象分量均划分为若干8*8的子块变换前, 需对象素值进行电平偏移,即0, 2P-1 - 2P-1 , 2P-1 -1变换后, 得到的F(u,v)其动态范围是: - 2P+2 -1 , 2P+2 -1Slide 10颜色转换Y = (77/256)*R+(150/256)*G+(29/256)*BCr = (131/256)*R- (110/256)*G-(21/256)*B+128Cb = -(44/256)*R-(87/256)*G+(131/256)*B+128012 345Y(16x16)U(8x8) V(8x8)Slide 11量化表16 11 10 16 24 40 51 61 17 18 24 47 99 99 99 9912 12 14 19 26 58 60 55 18 21 26 66 99 99 99 9914 13 16 24 40 57 69 56 24 26 56 99 99 99 99 9914 17 22 29 51 87 80 62 47 66 99 99 99 99 99 9918 22 37 56 68 109 103 77 99 99 99 99 99 99 99 9924 35 55 64 81 104 113 92 99 99 99 99 99 99 99 9949 64 78 87 103 121 120 101 99 99 99 99 99 99 99 9972 92 95 98 112 100 103 99 99 99 99 99 99 99 99 99亮度量化表V(u,v) =色度量化表V(u,v) =DCT系数的量化量化处理 (其中, Q(u,v) = Q*V(u,v) , Q越小，CR越低，图像质量越好)Slide 12量化示例1Slide 13逆量化示例1Slide 14量化示例2Slide 15逆量化示例2Slide 16直流系数DCi的处理 FQ(0,0)是子图象块的直流系数,一幅图象的所有直流系数使用DPCM编码, 即: DCi = DCi+1 - DCi 如果直流系数是150， 155， 149， 152， 144，则差分后的结果为 ：150，5，-6，3，-8DCiDCi+1子图象块图象FQ ( 0,0 )Slide 17交流系数AC的处理将FQ(u,v)按“Z”字形排成一个一维数组 ZZ(1.63)：ZZ(1)ZZ(63)Slide 184x4子图像块编码实例original imageDCTDC componentAC componentsQuantizezigzagrun-lengthcodeHuffman code10011011100011.coded bitstream 10 bits (0.55 bits/pixel)Slide 19交(直)流系数的VLI编码对ZZ(1.63)中的“0”进行游程编码,从而产生如下一串符号对：SSSSVLI可表示的数值1234510-1;1-3,-2;2,3-7,.,-4;4,.,7-15,.,-8;8,.,15-31,.,-16;16,.,31-1023,.,-512;512,.,1024NNNN可变长整数(VLI)SSSS符号1符号2游程长度非零值的位数(4位)(4位)(SSSS位)若符号1=F0,则表示连续16个“0”,若符号1=00,则表示子块全部结束.直流系数差分值DCi也用两个符号表示:可变长整数(VLI)SSSS符号1符号2非零值的位数(4位)(SSSS位)非零值的VLI码150，5，-6，3，-8Slide 20符号1的Huffman编码直流系数符号1的Huffman码表亮度分量色度分量SSSS码长代码码长代码020020013010201230112103310031104310141110531105111106411106111110751111071111110861111108111111109711111109111111110108111111101011111111101191111111101111111111110交流系数符号1的Huffman码表（略）Slide 21JPEG压缩编码过程图解DCTZig-zagQuantizeRun-length CodeHuffman Code011010001011101.Slide 22ExamplesUncompressed(262 KB)Compressed (50)(22 KB, 12:1)Compressed (1)(6 KB, 43:1)Errors:Slide 234. DCT_based 累进编码10 9 8 7 6 5 10 1 2 63FDCTQEncropycoder(缓冲器)频谱选择法 连续逼近法DCT系数位序号AC系数n1子图像块Slide 24Examples of Progressive JPEGSlide 25+_JPEG编码JPEG解码插值JPEG解码插值存储1/11/41/161/641/256分辨率由低到高的图象显示原始图象组压缩后的图象(传输信道)原始图象原始图象5. DCT_based 层次编码Slide 265. DCT_based 层次编码目的:高分辨率图像在任意分辨率设备上输出(scalable).算法：1.把原始图象分辨率逐级降低(subsampling)，得到一组分辨率由低到高的图象;2.把分辨率最低的图象进行JPEG压缩编码;3.解码，重建该图象。然后用插值方法提高其分辨率，作为高一级分辨率原始图象的预测图象;4.求出预测图象与相应原始图象的差值图象，对差值图象进行JPEG压缩编码;5.重复3和4，直到达到原始图象最高分辨率为止.Slide 27JPEG文件格式Slide 28JPEG的压缩比与图象质量压缩比(CR)CR=原始图象的数据量/压缩后图象的数据量压缩后图象象素的比特数=原始图象象素的比特数/CR压缩比的控制 (Q因子)量化矩阵 Qu,v = (Q/50)*Vu,vQ越小，CR越低，图象质量越好；Q越大，CR越高，图象质量越差Slide 29JPEG的压缩比与图象质量 图象质量(8bits/pel的彩色图象经JPEG压缩处理后的质量效果) 压缩比(CR) bits/pel 效果 1632倍 0.250.5 中等好，能满足应用要求 1016倍 0.50.75 好很好，能满足多数用要求 510倍 0.81.6 极好，能满足大多数要求 25倍 1.64 几乎无失真Slide 30例例高质量55KB中高质量15KB中等质量8KB中低质量6KB低质量5KB