數(shù)字圖像處理第7章圖像壓縮

1、Digital Image Processing, 3rd ed.哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）Gonzalez & Woods第七章第七章 圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)簡介圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)簡介7.6.1 二值圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)二值圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)7.6.2 靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)7.6.3 運(yùn)動(dòng)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)Digital Image Processing, 3rd ed.哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）Gonzalez & Woods 制定圖像標(biāo)準(zhǔn)的國際組織： ISO（international standardization organization 國際標(biāo)準(zhǔn)化組織） ITU（international tel

2、ecommunication union 國際電信聯(lián)盟）,其前身為CCITT（國際電報(bào)電話咨詢委員會(huì)） 聯(lián)合組織下進(jìn)行制定的 標(biāo)準(zhǔn)的類型（三類）： (1) 二值圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)：面向傳真而設(shè)計(jì) 連續(xù)調(diào)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)： (2) 靜止幀黑白、彩色壓縮：面向靜止的單幅圖像 (3) 連續(xù)幀黑白、彩色壓縮：面向連續(xù)的視頻影像Digital Image Processing, 3rd ed.哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）Gonzalez & Woods7.6.1 二值圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)二值圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)1. 基本思想基本思想2. 一維壓縮一維壓縮3. 二維壓縮二維壓縮4. CCITT Group35. CCITT Group4

3、6.JBIGDigital Image Processing, 3rd ed.哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）Gonzalez & Woods1. 基本思想：基本思想：采用行程編碼與靜態(tài)的哈夫曼編碼相結(jié)合采用行程編碼與靜態(tài)的哈夫曼編碼相結(jié)合由于是二值圖像，不用為灰度值編碼。由于是二值圖像，不用為灰度值編碼。只給行程長度編碼，且黑和白的長度分別使用只給行程長度編碼，且黑和白的長度分別使用不同的編碼。不同的編碼。按行壓縮按行壓縮CCITT Group3采用一維編碼與二維編碼結(jié)合采用一維編碼與二維編碼結(jié)合CCITT Group4采用二維編碼采用二維編碼7.6.1 二值圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)二值圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)Digital

4、 Image Processing, 3rd ed.哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）Gonzalez & Woods2. 一維壓縮的基本思想：一維壓縮的基本思想：1）每一行行首、尾編碼）每一行行首、尾編碼行首：用一個(gè)白行程碼開始。如果行首是黑行首：用一個(gè)白行程碼開始。如果行首是黑像素，則像素，則 用零長度的白用零長度的白00110101開始開始。行尾：用行尾編碼字行尾：用行尾編碼字(EOL) 結(jié)束。結(jié)束。2）圖像首、尾編碼）圖像首、尾編碼圖像首行：用一個(gè)圖像首行：用一個(gè)EOL開始。開始。圖像結(jié)尾：用連續(xù)圖像結(jié)尾：用連續(xù)6個(gè)個(gè)EOL結(jié)束。結(jié)束。3）圖像內(nèi)部編碼）圖像內(nèi)部編碼內(nèi)部編碼：長度小于內(nèi)部編碼：長度

5、小于63的用哈夫曼編碼，大的用哈夫曼編碼，大于于63的用組合編碼：大于的用組合編碼：大于63的長度編碼的長度編碼 + 小于小于63的余長度編碼的余長度編碼7.6.1 二值圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)二值圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)Digital Image Processing, 3rd ed.哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）Gonzalez & Woods長度小于長度小于63的哈夫曼編碼的哈夫曼編碼行程長度 白編碼黑編碼000110101 100011101020111113100010410110115110000116100110010 6200110011 6300110100 Digital Image Processing

6、, 3rd ed.哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）Gonzalez & Woods長度大于長度大于63的組合編碼的組合編碼行程長度 白編碼黑編碼6411011 12810010 1920101110000110010012560110111 32000110110 38400110111 16000100110100 1664011000000000110010017280100110110000001100101Digital Image Processing, 3rd ed.哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）Gonzalez & Woods3. 二維壓縮二維壓縮 1) 基本思想：基本思想：利用上一行相同改變?cè)?/p>

