L图像压缩JPEG标准分析.ppt

静止图像压缩技术及标准 陈科文 主讲 主 要 内 容 图像和视频压缩技术综述 静止图像压缩 JPEG 标准 JPEG标准简介 无失真编码(预测编码) 有失真编码(基于DCT) 顺序操作与累进操作 分层操作编码方式 JPEG 2000 标准介绍 JPEG 标准特点 离散小波变换（DWT） 一、图像与视频压缩 技术综述 1.1 图像和视频压缩编码的基本方法 二、静止图像压缩标准 2.1 引言 静止图像压缩，已有多个国际标准，如: ISO 制订的 JPEG（Joint Photographic Experts Group）标准、JBIG（Joint Bilevel Image Group）标准、JPEG 2000 标准、ITU－T 的 G3、G4 标准等。 特别是 JPEG 标准，适用黑白及彩色照片、彩色传真和印刷图片，可以支持很高的图像分辨率和量化精度。 2.2 JPEG 标准简介 JPEG 标准概述: JPEG 标准 是“连续色调、多级灰度的静止图像压缩编码”的国际标准（ISO/IEC 10918），它是由 ISO 和 IEC 两个机构联合组成的一个图像专家组（Joint Photographic Experts Group, 简称 JPEG）制定的。 JPEG 是一个适用范围很广的图像压缩标准。 2.2 JPEG 标准简介 JPEG 算法 特点: 压缩比高，图像质量保真度好； ??能适应任何类型的连续色调的数字图像的压缩 （图像大小/长宽比、图像内容、彩色空间、统计特性等都不受限制，但不包括二值图像）； ? ?用户可以选择图像质量效果和压缩比 ； ?计算复杂度可以控制（能满足软硬件实现的计算需求）； ?? 支持多种操作方式。 2.2 JPEG 标准简介 JPEG 算法 的四种操作方式： 无失真编码 解码后图像能完全复原； 顺序编码 各图像分量一次扫描完成编码； 累进编码 编码需多次扫描，恢复图像由粗糙到清晰； 分层编码 图像以多个空间分辨率进行编码。 2.3 无失真编码 一、 基于 DPCM 的无失真编码 优点：重建图像质量好，硬件容易实现； 缺点：压缩比太低，大约为 2:1。 2.3 无失真编码 (续) 预测器基于DPCM, 但没有量化器; 预测器可以采用不同的预测方法; 如：三邻域预测法 对预测误差进行熵编码(Huffman或算术编码)。 2.4 有失真编码 二、基于 DCT 的有失真编码 2.4 有失真编码 (续1) 2.4 有失真编码 (续2) JPEG 基本算法的主要计算步骤： 图像数据分块 正向离散余弦变换（FDCT） 量化（Quantization） 之字形扫描（Zig-zag scan） 使用DPCM 对直流系数（DC）进行编码； 使用RLE 对交流系数（AC）进行编码； 熵编码（Entropy coding） 2.4 有失真编码 (续3) 分块: 将原始图像顺序分成（8×8）的子块； 调节数据取值范围： [ 0, 2p-1 ] ? [ - 2p-1, 2p-1], p 为采样精度 (bit)。 DCT 变换： 压缩性能好（与K-L变换很接近）； 具有可分离特性（二维变换? 一维变换）; 计算复杂度适中，有快速算法 （软硬件实现容易）。 2.4 有失真编码 (续4) DCT 变换: 空间域 ? 频率域， 输出 64 个 DCT 变换系数。 2.4 有失真编码 (续5) 量化: JPEG 采用线性均匀量化器。 量化方法： FQ（u,v）= Integer Round[F(u,v)/Q(u,v))] 其中，F(u,v) 是DCT系数， Q(u,v) 是量化步长。 量化表(给定量化步长)： 由用户规定（ JPEG 给出参考值） 位置、颜色分量不同，量化步长不同。 2.4 有失真编码 (续6) 之字形扫描 ( Zig-zag scan ) 2.4 有失真编码 (续7) 直流系数的编码: DC系数的特点： DC系数的值比较大； 相邻块（8x8）中DC系数值变化不大。 采用 DPCM 编码: 对DC差值：DC(k) – DC(k-1)进行编码。 交流系数的编码： AC系数经之字形扫描，存在许多连续的“0”. AC系数采用RLE(行程编码)。 2.4 有失真编码 (续8) 熵编码: 先将DC码、AC码转换为“中间符号”格式； 再采用可变长编码（VLC）： (1)、中间符号格式： AC：符号 1 (行程，尺寸