,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2.3 静态图象压缩标准JPEG,主讲人：,黄一华,2.3 静态图象压缩标准JPEG主讲人：黄一华,1,看下面这两幅图片：,你能分辨哪一幅是,Bmp,格式，哪一幅是,JPEG,格式吗？,图片1 图片2,Bmp,格式（900,K）,JPEG,格式（40,K）,看下面这两幅图片：你能分辨哪一幅是Bmp格式，哪一幅是JPE,2,为什么会有如此大的差距呢？,JPEG采用了,图象压缩,的技术,为什么会有如此大的差距呢？JPEG采用了图象压缩的技术,3,本节重点内容,JPEG标准的基本系统中压缩过程有哪几步，以及各步的工作原理是什么？,本节重点内容JPEG标准的基本系统中压缩过程有哪几步，以及各,4,2.3.1 JPEG标准的主要内容,JPEG标准选定ADCT作为静态图象压缩的标准化算法,本标准有两大分类。,2.3.1 JPEG标准的主要内容JPEG标准选定ADCT作,5,第一类方式以DCT为基础,缺点：含有量化过程、非可逆,优点：变换系数较少，还原质量高,第二类方式以二维空间DPCM为基础,缺点：压缩率低,优点：可完全复原,第一类方式以DCT为基础,6,2.3.2 JPEG静态图象压缩算法,JPEG定义两种相互独立的基本压缩算法。,1.一种是基于DCT的有失真压缩算法。,2.另一种是基于空间线性预测技术,(DPCM)的无失真压缩算法。,2.3.2 JPEG静态图象压缩算法JPEG定义两种相互独,7,1.基于DPCM的无失真编码,为了满足无失真压缩的需要，JPEG选择的一种简单的预测编码方式。,优点：硬件容易实现，图象重建质量好,缺点：压缩比太低（2：1）,1.基于DPCM的无失真编码为了满足无失真压缩的需要，,8,2.基于DCT的有失真压缩编码（重点）,包括两种不同的系统，基本系统和增强系统，增强系统是基本系统的扩充。,基于DCT编码器的工作原理框图见图2.9。,2.基于DCT的有失真压缩编码（重点）包括两种不同的系统，基,9,FDCT,表说明,熵编码器,量化器,表说明,源图象数据（8*8）,压缩图象数据,编码器,图2.9 基于,DCT,编码过程,FDCT表说明熵编码器量化器表说明源图象数据（8*8）压缩图,10,1.原始图象分割成8*8子块,2.离散余弦变换,3.量化处理,4.DC系数的编码和AC系数的行程编码,5.熵编码,基于DCT的有失真压缩编码,五个步骤：,1.原始图象分割成8*8子块基于DCT的有失真压缩编码五,11,(1).分成8*8子块,原始图象顺序分割成,8*8,子块,（共,64,小块，其中每一块可以作为一个整体对待）,(1).分成8*8子块原始图象顺序分割成8*8子块,12,(2).离散余弦变换,离散余弦正变换（FDCT）,采样精度为P位（二进制），把0,2,p,-1,范围的无符号数变成-2,p-1,2,p-1,的有符号数，作为离散余弦正变换(forward DCT,FDCT)的输入,输出,：经FDCT后输出64个基信号的幅值，即DCT系数。,(2).离散余弦变换离散余弦正变换（FDCT）,13,(3).量化处理,输入：,对,FDCT,输出的,DCT,系数进行量化处理,关键,：找最小量化失真（误差）的量化器。,作用,：在一定主观保真度图象质量前提下，丢掉那些对视觉影响不大的信息，通过量化可调节数据压缩比。,输出,：,DC,系数（直流）和,AC,系数（交流）,(3).量化处理输入：对FDCT输出的DCT系数进行量化处理,14,JPEG采用线性均匀量化器，定义为对64个DCT系数除以量化步长，再四舍五入取整。,F,Q,(u,v)=Integer Round F(u,v)/Q(u,v),Q(u,v)：量化器步长，是量化表的元素。