图像压缩标准.

1、第四章像压缩第四节压缩标准数字图像处理北京大学计算机研究所陈晓鸥第四章第四节压缩标准像压缩第四节压缩标准4. 4. 1压缩标准简介4. 4.2连续调图像压缩标准4. 4.3二值图像压缩标准4. 4.2压缩标准：连续调图像压缩4. 4.2压缩标准：连续调图像压缩第四章4. 4. 1压缩标准简介4. 4.2压缩标准：连续调图像压缩像压缩第四节压缩标准第四章4. 4.2压缩标准：连续调图像压缩图像标准的制定：是在ISO（国际标准化组织）和CCITT （国际电报 电话咨询委员会）联合组织下进行制定的标准的类型（三类）:-二值图像压缩标准：（1）面向传真而设计连续调图像压缩标准：静止帧黑白、彩色压缩：（

2、2）面向静止的单幅图像连续帧黑白、彩色压缩：（3）面向连续的视频影像4. 4.2压缩标准：连续调图像压缩像压缩第四节压缩标准连续调图像压缩标准-静止帧黑白、彩色压缩（JPEG）-连续帧单色、彩色压缩（MPEG）4. 4.2压缩标准：连续调图像压缩第四章图像压缩第四节压缩标准-静止帧黑白、彩色压缩(JPEG) JPEG标准简述 JPEG压缩流程JPEG压缩算法的实现-颜色变换零偏置转换-频域变换系数量化-符号编码 JPEG压缩举例第四章图像压缩第四节压缩标准4. 4.2压缩标准：连续调图像压缩- JPEG标准简述有三种压缩系统：(1) 基线编码系统:而向大多数有损压缩的应丿IJ,采用DCT变换压

3、缩。(2) 扩展编码系统:而向递进式应丿IJ,从低分辨率到高分辨率逐步递进传递的应用(3) 独立编码系统:而向无损压缩的应丿IJ,采川无损预测压缩，符号编码采用哈夫曼或算术编码 一个产品或系统必须包括对呈线系统的支持。4. 4.2压缩标准：连续调图像压缩4.4.2压缩标准：连续调图像压缩压缩勻日输入图像NxN 第 四f-JPEG压缩流程压缩图像压缩的图像解压图像符号 解码器DCT 逆向变换-颜色空间 转换零偏置 转换合成8x8 的子图第四章!14.4.2压缩标准：连续调图像压缩像压缩第四节压缩标准构造子图像 子图像尺寸：8x8颜色空间转换人眼对亮度更敏感，提取亮度特征，将RGB转换为YCbQ

4、模型，编码时对亮度采用特殊编码：f Y =0. 299R + 0. 5870G + 0. U40B彳 Cb = -0. 1787R - 0. 3313G +0.5000B +128lcr = 0. 5000R - 0. 4187G - 0. 0813B + 128颜色解码：r R = Y + 1. 40200(Cr - 128)- G = Y - 0. 34414(Cb - 128) - 0. 71414(Cr - 128)I B = Y + 1.77200 (Cb -128)4. 4.2压缩标准：连续调图像压缩第四章4. 4.2压缩标准：连续调图像压缩像压缩第四节压缩标准零偏置转换-对于灰度

5、级是2*的像素，通过减去2叶1,替 换像素本身-对于n=8,即将0255的值域，通过减去128, 转换为值域在-128127之间的值-目的：使像素的绝对值出现3位10进制的概 率大大减少4. 4.2压缩标准：连续调图像压缩4. 4.2压缩标准：连续调图像压缩第四章4. 4.2压缩标准：连续调图像压缩像压缩第四节压缩标准52556166706164736359669010985697262596811314410466736358711221541067069676168104126886870796560707768587585716459556165838779696865767894用8x

6、8的JEPG基线标准，压缩并重构下列子图4. 4.2压缩标准：连续调图像压缩第四章图像压缩第四节压缩标准第四章图像压缩第四节压缩标准o偏置转换后-76-73-67-62-58-67-64-55-65-69-62-38-19-43-59-56- 66-69-60-1516_24-62-55-65-70-57-626-22-58-59-61-67-60-24-2-40-60-58-49-63-68-58-51-65-70-53-43-57-64-69-73-67-63-45-41-49-59-60-63-52-50-344. 4.2压缩标准：连续调图像压缩频域变换-频域变换产生64个系数，第一个系

