四川大學(xué)計算機(jī)學(xué)院多媒體基礎(chǔ)多媒體技術(shù)JEG圖像壓縮

圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)JPEG

主要內(nèi)容JPEG背景基于DCT的順序編碼模式基于DPCM的無損編碼模式基于DCT的漸進(jìn)編碼模式基于DCT的分層編碼模式JPEG背景JPEG(JointPhotographicExpertsGroup)由ISO和IEC兩個組織機(jī)構(gòu)聯(lián)合組成的一個圖像專家小組負(fù)責(zé)制定靜態(tài)的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)JPEG標(biāo)準(zhǔn)該專家組開發(fā)的算法稱為JPEG算法

JPEG已經(jīng)成為國際上通用圖像的標(biāo)準(zhǔn)JPEG標(biāo)準(zhǔn)適用范圍

灰度圖像，彩色圖像

靜止圖像的壓縮，視頻序列幀內(nèi)圖像壓縮JPEG可以大范圍地調(diào)節(jié)圖像碼率和質(zhì)量JPEG背景JPEG算法與顏色空間無關(guān)對于單色圖像，只有一個亮度分量對于彩色圖像，JPEG對每個分量進(jìn)行單獨編碼顏色空間轉(zhuǎn)換不包含在JPEG算法中對于YUV圖像:對于ＹＵＶ采用不同的分辨率,對每個不同分量的可以采用不同的量化參數(shù)和熵編碼表?？蓧嚎s來自不同顏色空間的圖像:RGB,CMKY等JPEG背景JPEG核心算法

DCTDPCMJPEG背景對于一個圖像分量，JPEG規(guī)定了4種運(yùn)行模式基于DCT的順序編碼模式（baselineCODEC）單遍掃描完成一個圖像分量的編碼，掃描次序從左到右，從上到下。基于DPCM(差分脈沖編碼調(diào)制)無損編碼模式無損編碼壓縮比可以達(dá)到2:1基于DCT的漸進(jìn)編碼模式通過多次掃描一幅圖像分量的編碼，提供了一個由粗到精的漸進(jìn)碼流結(jié)構(gòu)?；贒CT的分層編碼模式提供多分辨率的碼流結(jié)構(gòu)基于DCT的順序編碼模式

算法基本步驟將原圖像用亮度、色差表示（分量圖像采樣4：1：1）分成8×8數(shù)據(jù)塊,數(shù)據(jù)[0~255]轉(zhuǎn)換為[-128~127]進(jìn)行正向離散余弦變換(FDCT)

量化(quantization)Z字形排列量化結(jié)果(zigzagscan)

使用DPCM對直流系數(shù)(DC)進(jìn)行編碼使用行程編碼對交流系數(shù)(AC)進(jìn)行編碼熵編碼(entropycoding)：哈夫曼或算術(shù)編碼基于DCT的順序編碼模式