,JPEG采用线性均匀量化器，定义为对64个DCT,15,量化表,量化表系数随DCT系数的位置和彩色分量不同有不同的值，尺寸为8*8，与64个变换系数一一对应。,例子参见教材P28表2.2和2.3表。,量化表,16,(3).DC系数的编码和AC系数的行程编码,输入,：量化后的DC系数和AC系数。,输出,：经DPCM编码后的DC系数，和经行程编码后的AC系数。,(3).DC系数的编码和AC系数的行程编码输入：量化后的DC,17,(3),直流分量DC,（1）.64个变换系数经量化后，坐标 u=v=0 的 F(0,0)称 DC 系数，即直流分量。是64个空域图象采样值的平均值。,（2）.JPEG的量化后的DC系数采用DPCM编码，即对DIFF=DC,i,DC,i-1,编码。,如图：教材29页，图2.11。,（3）.采用这种编码方式的原因：相邻8*8块之间DC系数有较强相关性。,(3)直流分量DC,18,(3),交流分量,其余63个交流系数（AC）采用行程编码。（Z字型扫描）可增加行程中连续0的个数。如图：,DC,AC,01,AC,77,(3)交流分量 DCAC01AC,19,(3),例2.3假设AC系数扫描结果中包含“,3,0,0,0,0,0,12,0,0,0”数据，则对它的行程编码的结果为“,(5,4),(12),”,其中(5,4)占用一个字节存放，(12)占用4位存放。,(3)例2.3假设AC系数扫描结果中包含“,3,0,0,20,(4).熵编码,为了进一步压缩数据，需对DC码和AC行程编码的码字再做基于统计特性的熵编码。,JPEG建议的熵编码是Huffman编码和自适应二进制编码。,输入,：DC码和AC行程编码的码字。,输出,：压缩后的数据。,(4).熵编码为了进一步压缩数据，需对DC码和AC行程编码的,21,熵编码可分成两步进行,（1）先把DC码和形成编码转换成中间符号序列。,（2）然后给这些符号赋予变长码字。,熵编码可分成两步进行,22,（1）.熵编码的中间格式,符号1：,（行程，尺寸）,符号2：（幅值）,行程：前后两个非零AC系数之间连续0 的个数,尺寸：后一个非零AC系数幅值编码所需 比特数,幅值：用以表示非零AC系数的幅值。,范围：,（1）.熵编码的中间格式,23,直流分量DC也有类似于AC系数的编码格式：,符号1：,（尺寸）,符号2：（幅值）,尺寸：DC差值的幅值编码所需比特数。,幅值：DC的幅值，范围：,直流分量DC也有类似于AC系数的编码格式：,24,（2）可变长度熵编码,将63个AC系数表示为符号1和符号2的序列，其中行程长度超过15时，有多个符号1，块结束（EOB）时仅有以个符号1(0,0)。,可变长度熵编码就是对上述序列进行变长编码。,（2）可变长度熵编码,25,五个步骤的关系,前一个步骤的输出是下一个步骤的输入。,过程,：,原始图象,分成8*8块,DCT系数,量化后的DCT系数,编码的DC系数和行程编码的AC系数,熵编码,五个步骤的关系前一个步骤的输出是下一个步骤的输入。,26,(5).压缩比和图象质量,(5).压缩比和图象质量,27,3.基于DCT的累进操作方式编码,以累进的方式对图像进行多次的扫描压缩。,3.基于DCT的累进操作方式编码以累进的方式对图像进行多次的,28,两种累进方式,（1）.频谱选择法,一次扫描中只对64个DCT变换系数中某些频带的系数进行编码。,（2）.按位逼近法,沿着DCT量化系数有效位方向分段累进编码。,两种累进方式（1）.频谱选择法,29,4.基于DCT的分层操作方式,用于：,在必须使用低分辨率的设备来存取或观察高分辨率图象的应用中，这种方式非常有效。,4.基于DCT的分层操作方式用于：,30,课后作业,1。教材第69页，第5题,2。思考：JPEG还有哪些可以改进的地方？,课后作业1。教材第69页，第5题,31,The End,谢谢大家！,The End谢谢大家！,32,