7、的位置，來為當(dāng)前行編利用上一行相同改變?cè)氐奈恢?，來為?dāng)前行編碼碼假設(shè)相臨兩行改變?cè)匚恢孟嗨频那闆r很多假設(shè)相臨兩行改變?cè)匚恢孟嗨频那闆r很多且上一行改變?cè)鼐喈?dāng)前行改變?cè)氐木嚯x，小且上一行改變?cè)鼐喈?dāng)前行改變?cè)氐木嚯x，小于行程的長度，從而可以降低編碼長度于行程的長度，從而可以降低編碼長度a0b1b2a1a2參考行參考行當(dāng)前行當(dāng)前行Digital Image Processing, 3rd ed.哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）Gonzalez & Woods2) 定義幾個(gè)重要符號(hào)：參 考 行：當(dāng)前處理行的前一行。改變?cè)兀号c前一個(gè)像素值不同的像素參考元素：一共有5個(gè)（當(dāng)前行3個(gè)，參考行2個(gè)）：a0

8、：當(dāng)前處理行上，與前一個(gè)像素值不同的像素。 行首元素是本行的第一個(gè)a0a1：a0右邊下一個(gè)改變?cè)亍2：a1右邊下一個(gè)改變?cè)?。b1：參考行上在a0右邊，且與a0值相反的改變?cè)豣2： b1右邊下一個(gè)改變?cè)亍0b1b2a1a2參考行當(dāng)前行Digital Image Processing, 3rd ed.哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）Gonzalez & Woods3) 編碼方法：對(duì)三種情況的三種編碼方式：（1）通過編碼方式：條件：b2在a1的左邊，排除參考行兩個(gè)改變?cè)囟荚?a1左邊的情況編碼：0001，動(dòng)作：把a(bǔ)0移到b2的下面b1b2a1a2a0新a0Digital Image Proces

9、sing, 3rd ed.哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）Gonzalez & Woods（2）水平編碼方式：條件：a1到b1之間的距離大于3，放棄利用上一行編碼編碼：001+M(a0a1)+M(a1a2) ， M：一維行程編碼動(dòng)作：把a(bǔ)0移到a2。a0b1b2a1a2a1 b1Digital Image Processing, 3rd ed.哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）Gonzalez & Woods（3）垂直編碼方式：條件：a1到b1之間的距離小于等于3，利用上一行編碼。編碼：見CCITT二維編碼表（下頁）動(dòng)作：把a(bǔ)0移到a1a0b1b2a1a2a1b1Digital Image Processing,

10、3rd ed.哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）Gonzalez & Woods4) CCITT二維編碼表a1與b1的距離編碼： a1在b1下面： 1 a1在b1右邊1個(gè)001 a1在b1右邊2個(gè)000011 a1在b1右邊3個(gè)0000011 a1在b1左邊1個(gè)010 a1在b1左邊2個(gè)000010 a1在b1左邊3個(gè)0000010Digital Image Processing, 3rd ed.哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）Gonzalez & Woods開始新行開始新行水平方式編碼水平方式編碼a0置于置于a2a0置于置于b2下下a0置于首像素前置于首像素前檢測檢測a1 、 b1、b2b2在在a1左邊左邊a0置

11、于置于a1|b2a1| 3否否垂直方式編碼垂直方式編碼是是否否通過方式編碼通過方式編碼是是檢測檢測a2否否結(jié)束編碼行結(jié)束編碼行是是行尾行尾Digital Image Processing, 3rd ed.哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）Gonzalez & Woods4. CCITTGroup3基本思想：基本思想： Group3標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用了一種非適應(yīng)的，一維和二維混合標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用了一種非適應(yīng)的，一維和二維混合的行程編碼技術(shù)；的行程編碼技術(shù)； 在該編碼中，每一個(gè)在該編碼中，每一個(gè)K行組的最后行組的最后K-1行（行（K = 2或或4），有選擇地用二維編碼方式。），有選擇地用二維編碼方式。 對(duì)八幅圖像測試，壓縮比對(duì)