系統(tǒng)框架基于DCT的順序編碼模式

圖像塊的劃分480*640彩色圖像,由亮度Y色差Cb,Cr

表示，可劃分為4800亮度塊和兩份1200色度塊基于DCT的順序編碼模式

離散余弦變換(DCT)殘差圖像殘差圖像的8×8塊DCT系數(shù)分布基于DCT的順序編碼碼模式離散余弦變變換(DCT)X的離散余弦弦變換(DCT)為Y,X,Y是N×N塊正變換FDCT逆變換IDCT基于DCT的順序編碼碼模式離散余弦變變換(DCT)DC系數(shù)基于DCT的順序編碼碼模式缺省的量化化方式基于DCT的順序編碼碼模式缺省的量化化方式量化表：根根據(jù)心理理視覺加權(quán)權(quán)函數(shù)得到到的量化:DCT變換系數(shù)除除以量化步步長，四舍舍五入取整整基于DCT的順序編碼碼模式缺省的量化化方式基于DCT的順序編碼碼模式缺省的量化化方式基于DCT的順序編碼碼模式缺省的量化化方式基于DCT的順序編碼碼模式缺省的量化化方式基于DCT的順序編碼碼模式DC系數(shù)和AC系數(shù)的編碼碼方式DCT變換后，能能量集中在在左上角。。由于兩個相相鄰的8×8子塊的DC系數(shù)相差很很小，采用用DPCM對直流(DC)系數(shù)單獨編編碼。其它63個元素是交交流(AC)系數(shù)，采用用行程編碼碼。問題:如何排列這這63個系數(shù)？為了保證低低頻分量先先出現(xiàn)，高高頻分量后后出現(xiàn)，同同時增加連連續(xù)“0”的個數(shù)，采采用Zig-Zag的排列方法法。基于DCT的順序編碼碼模式DC系數(shù)和AC系數(shù)的編碼碼方式基于DCT的順序編碼碼模式DC系數(shù)和AC系數(shù)的編碼碼方式基于DCT的順序編碼碼模式熵編碼JPEG標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了了兩種熵編編碼算法：哈夫曼編碼碼自適應(yīng)算術(shù)術(shù)編碼哈夫曼編碼碼一般采用用的是固定定的哈夫曼曼表。對亮度分量量和色度分分量采用了了不同的哈哈夫曼表?；贒CT的順序編碼碼模式熵編碼哈夫曼編碼包括兩兩部分中間格式表表示：用兩兩個字節(jié)熵編碼可變長編碼碼VLC可變長整數(shù)數(shù)編碼VLI對于DC系數(shù)，第第一個字節(jié)節(jié)的高4位為0000，低4位為DC系數(shù)差值的的比特數(shù)（（size/category）第二個字節(jié)節(jié)為DC系數(shù)差值基于DCT的順序編碼碼模式熵編碼任意給定一一個整數(shù)，，通過查此此表，獲得得其對應(yīng)的的比特數(shù)基于DCT的順序編碼碼模式熵編碼對于DC系數(shù)差的的category編碼基于DCT的順序編碼碼模式熵編碼基于DCT的順序編碼碼模式熵編碼基于DCT的順序編碼碼模式熵編碼基于DCT的順序編碼碼模式熵編碼基于DCT的順序編碼碼模式熵編碼對于DC系數(shù)，設(shè)前前一個8×8子塊DC系數(shù)的量化化值為12，則本塊DC系數(shù)與它的的差為3，所以DC中間格式為為(2)(3)可以求得這這個8×8子塊熵編碼碼的中間格格式為(DC)(2)(3),(1/2)(-2),(0/1)(-1),(0/1)(-1),(0/1)(-1),(2/1)(-1),(EOB)(0/0)基于DCT的順序編碼碼模式熵編碼字節(jié)1和字節(jié)2分別進(jìn)行編編碼零行程長度度超過15個時,用一個符號號ZRL(15/0),表示16個零2個ZRL(15/0)表示32個零，3個ZRL(15/0)表示48個零。塊結(jié)束時用用符號EOB(0/0)。對字節(jié)1進(jìn)行Hufffman編碼(亮度，色差差的Huffman碼表不同)。對字節(jié)2進(jìn)行變長整整數(shù)VLI編碼基于DCT的順序編碼碼模式熵編碼舉例：Size=6時，數(shù)的范范圍是（-63）～（-32）以及32～63，對絕對值相相同，符號號相反的碼碼字之間為為反碼關(guān)系。AC系數(shù)32的碼字為100000，AC系數(shù)33的碼字為100001，AC系數(shù)-32的碼字為011111，AC系數(shù)-33的碼字為011110。字節(jié)2的碼字位于于字節(jié)1的碼字之后后。基于DCT的順序編碼碼模式熵編碼熵編碼過程舉例(DC)(2)(3)：(2):011(3):11(2)(3)01111(1/2)(-2)：(1/2):11011-2是2的反碼，為01；(1/2)(-2)1101101(0/1)(-1)：(0/1):00，(-1)是1的反碼碼，為為0；(0/1)(-1)000(2/1)(-1):111000(EOB)(0/0):1010(DC)(2)(3),(1/2)(-2),(0/1)(-1),(0/1)(-1),(0/1)(-1),(2/1)(-1),(EOB)(0/0)基于DCT的順序序編碼碼模式式熵編碼熵編碼過程舉例01111,1101101,000,000,000,1110001010(31bit)31bits/64pixels,碼率：：0.5bpp一8×8子塊亮亮度信信息壓壓縮后后的數(shù)數(shù)據(jù)流流共31比特，，其壓壓縮比比是64××8/31=16.5，大約約每個個象素素用半半個比比特?；贒CT的順序序編碼碼模式式基于DPCM的無損損編碼模模式主要采采用了了三鄰鄰域二二維預(yù)預(yù)測編編碼和和熵編編碼無失真真編碼碼器源圖像像數(shù)據(jù)據(jù)壓縮的的圖像像數(shù)據(jù)據(jù)預(yù)測器器熵編碼碼器表說明明DPCM預(yù)測編編碼框框圖基于DPCM的無損損編碼模模式主要采采用了了三鄰鄰域二二維預(yù)預(yù)測編編碼和和熵編編碼減去預(yù)預(yù)測值值，得得到一一個差差值，，差值值不量量化，，直接接進(jìn)行行熵編編碼（（哈夫夫曼或或者算算術(shù)編編碼））保保證無無失真真地恢恢復(fù)原原始圖圖像cbaX選擇值預(yù)測選擇值預(yù)測0非預(yù)測4a+b-c1a5a+(b-c)/22b6b+(a-c)/23c7(a+c)/2基于DCT的漸進(jìn)進(jìn)的編編碼模模式基本思思想此模式式與順順序模模式編編碼步步驟基基本一一致，，不同同之處處在于于遞增增模式式每個個圖像像分量量的編編碼要要經(jīng)過過多次次掃描描才完完成。。