图像视频编码与表达的理论与方法（PPT讲稿）图像压缩标准JPEG

图像压缩标准JPEG

图像压缩标准JPEG

主要内容 口JPEG背景 口基于DCT的顺序编码模式 口基于DPCM的无损编码模式 口基于DCT的渐进编码模式 口基于DCT的分层编码模式

2 主要内容  JPEG背景  基于DCT的顺序编码模式  基于DPCM的无损编码模式  基于DCT的渐进编码模式  基于DCT的分层编码模式

JPEG背景 a JPEG(Joint Photographic Experts Group) ■由SO和IEC两个组织机构联合组成的一个图像专家小 组 ■负责制定静态的数字图像数据压缩编码标准 口JPEG标准 ■该专家组开发的算法称为JPEG算法 ■JPEG已经成为国际上通用图像的标准 口JPEG标准适用范围 ■灰度图像,彩色图像 静止图像的压缩,视频序列帧内图像压缩 JPEG可以大范围地调节图像码率和质量

3 JPEG背景  JPEG(Joint Photographic Experts Group) ◼ 由 ISO和IEC两个组织机构联合组成的一个图像专家小 组 ◼ 负责制定静态的数字图像数据 压缩编码标准  JPEG 标准 ◼ 该专家组开发的算法称为JPEG算法 ◼ JPEG 已经成为国际上通用图像的标准  JPEG 标准适用范围 ◼ 灰度图像，彩色图像 ◼ 静止图像的压缩，视频序列帧内图像压缩 ◼ JPEG可以大范围地调节图像码率和质量

JPEG背景 口JPEG算法与颜色空间无关 ■对于单色图像,只有一个亮度分量 对于彩色图像,JPEG对每个分量进行单独编码 口颜色空间转换不包含在JPEG算法中 ■对于YUV图像:对于YUV采用不同的分辨率,对每个 不同分量的可以采用不同的量化参数和熵编码表。 可压缩来自不同颜色空间的图像 RGB. CMKY等

4 JPEG背景  JPEG算法与颜色空间无关 ◼ 对于单色图像，只有一个亮度分量 ◼ 对于彩色图像，JPEG对每个分量进行单独编码  颜色空间转换不包含在JPEG算法中 ◼ 对于YUV图像: 对于ＹＵＶ采用不同的分辨率, 对每个 不同分量的可以采用不同的量化参数和熵编码表。 ◼ 可压缩来自不同颜色空间的图像:RGB,CMKY等

JPEG背景 口JPEG核心算法 ■DCT DPCM

5 JPEG背景  JPEG核心算法 ◼ DCT ◼ DPCM

JPEG背景 口对于一个图像分量,JPEG规定了4种运行模式 ■基于DCT的顺序编码模式( baseline codec) 口单遍扫描完成一个图像分量的编码,扫描次序从左到右,从上 到下。 ■基于DPCM差分脉冲编码调制)无损编码模式 口无损编码 口压缩比可以达到21 ■基于DCT的渐进编码模式 口通过多次扫描一幅图像分量的编码,提供了一个由粗到精的渐 进码流结构。 基于DCT的分层编码模式 口提供多分辨率的码流结构

6 JPEG背景  对于一个图像分量，JPEG规定了4 种运行模式 ◼ 基于DCT的顺序编码模式 （baseline CODEC）  单遍扫描完成一个图像分量的编码，扫描次序从左到右，从上 到下。 ◼ 基于DPCM(差分脉冲编码调制)无损编码模式  无损编码  压缩比可以达到2:1 ◼ 基于DCT的渐进编码模式  通过多次扫描一幅图像分量的编码，提供了一个由粗到精的渐 进码流结构。 ◼ 基于DCT的分层编码模式  提供多分辨率的码流结构

基于DCT的顺序编码模式 口算法基本步骤 将原图像用亮度、色差表示(分量图像采样4:1:1) 分成8×8数据块,数据[0-255]转换为[-128~127 进行正向离散余弦变换(FDCT) 量化( (quantization) Z字形排列量化结果( zIgzag scan) 使用DPCM对直流系数OC进行编码 使用行程编码对交流系数(AC)进行编码 熵编码( entropy coding):哈夫曼或算术编码

7 基于DCT的顺序编码模式  算法基本步骤 ◼ 将原图像用亮度、色差表示（分量图像采样4：1：1） ◼ 分成8×8数据块, 数据[0~255]转换为[-128~127] ◼ 进行正向离散余弦变换(FDCT) ◼ 量化(quantization) ◼ Z字形排列量化结果(zigzag scan) ◼ 使用DPCM对直流系数(DC)进行编码 ◼ 使用行程编码对交流系数(AC)进行编码 ◼ 熵编码(entropy coding)：哈夫曼或算术编码

基于DCT的顺序编码模式 口系统框架 8x8 blocks DCT-Based Encoder FDCT Quantizer Entropy fce Table Table Compressed Image Data Specifications Specifications Image Data Figure 1. DCT-Based Encoder Processing Steps DCT-Based Decoder Entropy Dequantizer IDCT Compressed Table Table Reconstructed Image data Specificatie Specifications Image Data Figure 2. DCT-Based Decoder Processing Steps

8 基于DCT的顺序编码模式  系统框架

基于DCT的顺序编码模式 口图像块的划分 8x8 blocks adding of right boundary blocks Padding of ry blocks 480640彩色图像,由亮度Y色差Cb,Cr表示,可划 分为4800亮度块和两份1200色度块

9 基于DCT的顺序编码模式  图像块的划分 480*640彩色图像,由亮度Y 色差 Cb, Cr 表示，可划 分为 4800亮度块和 两份1200色度块

基于DCT的顺序编码模式 口离散余弦变换(DCT 残差图像 残差图像的8×8 DCT系数分布 10

10 基于DCT的顺序编码模式  离散余弦变换(DCT) 残差图像 残差图像的8×8块 DCT系数分布