12、八幅圖像測試，壓縮比15：15. CCITTGroup4基本思想：基本思想： Group4標(biāo)準(zhǔn)是標(biāo)準(zhǔn)是Group3標(biāo)準(zhǔn)簡化或改進(jìn)版本；標(biāo)準(zhǔn)簡化或改進(jìn)版本； 只用二維壓縮編碼。且為非適應(yīng)二維編碼方法；只用二維壓縮編碼。且為非適應(yīng)二維編碼方法； 每一個(gè)新圖像的第一行的參考行是一個(gè)虛擬的白每一個(gè)新圖像的第一行的參考行是一個(gè)虛擬的白行。行。G4壓縮比比壓縮比比G3高一倍高一倍Digital Image Processing, 3rd ed.哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）Gonzalez & Woods 二值圖象壓縮國際標(biāo)準(zhǔn)二值圖象壓縮國際標(biāo)準(zhǔn)6. JBIG二值圖聯(lián)合組（二值圖聯(lián)合組（joint bilevel

13、 imaging group，JBIG）于）于1991年制定年制定 采用了自適應(yīng)技術(shù)，提高了壓縮比采用了自適應(yīng)技術(shù)，提高了壓縮比打印字符的掃描圖象：可提高打印字符的掃描圖象：可提高1.1 1.5倍倍計(jì)算機(jī)生成的打印字符圖象：可提高約計(jì)算機(jī)生成的打印字符圖象：可提高約5倍倍用抖動(dòng)或半調(diào)表示的用抖動(dòng)或半調(diào)表示的“灰度灰度”圖象：可提高圖象：可提高2 30倍倍可用于漸進(jìn)（累進(jìn)）的傳輸與重建應(yīng)用可用于漸進(jìn)（累進(jìn)）的傳輸與重建應(yīng)用 Digital Image Processing, 3rd ed.哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）Gonzalez & Woods7.6.2 靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn) 1. J

14、PEG標(biāo)準(zhǔn)簡述標(biāo)準(zhǔn)簡述 2. JPEG壓縮流程壓縮流程 3. JPEG壓縮算法的實(shí)現(xiàn)壓縮算法的實(shí)現(xiàn) 顏色變換顏色變換 零偏置轉(zhuǎn)換零偏置轉(zhuǎn)換 頻域變換頻域變換 系數(shù)量化系數(shù)量化 符號(hào)編碼符號(hào)編碼 4. JPEG壓縮舉例壓縮舉例Digital Image Processing, 3rd ed.哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）Gonzalez & Woods 1. JPEG標(biāo)準(zhǔn)簡述標(biāo)準(zhǔn)簡述 有三種壓縮系統(tǒng)：有三種壓縮系統(tǒng)： （1）基線編碼系統(tǒng)：面向大多數(shù)有損）基線編碼系統(tǒng)：面向大多數(shù)有損壓縮的應(yīng)用，壓縮的應(yīng)用， 采用采用DCT變換壓縮變換壓縮。 （2）擴(kuò)展編碼系統(tǒng)：面向遞進(jìn)式應(yīng)用）擴(kuò)展編碼系統(tǒng)：面向遞進(jìn)式應(yīng)用

15、，從低分辨，從低分辨 率到高分辨率率到高分辨率逐步遞進(jìn)傳遞的應(yīng)用逐步遞進(jìn)傳遞的應(yīng)用 （3）獨(dú)立編碼系統(tǒng)：面向無損壓縮的）獨(dú)立編碼系統(tǒng)：面向無損壓縮的應(yīng)用，采用無損應(yīng)用，采用無損 預(yù)測壓縮，符預(yù)測壓縮，符號(hào)編碼采用霍夫曼或算術(shù)編碼號(hào)編碼采用霍夫曼或算術(shù)編碼 一個(gè)產(chǎn)品或系統(tǒng)必須包括對(duì)基線系統(tǒng)的一個(gè)產(chǎn)品或系統(tǒng)必須包括對(duì)基線系統(tǒng)的支持支持Digital Image Processing, 3rd ed.哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）Gonzalez & Woods靜止圖象壓縮國際標(biāo)準(zhǔn)靜止圖象壓縮國際標(biāo)準(zhǔn)1. JPEG 基本系統(tǒng)：交流分量（AC）用變長碼編碼直流分量（DC）系數(shù)用相對(duì)差值進(jìn)行編碼 Digital

