第11章 静态图像压缩标准JPEG.ppt

多媒体技术基础与应用 11.1 JPEG编码的过程 11.2 新一代静态图像压缩标准—JPEG2000 第11章 静态图像压缩标准JPEG 11.1 JPEG编码的过程 JPEG是一种针对图像而广泛使用的一种有损压缩标准方法。JPEG的标准1992年发布,在1994年获得了ISO 10918-1的认定成为国际标准。这个标准适用范围很广，适用于连续色调静态图像的压缩（即包括灰度图像和彩色图像）。由于JPEG优良的品质，被广泛应用于互联网和数码相机领域。它不仅适用于静止图像的压缩，数字视频序列的帧内图像的压缩编码，也常采用JPEG压缩方法。 JPEG压缩分四个步骤实现 ?颜色模式转换及采样； ?DCT变换； ?量化； ?编码 JPEG的编码步骤 JPEG的解码步骤 颜色空间转换 JPEG算法与彩色空间无关。JPEG算法处理的彩色图像是单独的彩色分量图像，因此它可以压缩来自不同彩色空间的数据，如RGB、YUV和YCbCr。在这个色彩空间中，每个分量、每个像素的颜色深度为255级，用8位二进制代码表示。 RGB颜色空间转换成YCrCb颜色空间 各分量的采样 颜色空间的转换后，然后进行各分量的采样，其目的是使采集到的图像数据有所减少。也就是减少色度的成份（称为"缩减采样"或"色度采样"。在JPEG上这种缩减取样的比例可以是4:4:4（无缩减取样），4:2:2（即Y取4个8×8的宏块，CbCr各取2个8×8的宏块）。 4:2:2格式采样 DCT变换频率域的理解 在频域范围内，二维图像可以分解成不同的频率成分。图像信号的变化与频率域的频率有关。图像的高频与低频是对图像各个位置之间强度变化的一种度量方法。 图像信号的频谱图一般在06MHz范围内，而且一幅图像内，包含了各种频率的分量。但包含的大多数为低频频谱线，只在占图像区域比例很低的图像边缘的信号中才含有高频的谱线。这个是对 JPEG图像压缩的理论依据。 DCT变换频率域的理解 JPEG的量化 　DCT变换的作用是使空间域的能量重新分布，降低图像的相关性。DCT变换本身并不能达到数据压缩的作用，而要实现图像压缩，就要选择适当的比特分配方案和量化方法。 　　量化的作用是在保证主观图像质量的前提下，丢掉那些对视觉效果影响不大的信息。量化是一种降低精度的过程，所以是有损的。 量化后，源图像会产生一定的失真 量化操作 　　这里的量化操作，就是简单地将频率领域上每个数值，除以量化表中对应的值，接着舍位取最接近的整数。这个结果经常会把很多更高频率的成份舍位成为接近0，且剩下很多会变成小的正或负数。这是整个过程中的主要有损运算，也是产生信息损失的根源。由于量化表左上角的值较小，右上角的值较大，这样就起到了保持低频分量，抑制高频分量的目的。 量化的计算公式： 量化值(i,j)＝[F(u,v)／量化矩阵Q(i,j)] 在解码过程中，逆量化公式为： F(u,v)＝量化值(i,j)量化矩阵Q(i,j) JPEG推荐的量化表 编码 直流系数（DC）的编码 因为图像中相邻块之间有很强的相关性，JPEG标准对DC系数采用DPCM编码(差分编码)方法，即对相邻的8×8像素块之间的DC系数的差值进行编码。 相邻的子块DC系数的差值可用公式 表示为： 交流系数（AC）编码与Z形扫描 　　频率矩阵中有63个元素是交流(AC)系数，可采用行程编码进行压缩。需要考虑的问题是：这63个系数应该按照怎么样的顺序排列？为了保证低频分量先出现，高频分量后出现，这63个元素采用了“之”字型(Zig-Zag)的排列方法，称之为Z形扫描。 交流系数（AC）编码与Z形扫描 Z形扫描 　　Z型扫描算法能够实现高效压缩的原因之一是经过量化后，大量的DCT矩阵元素被截成０。而且零值通常是从左上角开始沿对角线方向分布的。由于这么多０值，对０的处理与对其他数的处理不大相同的，采用行程编码算法（RLE）沿Z型路径可有效地累积图像中的０的个数，所以这种编码的压缩效率非常高。 多媒体技术基础与应用