第8讲-视频编码标准.ppt

* * 第8讲 图像及视频编码标准 静态图像压缩标准 JPEG 视听会议压缩编码标准H.261 低码率视听会议压缩编码标准H.263 动态图像压缩标准 MPEG 1、图像压缩标准 JPEG压缩标准 对于静止图像压缩标准有：JPEG、JBIG、G3、G4，其中JPEG标准是一个用于灰度或彩色图像的压缩标准，包括无损和有损模式。 JPEG适用于不太复杂或一般取自真实景象的图像压缩。例如用于黑白及彩色照片、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。 JPEG标准提供两种编码方法：基于DCT的有损压缩编码和基于线性预测无损压缩编码。 规定了4种运行模式，以满足各种需要：顺序编码、递增编码、无损编码、分层编码。 A: JPEG无损预测编码算法 基于线性预测和霍夫曼编码，压缩比很低，一般为2：1，主要为了满足一些无损压缩的应用要求。 硬件实现容易，重建图像质量好，可以完全恢复 JPEG无损预测编码框图 原数据图像 预测器 压缩的图像数据 熵编码器 熵编码表 B: JPEG的基于DCT的有损压缩算法步骤 JPEG的基于DCT的压缩编码算法包括基本系统和增强 系统，并定义了顺序方式和递增方式。基本系统只采用顺序工作方式，熵编码时只能采用霍夫曼编码，且只能存储两套码表。 通常，JPEG的一帧源图像包含有1—255个图像成分，称为颜色平面或组元。在源图被分成颜色组元后，进一步将各个组元分成8×8数据元(即像素块)，并按产生的顺序传送给编码器进行处理。每个数据元的处理次序是：从左到右，从上到下逐一组元进行。这就是所谓的“之”字形顺序(即非交错顺序) 。 JPEG定义了“数据元”的概念。在基于DPCM的Codec中，一个样本点就是一个数据元；在基于DCT的Codec中，一个8×8样本块是一个数据元。 像素块和“之”字形处理顺序 (a）8X8像素块；(b)“之”字形顺序 基于DCT编码的过程为：先进行FDCT，再对输出的DCT系数进行量化，目的是去除无明显视觉意义的高频信息。对量化后的DC和AC系数进行DPCM编码或行程编码，最后进行熵编码。编码框图如图： 压缩后 的图像 数据 源图像 数据 块 准 备 8×8 DCT 正变换(FDCT) 量 化 器 熵编 码器 JPEG编码器 量化表 熵编码表 有损压缩DCT编码框图 编码步骤： ①块准备：块准备将一帧帧图像分成8×8的数据块，为了满足DCT变换过程的要求，块准备根据图像的大小化分出亮度块和色差块，同时将原始图像的采样数据从无符号整数变为有符号整数，以此作为FDCT的输入。 ②FDCT：由FDCT将源图像8×8数据块进行变换，利用变换公式进行，图象经过变换后，将每个数据块的数据空间从空间域变换到频率域，输出64个DCT变换系数，包括一个DC系数和63个AC系数。 ③量 化：量化器对每个DCT系数进行量化处理，达到压缩的目的。量化表由开发者制定，输入编码器。JPEG量化采用非线性均匀量化，量化公式为： CQ（u,v）= integer 其中F(u, v)为DCT系数，Q(u,v)是量化器步长，是量化表中的元素。 ④DCT系数的编码：64个变换系数中，DC系数位于左上角，即u=v=0，称为DC分量，是64个图像采样的平均值，其余63个系数为AC分量，量化后通常出现较多的零值。相邻的8×8块之间的DC系数具有很强的相关性，因此JPEG中对DC系数采用DPCM编码，即相邻块之间的DC系数差值为DCj－DCj-1，并且按照Z字形次序进行编码。 F(u,v) Q(u,v) ⑤熵编码 经过DPCM编码的直流项和经过行程编码的交流项仍然 可以压缩，JPEG可以使用霍夫曼编码或自适应二进制算 术编码，对第一个字节进行编码，幅值字节不作编码直接 传送。 ⑥压缩比和图像质量 基于DCT的JPEG标准的压缩是有失真的，重要原因是 DCT变换后系数量化所引起的，压缩效果与图像内容本 身有较大关系。 C、基于DCT的递增系统 不同之处在于累进方式中每个图像分量的编码要经过多次扫描才完成。这种运行模式的优点是可生成预显示的图像，而无需对该图像完全解码，可迅速传输和显示图像。 有两种对量化DCT系数编码的方法：频谱选择和位先逼近。 D、基于DCT的分层操作方式 提供一种“金字塔”式分辨率图像编码，即对一幅原始图像的空间分辨率进行变换，使分辨率在水平和垂直方向分辨率以2倍因子下降。这种运行模式很适合于用低分辨率设备处理高分辨率图像的应用。 JPEG-2000特点： 支持有损和无损压缩 有5种层次的编码形式，支持“感兴趣区域”的压缩质量 支持各种线速度，可以不同的分辨率及压缩率发