16、 Image Processing, 3rd ed.哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）Gonzalez & Woods2. JPEG壓縮流程壓縮流程Digital Image Processing, 3rd ed.哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）Gonzalez & Woods 1) 構(gòu)造子圖像構(gòu)造子圖像 子圖像尺寸：子圖像尺寸：8 x 8 2)顏色空間轉(zhuǎn)換顏色空間轉(zhuǎn)換 人眼對(duì)亮度更敏感，提取亮度特征，將人眼對(duì)亮度更敏感，提取亮度特征，將RGB轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為換為YCbCr模型，編碼時(shí)對(duì)亮度采用特殊編碼：模型，編碼時(shí)對(duì)亮度采用特殊編碼：Y = 0.299R + 0.5870G + 0.1140BCb = 0.1787R 0

17、.3313G +0.5000B +128Cr = 0.5000R 0.4187G 0.0813B + 128 顏色解碼：顏色解碼：R = Y + 1.40200(Cr 128)G = Y 0.34414(Cb 128) 0.71414(Cr 128)B = Y + 1.77200(Cb 128)v3. JPEG3. JPEG壓縮算法的實(shí)現(xiàn)壓縮算法的實(shí)現(xiàn)Digital Image Processing, 3rd ed.哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）Gonzalez & Woods ）零偏置轉(zhuǎn)換）零偏置轉(zhuǎn)換 對(duì)于灰度級(jí)是對(duì)于灰度級(jí)是2n的像素，通過減去的像素，通過減去2n-1，替換像素本身；替換像素本身；

18、 對(duì)于對(duì)于n=8，即將，即將0255的值域，通過減去的值域，通過減去128，轉(zhuǎn)換為值域在，轉(zhuǎn)換為值域在-128127之間的值；之間的值； 目的：使像素的絕對(duì)值出現(xiàn)目的：使像素的絕對(duì)值出現(xiàn)3位位10進(jìn)制的概進(jìn)制的概率大大減少。率大大減少。Digital Image Processing, 3rd ed.哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）Gonzalez & Woods 用用8x8的的JEPG基線標(biāo)準(zhǔn)，壓縮并重構(gòu)下列子圖基線標(biāo)準(zhǔn)，壓縮并重構(gòu)下列子圖5255616670616473635966901098569726259681131441046673635871122154106706967616810412

19、6886870796560707768587585716459556165838779696865767894例子：Digital Image Processing, 3rd ed.哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）Gonzalez & Woods0偏置轉(zhuǎn)換后偏置轉(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-

20、59-60-63-52-50-34Digital Image Processing, 3rd ed.哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）Gonzalez & Woods）頻域變換產(chǎn)生）頻域變換產(chǎn)生64個(gè)系數(shù)個(gè)系數(shù)第一個(gè)系數(shù)稱為直流系數(shù)（第一個(gè)系數(shù)稱為直流系數(shù)（DC系數(shù)）系數(shù)）其余的其余的63個(gè)系數(shù)稱為交流系數(shù)（個(gè)系數(shù)稱為交流系數(shù)（AC系數(shù)）系數(shù)）正向正向DCT變換（變換（N = 8）后變成）后變成-415-29-62 25 55-20-1 3 7-21-62 9 11-7-6 6-46 8 77-25-30 10 7-5-50 13 35-15-9 6 0 3 11-8-13-2-1 1-4 1-10 1

21、3-3-1 0 2-1-4-1 2-1 2-3 1-2-1-1-1-2-1-1 0-1Digital Image Processing, 3rd ed.哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）Gonzalez & Woods ）系數(shù)量化）系數(shù)量化 采用閾值作為子圖系數(shù)位置函數(shù)的量化方式采用閾值作為子圖系數(shù)位置函數(shù)的量化方式 所有子圖使用同一個(gè)全局閾值模板，但閾所有子圖使用同一個(gè)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。了，不同位置上系數(shù)的相應(yīng)閾值。 對(duì)于亮度和顏色使用不同的量化閾值模板，并對(duì)于亮度和顏色使用不同的量化閾值模板，

22、并取整取整 1）正向量化：）正向量化：Squv = round(Suv / Quv) 其中：其中： Suv是是DCT系數(shù)，系數(shù)， Quv量化模板系數(shù)量化模板系數(shù) 2）逆向量化：）逆向量化：Ruv = Squv Quv 例：例：Sq(0,0) = round-415/16 = round-25.9=-26 Ruv(0,0) = -26 * 16 = -416Digital Image Processing, 3rd ed.哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）Gonzalez & Woods 亮度的量化模板系數(shù)亮度的量化模板系數(shù)16 11 10162440516112 1214192658605514 1316

