[工学]第四章视频压缩标准.ppt

4.1 JPEG标准 JPEG的目标： JPEG用于连续变化的静止图像 连续变化是指灰度等级和颜色两方面的连续变化 静止图像数据压缩标准 JPEG Joint Photo-Graphic Experts Group 联合图像专家组 从1986年正式开始制订,由多个国际组织联合制定: 国际标准组织 ISO 国际电报电话咨询委员会 CCITT(后改为国际电信联盟ITU)。 国际电工委员会(IEC)也参加合作 1992年7月通过了标准的第一部分，后又对有关测试标准草案(即标准的第二部分)作了进一步修改 JPEG包含两种基本压缩方法： 有损压缩：基于DCT的有损压缩，又称为基线顺序编解码(Baseline Sequential Codec)方法 无损压缩：又称预测压缩方法 JPEG编码压缩的基本算法与H.261的帧内模式相似，JPEG标准的图像压缩是在本帧内进行, 与前后帧无关 JPEG可用于活动图像压缩编码，只不过压缩方法只限于帧内进行，不作运动补偿和帧间差运算。这种用于活动图像的压缩技术称作：M-JPEG(Motion-JPEG), 主要用于高质量图像压缩编码方案中，例如电视台节目编辑中 1. 基于DCT的编码器和解码器 基于DCT的JPEG编码器： 基于DCT的JPEG解码器： JPEG标准中的像素 以NTSC制为例，它的视频最高频率为4.2MHz，故抽样频率可取8.4MHz至9MHz NTSC制 行频 行周期 每行的显示时间 若设抽样频率 则 时间内的抽样数N 如下式所示 抽样数N:一行中的显示区或称有效像素区中的像素数 像素形状 又称为纵横比，按JPEG标准规定像素纵横比为1：1，也就是像素为正方形 例如上述NTSC制中一行像素为480个，若像素纵横比为1：1，图像尺寸纵横比为3：4，则一帧图像应有的行数为480×3／4＝360行 光栅转换或扫描转换：NTSC制一帧图像为525行，其中包含两场，若扣除两场的场消隐所需74行，则余451行,转换到360行,则需要并行。按 ，则每10行需要并成8行，这就是图像光栅处理中常用的光栅转换或扫描转换 JPEG压缩流程示意图 2. 离散余弦变换和DCT系数量化 JPEG标准是将“二维”空间的图像数据用离散余弦变换DCT公式变换到二维频域成为二维频率系数。变换后的系数经量化矩阵量化 亮度量化矩阵 色度量化矩阵 量化矩阵量化 正量化： 式中 为DCT系数， 为量化步长 反量化 ： 经Zig-Zag扫描后，把二维量化系数转换为一维数据序列，以便进行熵编码 这种低频在前高频在后Zig-Zag扫描的排列方式也称带状编码，因为它和频带由低到高呈带状一致。这和量化步长逐步提高的方式一致，所以也称门限系数排列方式 对于直流分量DC进行差分脉冲编码 3. 熵编码器 熵编码也称无损编码或无误差编码。熵编码分为两个步骤，其一为中间熵编码，其二是可变长度熵编码 JPEG标准的DCT变换编码、解码过程及熵编码的具体操作方法请见附录 4. 数据交换格式 H.261概述 H.261也称P×64，这是ITU-T（前身为CCITT）最早制定的关于视频编码的国际标准。考虑到ISDN的传输码率以64kbps为单位，因此以p×64kbps（p＝1～30）作为为H.261的标准码率。H.261标准主要用于电视电话和电视会议。它支持QCIF（p=1、2）、CIF（p2）两种图像输入格式。 H.261解决的问题 第一是编码算法问题。确立了一种合理的、保证图像质量且为各国图像编码专家所公认的统一的算法。算法必须能够实时操作，解码延时要短。 第二是与PCM标准兼容的问题。编解码器以64～1920kb／s的工作速率去覆盖N-ISDN或PCM一次群的通道。 第三，解决电视制式不同的问题。为了使同一标准既能用于PAL（625）和NTSC（525）两种电视制式系统，源编码基于中间格式CIF格式，所以输入输必须 经转换到CIF或QCIF格式再进行源编码。 视频编码图像格式一览表 H.261的信源编码框架 H.261的信源编码算法 将预测误差或输入图像划分成为8*8的象素块。进一步，将4个亮度像块和两个在空间位置上与之重叠的色差像块符合成一个16*16的宏块（MB）。 对于帧序列中的第一副图像或景物变换后的第一副图像，采用帧内变换编码：利用8*8的DCT实现。各DCT系数经过线性量化、变长编码后进入缓冲器，根据缓冲器的上溢和下溢，来反馈调节量化器的量化步长，以控制视频编码位流使之与信倒速率相匹配。 H.261的信源编码算法 帧间预测采用混合方法：利用运动补偿预