靜態(tài)圖象壓縮標(biāo)準(zhǔn)JPEG課件

2.3靜態(tài)圖象壓縮標(biāo)準(zhǔn)JPEG主講人：黃一華2.3靜態(tài)圖象壓縮標(biāo)準(zhǔn)JPEG主講人：黃一華1看下面這兩幅圖片：你能分辨哪一幅是Bmp格式，哪一幅是JPEG格式嗎？圖片1圖片2Bmp格式（900K）

JPEG格式（40K）看下面這兩幅圖片：你能分辨哪一幅是Bmp格式，哪一幅是JPE2為什么會有如此大的差距呢？JPEG采用了圖象壓縮的技術(shù)為什么會有如此大的差距呢？JPEG采用了圖象壓縮的技術(shù)3本節(jié)重點(diǎn)內(nèi)容JPEG標(biāo)準(zhǔn)的基本系統(tǒng)中壓縮過程有哪幾步，以及各步的工作原理是什么？本節(jié)重點(diǎn)內(nèi)容JPEG標(biāo)準(zhǔn)的基本系統(tǒng)中壓縮過程有哪幾步，以及各42.3.1JPEG標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容JPEG標(biāo)準(zhǔn)選定ADCT作為靜態(tài)圖象壓縮的標(biāo)準(zhǔn)化算法本標(biāo)準(zhǔn)有兩大分類。2.3.1JPEG標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容JPEG標(biāo)準(zhǔn)選定ADCT作5第一類方式以DCT為基礎(chǔ) 缺點(diǎn)：含有量化過程、非可逆 優(yōu)點(diǎn)：變換系數(shù)較少，還原質(zhì)量高第二類方式以二維空間DPCM為基礎(chǔ) 缺點(diǎn)：壓縮率低 優(yōu)點(diǎn)：可完全復(fù)原第一類方式以DCT為基礎(chǔ)62.3.2JPEG靜態(tài)圖象壓縮算法 JPEG定義兩種相互獨(dú)立的基本壓縮算法。1.一種是基于DCT的有失真壓縮算法。2.另一種是基于空間線性預(yù)測技術(shù)(DPCM)的無失真壓縮算法。2.3.2JPEG靜態(tài)圖象壓縮算法 JPEG定義兩種相互獨(dú)71.基于DPCM的無失真編碼 為了滿足無失真壓縮的需要，JPEG選擇的一種簡單的預(yù)測編碼方式。

優(yōu)點(diǎn)：硬件容易實(shí)現(xiàn)，圖象重建質(zhì)量好 缺點(diǎn)：壓縮比太低（2：1）1.基于DPCM的無失真編碼 為了滿足無失真壓縮的需要，82.基于DCT的有失真壓縮編碼（重點(diǎn)）包括兩種不同的系統(tǒng)，基本系統(tǒng)和增強(qiáng)系統(tǒng)，增強(qiáng)系統(tǒng)是基本系統(tǒng)的擴(kuò)充。基于DCT編碼器的工作原理框圖見圖2.9。2.基于DCT的有失真壓縮編碼（重點(diǎn)）包括兩種不同的系統(tǒng)，基9FDCT表說明熵編碼器量化器表說明源圖象數(shù)據(jù)（8*8）壓縮圖象數(shù)據(jù)編碼器圖2.9基于DCT編碼過程FDCT表說明熵編碼器量化器表說明源圖象數(shù)據(jù)（8*8）壓縮圖101.原始圖象分割成8*8子塊2.離散余弦變換3.量化處理4.DC系數(shù)的編碼和AC系數(shù)的行程編碼5.熵編碼基于DCT的有失真壓縮編碼

五個(gè)步驟：1.原始圖象分割成8*8子塊基于DCT的有失真壓縮編碼

五11(1).分成8*8子塊原始圖象順序分割成8*8子塊（共64小塊，其中每一塊可以作為一個(gè)整體對待）(1).分成8*8子塊原始圖象順序分割成8*8子塊12(2).離散余弦變換離散余弦正變換（FDCT）采樣精度為P位（二進(jìn)制），把[0,2p-1]范圍的無符號數(shù)變成[-2p-1,2p-1]的有符號數(shù)，作為離散余弦正變換(forwardDCT,FDCT)的輸入輸出：經(jīng)FDCT后輸出64個(gè)基信號的幅值，即DCT系數(shù)。(2).離散余弦變換離散余弦正變換（FDCT）13(3).量化處理輸入：對FDCT輸出的DCT系數(shù)進(jìn)行量化處理關(guān)鍵：找最小量化失真（誤差）的量化器。作用：在一定主觀保真度圖象質(zhì)量前提下，丟掉那些對視覺影響不大的信息，通過量化可調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)壓縮比。輸出：DC系數(shù)（直流）和AC系數(shù)（交流）(3).量化處理輸入：對FDCT輸出的DCT系數(shù)進(jìn)行量化處理14 JPEG采用線性均勻量化器，定義為對64個(gè)DCT系數(shù)除以量化步長，再四舍五入取整。FQ(u,v)=IntegerRound[F(u,v)/Q(u,v)]Q(u,v)：量化器步長，是量化表的元素。 JPEG采用線性均勻量化器，定義為對64個(gè)DCT15量化表 量化表系數(shù)隨DCT系數(shù)的位置和彩色分量不同有不同的值，尺寸為8*8，與64個(gè)變換系數(shù)一一對應(yīng)。 例子參見教材P28表2.2和2.3表。