23、244057695614 1722295187806218 223756681091037724 355564811041139249 64788710312112010172 92959811210010399Digital Image Processing, 3rd ed.哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）Gonzalez & Woods 顏色的量化模板系數(shù)顏色的量化模板系數(shù)17 18 24479999999918 2126669999999924 2656999999999947 6699999999999999 9999999999999999 9999999999999999 999999999

24、9999999 99999999999999Digital Image Processing, 3rd ed.哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）Gonzalez & Woods量化變換后的數(shù)組，比例化并消去系數(shù)量化變換后的數(shù)組，比例化并消去系數(shù)-26-3-6 2 2000 1-2-4 0 0000-3 1 5-1-1000-4 1 2-1 0000 1 0 0 0 0000 0 0 0 0 0000 0 0 0 0 0000 0 0 0 0 0000Digital Image Processing, 3rd ed.哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）Gonzalez & Woods ）符號(hào)編碼）符號(hào)編碼 將量化后的系數(shù)

25、，按之字形重新排序成矢將量化后的系數(shù)，按之字形重新排序成矢量，全零結(jié)尾用特殊符號(hào)量，全零結(jié)尾用特殊符號(hào)EOB -26 -3 1 -3 -2 -6 2 -4 1 -4 1 1 5 0 2 0 0 -1 2 0 0 0 0 0 -1 -1 EOB DC和和AC用不同的方式分別編碼用不同的方式分別編碼 DC的編碼方式（預(yù)測的編碼方式（預(yù)測+統(tǒng)計(jì)）統(tǒng)計(jì)） ： 編碼由兩部分組成：編碼由兩部分組成： 區(qū)間號(hào)編碼區(qū)間號(hào)編碼(SSSS) + 系數(shù)預(yù)測誤差本身編系數(shù)預(yù)測誤差本身編碼碼(VVVV)Digital Image Processing, 3rd ed.哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）Gonzalez & Wood

26、s DC的編碼方式（預(yù)測的編碼方式（預(yù)測+統(tǒng)計(jì)）統(tǒng)計(jì)） 第一步：求第一步：求DPCM (差分脈沖調(diào)制碼差分脈沖調(diào)制碼)，用當(dāng)前，用當(dāng)前的的DC，減去前一個(gè)子圖的，減去前一個(gè)子圖的DC VVVV ： DIFF = DC PRE_DC 第二步：根據(jù)第二步：根據(jù)DIFF求出區(qū)間號(hào)：求出區(qū)間號(hào)： SSSS 通過通過DIFF查區(qū)間編號(hào)表得出區(qū)間號(hào)查區(qū)間編號(hào)表得出區(qū)間號(hào)SSSS 根據(jù)根據(jù)SSSS查霍夫曼編碼表得出查霍夫曼編碼表得出SSSS的霍夫曼編的霍夫曼編碼碼 第三步：對(duì)第三步：對(duì)VVVV編碼，正數(shù)是自己，負(fù)數(shù)用編碼，正數(shù)是自己，負(fù)數(shù)用補(bǔ)碼（求反）補(bǔ)碼（求反）Digital Image Processi

27、ng, 3rd ed.哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）Gonzalez & Woods DC的編碼方式（預(yù)測的編碼方式（預(yù)測+統(tǒng)計(jì)）統(tǒng)計(jì)） 區(qū)間表區(qū)間表 范圍范圍 DC DC差區(qū)間差區(qū)間 AC AC區(qū)間區(qū)間 0 0 0 0 N/A N/A -1 -1，1 1 1 1 1 1 -3 -3，-2-2，2 2，3 2 3 2 2 2 -7,-4 -7,-4，4,74,7 3 3 3 3 -15,-8 -15,-8，8,158,15 4 4 4 4 -31,-16 -31,-16，16,3116,31 5 5 5 5 -63,-32 -63,-32，32,6332,63 6 6 6 6Digital Image