第一一次掃掃描只只進(jìn)行行一次次粗糙糙的壓壓縮，，然后后根據(jù)據(jù)此數(shù)數(shù)據(jù)先先重建建一幅幅質(zhì)量量低的的圖像像，以以后的的掃描描再作作較細(xì)細(xì)的掃掃描，，使重重建圖圖像質(zhì)質(zhì)量不不斷提提高，，直到到滿意意為止止基于DCT的漸進(jìn)進(jìn)的編編碼模模式漸進(jìn)模模式分分為兩兩種按頻段段漸進(jìn)進(jìn)一次掃掃描中中，只只對DCT變換中中的某某些頻頻段的的系數(shù)數(shù)進(jìn)行行編碼碼傳送送，然然后累累進(jìn)的的方式式對其其他頻頻段進(jìn)進(jìn)行編編碼與與傳送送，直直至將將全部部系數(shù)數(shù)傳遞遞完畢畢按位漸漸進(jìn)對DCT系數(shù)按按照其其數(shù)位位由高高至低低分成成若干干段，，依次次對各各段進(jìn)進(jìn)行壓壓縮編編碼，，先對對最有有效位位的N位進(jìn)行行編碼碼傳送送，直直至將將全部部系數(shù)數(shù)傳遞遞完畢畢基于DCT的漸進(jìn)進(jìn)的編編碼模模式基于DCT的漸進(jìn)進(jìn)的編編碼模模式基于DCT的漸進(jìn)進(jìn)的編編碼模模式基于DCT的漸進(jìn)進(jìn)的編編碼模模式DC系數(shù)基于DCT的漸進(jìn)進(jìn)的編編碼模模式DC系數(shù)圖Progressiveencodingexample(spectralselection):(a)DConly;(b)DC+twoAC;(c)allcoefficients基于DCT的分層層編碼碼模式式基本步步驟（1）降低低原始始圖像像的空空間分分辨率率。（2）對已已經(jīng)降降低分分辨率率的圖圖像按按照順順序編編碼模模式進(jìn)進(jìn)行壓縮并并存儲儲或傳傳輸。。（3）對低低分辨辨率圖圖像進(jìn)進(jìn)行解解碼，，然后后用插插值法法提高高圖像的分分辨率率。（4）將分分辨率率已經(jīng)經(jīng)升高高的圖圖像作作為原原圖像像的預(yù)預(yù)測值值，并把它它與原原圖像像的差差值進(jìn)進(jìn)行基基于DCT的編碼碼。（5）重復(fù)復(fù)步驟驟3、4直到圖圖像達(dá)達(dá)到完完整的的分辨辨率。?；谟贒CT的分分層層編編碼碼模模式式基本本步步驟驟9、靜夜夜四無無鄰，，荒居居舊業(yè)業(yè)貧。。。1月-231月-23Friday,January6,202310、雨中黃葉樹樹，燈下白頭頭人。。00:41:1600:41:1600:411/6/202312:41:16AM11、以我獨沈沈久，愧君君相見頻。。。1月-2300:41:1700:41Jan-2306-Jan-2312、故人江海別別，幾度隔山山川。。00:41:1700:41:1700:41Friday,January6,202313、乍見翻翻疑夢，，相悲各各問年。。。1月-231月-2300:41:1700:41:17January6,202314、他他鄉(xiāng)鄉(xiāng)生生白白發(fā)發(fā)，，舊舊國國見見青青山山。。。。06一一月月202312:41:17上上午午00:41:171月月-2315、比不了了得就不不比，得得不到的的就不要要。。。一月2312:41上上午1月-2300:41January6,202316、行動出成果果，工作出財財富。。2023/1/60:41:1700:41:1706January202317、做前，能能夠環(huán)視四四周；做時時，你只能能或者最好好沿著以腳腳為起點的的射線向前前。。12:41:17上上午12:41上午00:41:171月-239、沒有有失敗敗，只只有暫暫時停停止成成功??！。1月-231月-23Friday,January6,202310、很多事情情努力了未未必有結(jié)果果，但是不不努力卻什什么改變也也沒有。。。00:41:1700:41:1700:411/6/202312:41:17AM11、成功就就是日復(fù)復(fù)一日那那一點點點小小努努力的積積累。。。1月-2300:41:1700:41Jan-2306-Jan-2312、世間成事事，不求其其絕對圓滿滿，留一份份不足，可可得無限完完美。。00:41:1700:41:1700:41Friday,January6,202313、不知知香積積寺，，數(shù)里里入云云峰。。。1月-231月-2300:41:1700:41:17January6,202314、意志堅強(qiáng)的的人能把世界界放在手中像像泥塊一樣任任意揉捏。06一月202312:41:17上午午00:41:171月-2315、楚塞三三湘接，，荊門九九派通。。。。一月2312:41上上午1月-2300:41January6,202316、少年十五二二十時，步行行奪得胡馬騎騎。。2023/1/60:41:1700:41:1706January202317、空空山山新新雨雨后后，，天天氣氣晚晚來來秋秋。。。。12:41:17上上午午12:41上上午午00:41:171月月-239、楊柳散散和風(fēng)，，青山澹澹吾慮。。。1月-231月-23Friday,January6,202310、閱讀一一切好書書如同和和過去最最杰出的的人談話話。00:41:1700:41:1700:411/6/202312:41:17AM11、越是沒有本本領(lǐng)的就越加加自命不凡。。1月-2300:41:1700:41Jan-2306-Jan-2312、越