量化表16(3).DC系數(shù)的編碼和AC系數(shù)的行程編碼輸入：量化后的DC系數(shù)和AC系數(shù)。輸出：經(jīng)DPCM編碼后的DC系數(shù)，和經(jīng)行程編碼后的AC系數(shù)。(3).DC系數(shù)的編碼和AC系數(shù)的行程編碼輸入：量化后的DC17(3)直流分量DC （1）.64個(gè)變換系數(shù)經(jīng)量化后，坐標(biāo)u=v=0的F(0,0)稱DC系數(shù)，即直流分量。是64個(gè)空域圖象采樣值的平均值。 （2）.JPEG的量化后的DC系數(shù)采用DPCM編碼，即對DIFF=DCi–DCi-1編碼。 如圖：教材29頁，圖2.11。 （3）.采用這種編碼方式的原因：相鄰8*8塊之間DC系數(shù)有較強(qiáng)相關(guān)性。(3)直流分量DC18(3)交流分量 其余63個(gè)交流系數(shù)（AC）采用行程編碼。（Z字型掃描）可增加行程中連續(xù)0的個(gè)數(shù)。如圖：●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●DCAC01AC77(3)交流分量●●●●●●●●DCAC01AC19(3)例2.3 假設(shè)AC系數(shù)掃描結(jié)果中包含“…,3,0,0,0,0,0,12,0,0,0…”數(shù)據(jù)，則對它的行程編碼的結(jié)果為“…,(5,4),(12),…”,其中(5,4)占用一個(gè)字節(jié)存放，(12)占用4位存放。(3)例2.3 假設(shè)AC系數(shù)掃描結(jié)果中包含“…,3,0,0,20(4).熵編碼為了進(jìn)一步壓縮數(shù)據(jù)，需對DC碼和AC行程編碼的碼字再做基于統(tǒng)計(jì)特性的熵編碼。JPEG建議的熵編碼是Huffman編碼和自適應(yīng)二進(jìn)制編碼。輸入：DC碼和AC行程編碼的碼字。輸出：壓縮后的數(shù)據(jù)。(4).熵編碼為了進(jìn)一步壓縮數(shù)據(jù)，需對DC碼和AC行程編碼的21熵編碼可分成兩步進(jìn)行（1）先把DC碼和形成編碼轉(zhuǎn)換成中間符號序列。（2）然后給這些符號賦予變長碼字。熵編碼可分成兩步進(jìn)行22（1）.熵編碼的中間格式 符號1：（行程，尺寸） 符號2：（幅值） 行程：前后兩個(gè)非零AC系數(shù)之間連續(xù)0 的個(gè)數(shù) 尺寸：后一個(gè)非零AC系數(shù)幅值編碼所需 比特?cái)?shù) 幅值：用以表示非零AC系數(shù)的幅值。范圍：

（1）.熵編碼的中間格式23直流分量DC也有類似于AC系數(shù)的編碼格式： 符號1：（尺寸） 符號2：（幅值） 尺寸：DC差值的幅值編碼所需比特?cái)?shù)。 幅值：DC的幅值，范圍：

直流分量DC也有類似于AC系數(shù)的編碼格式：24（2）可變長度熵編碼 將63個(gè)AC系數(shù)表示為符號1和符號2的序列，其中行程長度超過15時(shí)，有多個(gè)符號1，塊結(jié)束（EOB）時(shí)僅有以個(gè)符號1(0,0)。 可變長度熵編碼就是對上述序列進(jìn)行變長編碼。（2）可變長度熵編碼25五個(gè)步驟的關(guān)系前一個(gè)步驟的輸出是下一個(gè)步驟的輸入。過程： 原始圖象分成8*8塊 DCT系數(shù) 量化后的DCT系數(shù) 編碼的DC系數(shù)和行程編碼的AC系數(shù) 熵編碼五個(gè)步驟的關(guān)系前一個(gè)步驟的輸出是下一個(gè)步驟的輸入。26(5).壓縮比和圖象質(zhì)量(5).壓縮比和圖象質(zhì)量273.基于DCT的累進(jìn)操作方式編碼以累進(jìn)的方式對圖像進(jìn)行多次的掃描壓縮。3.基于DCT的累進(jìn)操作方式編碼以累進(jìn)的方式對圖像進(jìn)行多次的28兩種累進(jìn)方式（1）.頻譜選擇法 一次掃描中只對64個(gè)DCT變換系數(shù)中某些頻帶的系數(shù)進(jìn)行編碼。（2）.按位逼近法 沿著DCT量化系數(shù)有效位方向分段累進(jìn)編碼。兩種累進(jìn)方式（1）.頻譜選擇