28、 Processing, 3rd ed.哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）Gonzalez & Woods DC的編碼方式（預(yù)測的編碼方式（預(yù)測+統(tǒng)計(jì)）統(tǒng)計(jì)） 區(qū)間區(qū)間DC霍夫曼編碼表霍夫曼編碼表區(qū)間 編碼 長度 區(qū)間 編碼 長度 0 010 3 6 1110 10 1 011 4 7 11110 12 2 100 5 8 111110 14 3 00 5 9 1111110 16 4 101 7 A 11111110 18 5 110 8 B 111111110 20Digital Image Processing, 3rd ed.哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）Gonzalez & Woods DC的編碼方式（

29、預(yù)測的編碼方式（預(yù)測+統(tǒng)計(jì)）統(tǒng)計(jì)） 例子：例子：DC = -26PRE_DC = -17 DIFF = -26 - （-17）= -9 用用-9查區(qū)間表得：查區(qū)間表得： SSSS = 4 用用4查霍夫曼編碼表得：霍夫曼編碼：查霍夫曼編碼表得：霍夫曼編碼：101 VVVV = -9二進(jìn)制編碼為二進(jìn)制編碼為: 1001 求反求反: 1001 = 0110 最后的編碼為最后的編碼為: 101 = 1010110 長度為長度為7位位 解碼時(shí)如果解碼時(shí)如果VVVV部分首位為部分首位為0為負(fù)數(shù)為負(fù)數(shù)PreDC-17DC-26Digital Image Processing, 3rd ed.哈爾濱工業(yè)大學(xué)（

30、威海）Gonzalez & Woods 符號(hào)編碼符號(hào)編碼 AC的編碼方式的編碼方式 編碼由兩部分組成：編碼由兩部分組成： 區(qū)間號(hào)編碼區(qū)間號(hào)編碼(RRRR/SSSS)+系數(shù)本身系數(shù)本身(VVVV) 第一部分：第一部分： SSSS： 區(qū)間號(hào)區(qū)間號(hào) RRRR：該系數(shù)前值為：該系數(shù)前值為0的系數(shù)的個(gè)數(shù)的系數(shù)的個(gè)數(shù)。 第二部分：第二部分： VVVV：系數(shù)本身編碼：系數(shù)本身編碼Digital Image Processing, 3rd ed.哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）Gonzalez & Woods AC的編碼方式的編碼方式 區(qū)間區(qū)間AC霍夫曼編碼表霍夫曼編碼表行程/區(qū)間 編碼 長度 行程/區(qū)間 編碼 長度

31、0/0 1010(=EOB) 4 0/6 111000 12 0/1 00 3 0/7 1111000 14 0/2 01 4 0/8 1111110110 18 0/3 100 6 0/9 1111111110000010 0/4 1011 8 0/A 1111111110000011 0/5 11010 10 1/1 1100 5 Digital Image Processing, 3rd ed.哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）Gonzalez & Woods AC的編碼方式的編碼方式 舉例：舉例：0 7RRRR = 1查表得區(qū)間號(hào)：查表得區(qū)間號(hào)：SSSS = 3RRRR/SSSS = 1/3 查表

32、得查表得: 1111001編碼長度編碼長度 10位位VVVV = -7 111 求反得求反得: 000最后編碼最后編碼:1111001000Digital Image Processing, 3rd ed.哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）Gonzalez & Woods 符號(hào)編碼完成后的編碼數(shù)組（重排的）是：符號(hào)編碼完成后的編碼數(shù)組（重排的）是： 1010110 0100 001 0100 0101 100001 0110 100011 001 100011 001 001 100101 11100110 110110 0110 11110100 000 1010 其中空格是為了可閱讀性而插入的其中空格

33、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)是完成編碼的重排數(shù)組的總位數(shù)是92，不壓縮需要，不壓縮需要8x8x8=512位。結(jié)果的壓縮率是位。結(jié)果的壓縮率是512/92，或，或5.6:1。Digital Image Processing, 3rd ed.哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）Gonzalez & WoodsJPEG2000 相對(duì)于原始的相對(duì)于原始的JPEG標(biāo)準(zhǔn)，在對(duì)連續(xù)色調(diào)靜標(biāo)準(zhǔn)，在對(duì)連續(xù)色調(diào)靜止圖像的壓縮方面以及對(duì)壓縮數(shù)據(jù)的訪問止圖像的壓縮方面以及對(duì)壓縮數(shù)據(jù)的訪問方面提供了更大的靈活性。方面提供了更大的靈活性。 以小波編碼為基礎(chǔ)以小波編碼為基礎(chǔ) 壓縮率比壓縮率比JPEG高高30%左右左