7、数称为 育流系数（DC系数），其余的63个系数称 为交流系数（AC系数）。4. 4.2压缩标准：连续调图像压缩正向DCT变换（N=8）后变成-415-29-622555-20-137-21-62911-7-66-46877-25-30107-5-501335-15-960311-8-13-2-11-41-1013-3-102-1-4-12-12-31-2-1-1-1-2-1-10-1第四章图像压缩第四节压缩标准4. 4.2压缩标准：连续调图像压缩4. 4.2压缩标准：连续调图像压缩4. 4.2压缩标准：连续调图像压缩第四章图像压缩第四节压缩标准系数量化-采用阈值作为子图系数位置函数的量化方式所

8、有子图使用同一个全局阈值模板，但阈值的取值，与系数的位置相关，阈值模板给 出了，不同位置上系数的相应阈值。-对于亮度和颜色使用不同的量化阈值模板， 并取整第四章像压缩第四节压缩标准系数量化1) 正向量化：Squv = round (Suv / Quv)其中：Sg是DCT系数，Quv量化模板系数2) 逆向量化：Ruv = Sqv QUv例：Sq (0, 0) = round -415/16=round-25. 9=-26Ruv (0, 0) = -26 * 16 二-4164. 4.2压缩标准：连续调图像压缩4. 4.2压缩标准：连续调图像压缩第四章4.4.2压缩标准：连续调图像压缩像压缩第四节

9、压缩标准1611101624405161121214192658605514131624405769561417222951878062182237566810910377243555648110411392496478871031211201017292959811210010399亮度的量化模板系数4. 4.2压缩标准：连续调图像压缩颜色的量化模板系数1718244799999999182126669999999924265699999999994766999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999

10、99999994. 4.2压缩标准：连续调图像压缩量化变换后的数组，比例化并消去系数-26-3-6 220001-2-400000-315-1-1000-412 -10000100 00000000 00000000 00000000 00000第四章像压缩第四节压缩标准第四章像压缩第四节压缩标准4. 4.2压缩标准：连续调图像压缩第四章图像压缩第四节压缩标准第四章图像压缩第四节压缩标准4. 4.2压缩标准：连续调图像压缩符号编码-将量化后的系数，按Z字形重新排序成矢量, 全零结尾用特殊符号EOB-26 -31-3-2-62-41-41150200-1 2 0 0 0 0 0 -1 -1 EO

11、B-DC和AC用不同的方式分别编码-DC的编码方式（预测+统计）:编码由两部分组成：区间号编码（SSSS） +系数预测误差本身编码（WVV）-DC的编码方式（预测+统计）第一步：求DPCM （差分脉冲调制码），用当前 的DC,减去前一个子图的DCWVV :DIFF = DC - PREDC第二步：根据DIFF求出区间号：SSSS-通过DIFF查区间编号表得出区间号SSSS-根据SSSS查哈夫曼编码表得出SSSS的哈夫曼编 码。第三步：对VVVV编码，正数是自己，负数用 补码（求反）。第四章像压缩第四节压缩标准-DC的编码方式（预测+统计） 例子：DC = -26PREDC = -17DIFF

12、= -26 - （-17） = -9 用-9查区间表得：SSSSPrcDC -17DC 26=4用4查哈夫曼编码表得：哈夫曼编码：101VVVV = -9二进制编码为：1001求反：1001 = 0110最后的编码为：101+0110= 1010110解码时如果VVVV部分首位为0为负数4. 4.2压缩标准：连续调图像压缩4. 4.2压缩标准：连续调图像压缩第四章4. 4.2压缩标准：连续调图像压缩像压缩第四节压缩标准- DC的编码方式（预测+统计）范围DC差区间AC区间00N/A-1, 1113, -2, 2, 3227,厂4 4,733& ,1544-35566区间表4. 4.2压缩标准：

