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第9章图像压缩标准(1)Slide1内容➢静止图像压缩编码标准JPEG➢静止图像压缩编码标准JPEG2000一、静止图象压缩编码标准JPEG(ISO/IEC10918)Slide3引言•JPEG应满足下列需求：–可

处理各种连续色调的彩色（黑白）图象–算法先进，图象质量可达“verygood/excellent”–压缩比及图象质量可选择（控制）（以CCIR601型测试图像为例，JPEG算法能达到的典型压缩比率为24:1,几乎没有视觉效果上的差异）–复杂度适中（软件方面，

不到1000行的程序即可实现基本系统；硬件方面，专用芯片能实现JPEG算法）–算法是完全对称的Slide4JPEG标准的划分–4种编码模式：•losslessencodingmode•DCT_basedsequentialencoding•

DCT_basedprogressiveencoding•DCT_basedhierarchicalencoding–3种技术层次(按算法的复杂性):•基本系统（BaselineSystem)•扩展系统（ExtendedSystem,提供二进制算术编码）•专用

无损失系统（IndependentSystem）。Slide5JPEG无损编码模式预测编码entropycoding源图象压缩图象表mode•效果–无失真–压缩比为2~3倍–8种预测公式适用于不同类型图象Slide6预测公式(JPEG)预测值=A*Xa+B*Xb+C

*XcModeABC0000110020103001411-1510.5-0.560.51-0.5700.50基于DCT的顺序编码Slide8JPEG顺序编码基本流程Slide9预处理和FDCT•将RGB颜色空间转换为YCbCr空间•把每

个图象分量均划分为若干8*8的子块•变换前,需对象素值进行电平偏移,即[0,2P-1]→[-2P-1,2P-1-1]•变换后,得到的F(u,v)其动态范围是:[-2P+2-1,2P+2-1]Slide10颜色转换Y=(77/256)*R+(150/256)*G+(29/2

56)*BCr=(131/256)*R-(110/256)*G-(21/256)*B+128Cb=-(44/256)*R-(87/256)*G+(131/256)*B+128012345Y(16x16)U(8x

8)V(8x8)Slide11–量化表161110162440516117182447999999991212141926586055182126669999999914131624405769562426569

999999999141722295187806247669999999999991822375668109103779999999999999999243555648110411392999999999999999949

647887103121120101999999999999999972929598112100103999999999999999999亮度量化表V(u,v)=色度量化表V(u,v)=DCT系数的量化–量化处理(其中,Q(u

,v)=Q*V(u,v),Q越小，CR越低，图像质量越好)Slide12量化示例1Slide13逆量化示例1Slide14量化示例2Slide15逆量化示例2Slide16直流系数DCi的处理FQ(0,0)是子图象块的直流系数,一幅图象的所有直流系数使用DPCM编码,即:△DCi=DCi+1-

DCi如果直流系数是150，155，149，152，144，则差分后的结果为：150，5，-6，3，-8DCiDCi+1子图象块图象FQ(0,0)Slide17交流系数AC的处理•将FQ(u,v)按“Z”字形排成一个一维数组ZZ(1..63)：ZZ(1)ZZ(63)

Slide184x4子图像块编码实例0791-20-10-10-12-100139144149153144151153156150155160163159161162160originalimageDCT1260-1-12-5-23-17-6-3-11-9-2

2-7-201DCcomponentACcomponentsQuantize790-10-2-100-1-1000000zigzag790-2-1-1-100-10000000run-lengthcodeHuffmancode10011011100011...codedbitst

ream<10bits(0.55bits/pixel)Slide19交(直)流系数的VLI编码•对ZZ(1..63)中的“0”进行游程编码,从而产生如下一串符号对：SSSSVLI可表示的数值1234510-1;1-3,-2;2,3-7,.

..,-4;4,...,7-15,...,-8;8,...,15-31,...,-16;16,...,31-1023,...,-512;512,...,1024NNNN可变长整数(VLI)SSSS符号1符号2游程长度非零值的

位数(4位)(4位)(SSSS位)若符号1=F0,则表示连续16个“0”,若符号1=00,则表示子块全部结束.直流系数差分值DCi也用两个符号表示:可变长整数(VLI)SSSS符号1符号2非零值的位数(4位)(SSSS位)非零值的VLI码150，5，-6，3，-8Sli

de20符号1的Huffman编码•直流系数符号1的Huffman码表亮度分量色度分量SSSS码长代码码长代码0200200130102012301121033100311043101411105311

05111106411106111110751111071111110861111108111111109711111109111111110108111111101011111111101191111111101111111111110•交流系数符号1的Huffman码表（略）Slide21

JPEG压缩编码过程图解DCTZig-zagQuantizeRun-lengthCodeHuffmanCode011010001011101...Slide22ExamplesUncompressed(262KB)Compressed(50)(22KB,12:1)Compres

sed(1)(6KB,43:1)Errors:Slide234.DCT_based累进编码1098765101263FDCTQEncropycoder(缓冲器)频谱选择法连续逼近法DCT系数位序号AC系数n1子图像块Slide24ExamplesofProgressiveJPEG

Slide25++_JPEG编码JPEG解码插值JPEG解码插值存储1/11/41/161/641/256分辨率由低到高的图象显示原始图象组压缩后的图象(传输信道)原始图象5.DCT_based层次编码Slid

e265.DCT_based层次编码•目的:高分辨率图像在任意分辨率设备上输出(scalable).•算法：1.把原始图象分辨率逐级降低(subsampling)，得到一组分辨率由低到高的图象;2.把分辨率最低的图象进行JPEG压缩编码;3.解码，重建该图象。然后用

插值方法提高其分辨率，作为高一级分辨率原始图象的预测图象;4.求出预测图象与相应原始图象的差值图象，对差值图象进行JPEG压缩编码;5.重复3和4，直到达到原始图象最高分辨率为止.Slide27JPEG文件格

式Slide28JPEG的压缩比与图象质量•压缩比(CR)CR=原始图象的数据量/压缩后图象的数据量压缩后图象象素的比特数=原始图象象素的比特数/CR•压缩比的控制(Q因子)量化矩阵Q[u,v]=(Q/50)*V[u,v]

•Q越小，CR越低，图象质量越好；•Q越大，CR越高，图象质量越差Slide29JPEG的压缩比与图象质量•图象质量(8bits/pel的彩色图象经JPEG压缩处理后的质量效果)压缩比(CR)bits/pel效果16~32倍0.25~0.5

中等—好，能满足应用要求10~16倍0.5~0.75好—很好，能满足多数用要求5~10倍0.8~1.6极好，能满足大多数要求2~5倍1.6~4几乎无失真Slide30例高质量55KB中高质量15KB中等质量8KB中低质量6KB低质量5KB