34、右 同時(shí)支持有損和無損壓縮同時(shí)支持有損和無損壓縮,適合保存重要圖適合保存重要圖片片Digital Image Processing, 3rd ed.哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）Gonzalez & Woods7.6.3 運(yùn)動(dòng)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn) 1. 連續(xù)幀圖像的定義連續(xù)幀圖像的定義 2. 連續(xù)幀圖像壓縮的基本思想連續(xù)幀圖像壓縮的基本思想 3. 幀間運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測編碼技術(shù)幀間運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測編碼技術(shù) 4. H.261標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) 5. MPEG1/2/4/7標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)Digital Image Processing, 3rd ed.哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）Gonzalez & Woods1. 連續(xù)幀圖像的

35、定義連續(xù)幀圖像的定義由多幅尺寸相同的靜止圖像組成的圖由多幅尺寸相同的靜止圖像組成的圖像序列，被稱為連續(xù)幀圖像。像序列，被稱為連續(xù)幀圖像。與靜止幀圖像相比，連續(xù)幀圖像多了與靜止幀圖像相比，連續(xù)幀圖像多了一個(gè)時(shí)間軸，成為三維信號(hào)，因此連一個(gè)時(shí)間軸，成為三維信號(hào)，因此連續(xù)幀圖像也被稱為三維圖像。續(xù)幀圖像也被稱為三維圖像。Digital Image Processing, 3rd ed.哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）Gonzalez & Woods 2. 連續(xù)幀圖像壓縮的基本思想連續(xù)幀圖像壓縮的基本思想 基于如下基本假設(shè)：基于如下基本假設(shè)： 在各連續(xù)幀之間存在簡單的相關(guān)性平移運(yùn)在各連續(xù)幀之間存在簡單的相關(guān)性平

36、移運(yùn)動(dòng)。動(dòng)。 一個(gè)特定畫面上的像素量值：一個(gè)特定畫面上的像素量值： 1）可以根據(jù)同幀附近像素來加以預(yù)測，）可以根據(jù)同幀附近像素來加以預(yù)測，被稱為：幀內(nèi)編碼技術(shù)被稱為：幀內(nèi)編碼技術(shù) 2）可以根據(jù)附近幀中的像素來加以預(yù)測）可以根據(jù)附近幀中的像素來加以預(yù)測，被稱為：幀間編碼技術(shù)，被稱為：幀間編碼技術(shù)Digital Image Processing, 3rd ed.哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）Gonzalez & Woods 連續(xù)幀圖像壓縮的基本思想連續(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(dá)到減少數(shù)據(jù)量通過減少幀間圖像數(shù)據(jù)冗余，來達(dá)到減少數(shù)據(jù)量、壓縮連續(xù)幀圖像體積的目的、壓縮連續(xù)幀圖像體積的目

37、的 將連續(xù)幀圖像序列，分為參考幀和預(yù)測幀，參考將連續(xù)幀圖像序列，分為參考幀和預(yù)測幀，參考幀用靜止圖像壓縮方法進(jìn)行壓縮，預(yù)測幀對(duì)幀差幀用靜止圖像壓縮方法進(jìn)行壓縮，預(yù)測幀對(duì)幀差圖像進(jìn)行壓縮圖像進(jìn)行壓縮 由于幀差圖像的數(shù)據(jù)量大大小于參考幀的數(shù)據(jù)量由于幀差圖像的數(shù)據(jù)量大大小于參考幀的數(shù)據(jù)量，從而可以達(dá)到很高的壓縮比，從而可以達(dá)到很高的壓縮比Digital Image Processing, 3rd ed.哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）Gonzalez & Woods 3. 幀間運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測編碼技術(shù)幀間運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測編碼技術(shù) 幀間預(yù)測編碼幀間預(yù)測編碼壓縮圖像塊壓縮圖像塊輸入圖像塊輸入圖像塊enenfnfn fnf