13、连续调图像压缩第四章图像压缩第四节压缩标准第四章图像压缩第四节压缩标准间度 IX-.K编码长度区间编码0010361110101()11471111()12210058111110143005911111101641017A111111101851108B111111110?04.4.2压缩标准：连续调图像压缩-DC的编码方式(预测+统计) 区间DC哈夫曼编码表符号编码-AC的编码方式编码由两部分组成： 区间号编码(RRRR/SSSS) +系数木身(VVVV) 第一部分：SSSS：区间号RRRR：该系数前值为0的系数的个数。 第二部分：VVVV：系数本身编码4. 4.2压缩标准：连续调图像压缩

14、第四章像压缩第四节压缩标准-AC的编码方式区间AC哈夫曼编码表0/01010(=EOB)40/6111000 120/10030/71111000140/20140/81111110110 180/310060/911111111100000100/4101180/A11111111100000110/511010101/111005行程/区间 编码长度 行程/区间 编码长度第四章4. 4.2压缩标准：连续调图像压缩4. 4.2压缩标准：连续调图像压缩像压缩第四节压缩标准-AC的编码方式举例：0 -7RRRR = 1查表得区间号：SSSS = 3RRRR/SSSS = 1/3 查表得：1111

15、001VVVV = -7111 求反得：000最后编码：11110010004. 4.2压缩标准：连续调图像压缩第四章图像压缩第四节压缩标准符号编码完成后的编码数组（重排的）是：1010110 0100 001 0100 0101 100001 0110100011 001 100011 001 001 10010111100110 110110 0110 11110100 000 1010-其中空格是为了可阅读性而插入的-完成编码的重排数组的总位数是92,不压缩需要 8x8x8=512位。结果的压缩率是512/92,或5.6:1。第四章图像压缩第四节压缩标准4.4.2压缩标准：连续调图像压缩

16、-连续帧单色、彩色压缩连续帧图像的定义连续帧图像压缩的基本思想帧间运动补偿预测编码技术H. 261标准 MPEG1/2/4/7 标准4. 4.2压缩标准：连续调图像压缩第四章图像压缩第四节压缩标准第四章图像压缩第四节压缩标准4.4.2压缩标准：连续调图像压缩连续帧图像的定义-由多幅尺寸相冋的静止图像组成的图像 序列，被称为连续帧图像。-与静止帧图像相比，连续帧图像多了一 个时间轴，成为三维信号，因此连续帧图 像也被称为三维图像。连续帧图像压缩的基本思想-基于如下基本假设：在各连续帧Z间存在简单的相关性平移运动。 一个特定画面上的像素量值：1）可以根据風帧附近像索来加以预测，被称为： 帧内编码技

17、术2）町以根据附近帧中的像素来加以预测,被称为: 勉编码技术4. 4.2压缩标准：连续调图像压缩第四章像压缩第四节压缩标准第四章4.4.2压缩标准：连续调图像压缩像压缩第四节压缩标准帧间运动补偿预测编码技术-帧间预测编码运动补偿预测帧间误差图像输入图像块 fn帧间 预测器压缩图像块叶n运动补偿预测图像连续帧图像压缩的基本思想-通过减少帧间图像数据冗余,来达到减少数据量、压缩 连续帧图像体积的目的。-将连续帧图像序列，分为参考帧和预测帧,参考帧川静 止图像压缩方法进行压缩，预测帧对帧差图像进行压缩。 由于帧差图像的数据暈大大小于参考帧的数据暈,从而 可以达到很高的压缩比。第四章图像压缩第四节压缩

18、标准4. 4.2压缩标准：连续调图像压缩帧间运动补偿预测编码技术-帧间预测编码向前预测前一帧 当前帧双向预测前一帧 当前帧 下一帧第四章图像压缩第四节压缩标准4. 4.2压缩标准：连续调图像压缩帧间运动补偿预测编码技术-帧间预测编码 I帧-不进行预测、进行帧内编码的编码帧（参考帧）P帧-通过向前预测得到的误差编码帧B帧-通过双向预测得到的误差编码帧-因图像序列存放在存储器中，可以使用下一帧4. 4.2压缩标准：连续调图像压缩第四章像压缩第四节压缩标准第四章4.4.2压缩标准：连续调图像压缩帧间运动补偿预测编码技术-编码中的运动补偿运动补偿概念是以对帧间运动的估算为基础的， 若物体均在空间上有一

19、位移，那么用有限的运动 参数來对帧间的运动加以描述，如对于像素的平 移运动，可用运动矢量來描述。一个來自前一编码帧的运动补偿预测像素，就能 给出一个当前像素的最佳预测。预测误差和运动 矢量一同参与编码。4. 4.2压缩标准：连续调图像压缩像压缩第四节压缩标准帧间运动补偿预测编码技术-编码中的运动补偿由于一些运动矢量之间的空间相关性通常较高， 因此，一个像素的运动矢量，可以代表一个相 邻像素块的运动。实现中，画而一般划分成一些不连接的像素块 （在MPEG1和MPEG2标准中一个像素块为16X16像 素），对丁每个这样的像素块，只估算个运 动矢応。4. 4.2压缩标准：连续调图像压缩第四章图像压缩

20、第四节压缩标准帧间运动补偿预测编码技术-编码中的运动补偿举例：常用的基于块的运动估算和补偿块匹配法第四章图像压缩第四节压缩标准4.4.2压缩标准：连续调图像压缩-H. 261263标准 H. 261263标准是由CCITT制定的-ccitt国际电话与电报咨询委员会，它现在被称 为itu-1 （国际标准化组织电讯标准化分部）， 是世界上主要的制定和推广电讯设备和系统标准 的国际组织.它位于瑞士的geneva.4. 4.2压缩标准：连续调图像压缩第四章4. 4.2压缩标准：连续调图像压缩像压缩第四节压缩标准第四章4. 4.2压缩标准：连续调图像压缩-H. 261标准应用范围：ISDN的视频会议主要

21、编码技术：- DCT变换-向前运动补偿预测-Zig-zag排序-霍夫曼编码IPPPPPPIPPP4. 4.2压缩标准：连续调图像压缩像压缩第四节压缩标准-H. 263标准应用范围：可视电话主要编码技术：- DCT变换-双向运动补偿预测-Zig-zag排序-霍夫曼编码IBBPBBPBBTBBP 4. 4.2压缩标准：连续调图像压缩第四章图像压缩第四节压缩标准-MPEG1/2/4/7 标准 MPEG1/2/4/7 标准由 ISO/IEC 制定的ISO是国际标准化组织IEC是国际电工委员会，是非政府性国际 组织，是世界上成立最早的专门国际标准 化机构。正式成立于1906年。第四章图像压缩第四节压缩标

22、准4. 4.2压缩标准：连续调图像压缩- MPEG 1标准应用范围：视频CD_ROM存储、视频消费 主要编码技术：-DCT变换-前向、双向运动补偿预测- Zig-zag排序-霍夫曼编码、算术编码-每15帧至少要有一个I帧IBBPBBPBBIBBP 4. 4.2压缩标准：连续调图像压缩第四章图像压缩第四节压缩标准第四章图像压缩第四节压缩标准-MPEG2标准应用范围：数字电视、高质量视频、有线 电视、视频编辑、视频存储主要编码技术：-DCT变换-前向、双向运动补偿预测-Zig_zag排序-霍夫曼编码、算术编码-每15帧至少要有一个I帧IBBPBBPBBIBBP 4. 4.2压缩标准：连续调图像压缩

23、-MPEG4标准应用范围：互联网、交互视频、移动通信主要编码技术：-DCT变换、小波变换-前向、双向运动补偿预测-Zig-zag排序脸部动画、背影编码-霍夫曼编码、算术编码-每15帧至少耍有一个I帧IBBPBBPBBIBBP 4. 4.2压缩标准：连续调图像压缩第四章像压缩第四节压缩标准-MPEG7标准下节课介绍第四章4.4.3压缩标准：二值图像压缩像压缩第四节压缩标准二值图像压缩标准-基本思想-一维压缩-二维压缩- CCITT Group3CCITT Group44. 4.3压缩标准：二值图像压缩第四章4. 4.3压缩标准：二值图像压缩像压缩第四节压缩标准第四章4. 4.3压缩标准：二值图像压缩-基本思想：-采用行程