38、n運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測幀間誤差圖像運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測幀間誤差圖像運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測圖像運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測圖像Digital Image Processing, 3rd ed.哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）Gonzalez & Woods 前向預(yù)測 雙向預(yù)測前一幀前一幀當(dāng)前幀當(dāng)前幀前一幀前一幀當(dāng)前幀當(dāng)前幀下一幀下一幀 I 幀幀 : 不進(jìn)行預(yù)測、進(jìn)行幀內(nèi)編碼的編碼幀（參考幀）不進(jìn)行預(yù)測、進(jìn)行幀內(nèi)編碼的編碼幀（參考幀）; P幀幀:通過向前預(yù)測得到的誤差編碼幀通過向前預(yù)測得到的誤差編碼幀; B幀幀:通過雙向預(yù)測得到的誤差編碼幀通過雙向預(yù)測得到的誤差編碼幀.因圖像序列存放在存因圖像序列存放在存儲(chǔ)器中，可以使用下一幀儲(chǔ)器中，可以使用下一幀

39、.Digital Image Processing, 3rd ed.哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）Gonzalez & Woods編碼中的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償編碼中的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償概念運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償概念 以對(duì)幀間運(yùn)動(dòng)的估算為基礎(chǔ)的，若物體均在空間上有一以對(duì)幀間運(yùn)動(dòng)的估算為基礎(chǔ)的，若物體均在空間上有一位移，那么用有限的運(yùn)動(dòng)參數(shù)來對(duì)幀間的運(yùn)動(dòng)加以描述，位移，那么用有限的運(yùn)動(dòng)參數(shù)來對(duì)幀間的運(yùn)動(dòng)加以描述，如對(duì)于像素的平移運(yùn)動(dòng)，可用運(yùn)動(dòng)矢量來描述。如對(duì)于像素的平移運(yùn)動(dòng)，可用運(yùn)動(dòng)矢量來描述。一個(gè)來自前一編碼幀的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測像素，就能給出一個(gè)當(dāng)一個(gè)來自前一編碼幀的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測像素，就能給出一個(gè)當(dāng)前像素的最佳預(yù)測。預(yù)測誤差和運(yùn)動(dòng)矢量

40、一同參與編碼。前像素的最佳預(yù)測。預(yù)測誤差和運(yùn)動(dòng)矢量一同參與編碼。由于一些運(yùn)動(dòng)矢量之間的空間相關(guān)性通常較高，因此，一個(gè)由于一些運(yùn)動(dòng)矢量之間的空間相關(guān)性通常較高，因此，一個(gè)像素的運(yùn)動(dòng)矢量，可以代表一個(gè)相鄰像素塊的運(yùn)動(dòng)。像素的運(yùn)動(dòng)矢量，可以代表一個(gè)相鄰像素塊的運(yùn)動(dòng)。實(shí)現(xiàn)中，畫面一般劃分成一些不連接的像素塊實(shí)現(xiàn)中，畫面一般劃分成一些不連接的像素塊(在在MPEGl和和MPEG2標(biāo)準(zhǔn)中一個(gè)像素塊為標(biāo)準(zhǔn)中一個(gè)像素塊為1616像素像素)，對(duì)于每一個(gè)這，對(duì)于每一個(gè)這樣的像素塊，只估算一個(gè)運(yùn)動(dòng)矢量。樣的像素塊，只估算一個(gè)運(yùn)動(dòng)矢量。Digital Image Processing, 3rd ed.哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）Gonzalez & Woods 編碼中的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償舉例：常用的基于塊的運(yùn)動(dòng)編碼中的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償舉例：常用的基于塊的運(yùn)動(dòng)估算和補(bǔ)償估算和補(bǔ)償塊匹配法塊匹配法K幀K+l 幀塊查找窗口Digital Image Processing, 3rd ed.哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）Gonzalez & Woods4. H.261263標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)H.261263標(biāo)準(zhǔn)是由標(biāo)準(zhǔn)是由CCITT制定的制定的ccitt 國際電話與電報(bào)咨詢委員會(huì)，它現(xiàn)國際電話與電報(bào)咨詢委員會(huì)，它現(xiàn)在被稱為在被稱為 itu-t （國際標(biāo)準(zhǔn)化組織電訊（國