淺談圖像壓縮算法

《淺談圖像壓縮算法》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。

1、淺談圖像壓縮算法余科亮本文僅討論靜止圖像的壓縮基本算法，圖像壓縮的0的在于以較少的數(shù)據(jù)來表示圖像以節(jié)約存儲費用，或者傳輸時間和費用。JPEG壓縮算法可以用失真的壓縮方式來處理圖像，但失真的程度卻是肉眼所無法辯認(rèn)的。這也就是為什么JPEG會有如此滿意的壓縮比例的原因。下面主要討論，JPEG基木壓縮法。一.JPEG壓縮過程JPEG壓縮分四個步驟實現(xiàn)：1?顏色模式轉(zhuǎn)換及采樣；2.DCT變換；3?量化；4.編碼。二?1?顏色模式轉(zhuǎn)換及采樣RGB色彩系統(tǒng)是我們最常用的表示顏色的方式。JPEG采用的是YCbCr色彩系統(tǒng)。想要用JPEG基本壓縮法處理全彩色圖像，

2、得先把RGB顏色模式圖像數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為YCbCr顏色模式的數(shù)據(jù)。Y代表亮度，Cb和Cr則代表色度、飽和度。通過下列計算公式可完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。Y=0.2990R+0.5870G+0.1140BCb=-O.1687R-0.3313G+0.5000B+128Cr=O.5000R-0.4187G-0.0813B+128人類的眼晴對低頻的數(shù)據(jù)比對高頻的數(shù)據(jù)具有更高的皺感度，事實上，人類的眼睛對亮度的改變也比對色彩的改變要敏感得多，也就是說Y成份的數(shù)據(jù)是比較重要的。既然Cb成份和Cr成份的數(shù)據(jù)比較相對不重要，就可以貝取部分?jǐn)?shù)據(jù)來處理。以增加壓縮的比例。JPEG通常

3、有兩種采樣方式:YUV411和YUV422,它們所代表的意義是Y、Cb和Cr三個成份的數(shù)據(jù)取樣比例。2.DCT變換DCT變換的全稱是離散余弦變換(DiscreteCosineTransform),是指將一組光強(qiáng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成頻率數(shù)據(jù)，以便得知強(qiáng)度變化的情形。若對高頻的數(shù)據(jù)做些修飾,再轉(zhuǎn)回原來形式的數(shù)據(jù)時，顯然與原始數(shù)據(jù)冇些差異，但是人類的眼睛卻是不容易辨認(rèn)出來。壓縮時，將原始圖像數(shù)據(jù)分成8*8數(shù)據(jù)單元矩陣，例如亮度值的第一個矩陣內(nèi)容如下：JPEG將整個亮度矩陣與色度Cb矩陣，飽和度Cr矩陣，視為一個基木單元稱作MCUo每個MCU所包含的矩陣數(shù)量不得超過

4、10個。例如，行和列采樣的比例皆為4:2:2,則每個MCU將包含四個亮度矩陣，一個色度矩陣及一個飽和度矩陣。當(dāng)圖像數(shù)據(jù)分成一個8*8矩陣后，還必須將每個數(shù)值減去128,然后一一代入DCT變換公式中，即可達(dá)到DCT變換的目的。圖像數(shù)據(jù)值必須減去128,是因為DCT轉(zhuǎn)換公式所接受的數(shù)字范圍是在-128到+127之間。DCT變換公式：x,y代表圖像數(shù)據(jù)矩陣內(nèi)某個數(shù)值的坐標(biāo)位置f(x,y)代表圖像數(shù)據(jù)矩陣內(nèi)的數(shù)個數(shù)值u,v代表DCT變換后矩陣內(nèi)某個數(shù)值的坐標(biāo)位置F(u,v)代表DCT變換后矩陣內(nèi)的某個數(shù)值u=0且v=0c(u)c(v)=l/l.414u>0

5、或v>0c(u)c(v)=l經(jīng)過DCT變換后的矩陣數(shù)據(jù)自然數(shù)為頻率系數(shù)，這些系數(shù)以F(0,0)的值最大，稱為DC,其余的63個頻率系數(shù)則多半是一些接近于0的止負(fù)浮點數(shù)，一概稱之為AC。3、量化圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為頻率系數(shù)后，還得接受一項量化程序，才能進(jìn)入編碼階段。量化階段需要兩個8*8矩陣數(shù)據(jù)，一個是專門處理亮度的頻率系數(shù)，另一個則是針對色度的頻率系數(shù)，將頻率系數(shù)除以量化矩陣的值，取得與商數(shù)最近的整數(shù)，即完成量化。當(dāng)頻率系數(shù)經(jīng)過量化后，將頻率系數(shù)由浮點數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)檎麛?shù)，這才便于執(zhí)行最后的編碼。不過，經(jīng)過量化階段后，所有數(shù)據(jù)只保留整數(shù)近似值，也就再度損失了一些

6、數(shù)據(jù)內(nèi)容，JPEG提供的量化表如下：4、編碼Huffman編碼無專利權(quán)問題，成為JPEG最常用的編碼方式‘Huffman編碼通常是以完整的MCU來進(jìn)行的。編碼時，每個矩陣數(shù)據(jù)的DC值與63個AC值，將分別使用不同的Huffman編碼表，而亮度與色度也需要不同的Huffman編碼表，所以一共需耍四個編碼表，才能順利地完成JPEG編碼工作。DC編碼DC是彩采用差值脈沖編碼調(diào)制的差值編碼法，也就是在同一個圖像分量中取得每個DC值與前一個DC值的差值來編碼。DC采用差值脈沖編碼的主要原因是由于在連續(xù)色調(diào)的圖像屮，其差值多半比原值小，對差值進(jìn)行編碼所需的位數(shù)

7、，會比對原值進(jìn)行編碼所需的位數(shù)少許多。例如差值為5,它的二進(jìn)制表示值為101,如果差值為-5,則先改為正整數(shù)5,再將其二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成1的補(bǔ)數(shù)即可。所謂1的補(bǔ)數(shù)，就是將每個Bit若值為0,便改成1；Bit為1,則變成0。差值5應(yīng)保留的位數(shù)為3,下農(nóng)即列出差值所應(yīng)保留的BiI數(shù)與差值內(nèi)容的對照。在差值前端另外加入一些差值的霍夫曼碼值，例如亮度差值為5(101)的位數(shù)為3,則霍夫曼碼值應(yīng)該是100,兩者連接在一起即為10010L下列兩份表格分別是亮度和色度DC井值的編碼表。根據(jù)這兩份表榕內(nèi)容，即可為DC并值加上霍夫曼碼值，完成DC的編碼工作。AC編碼AC編

8、碼方式與DC略有不同，在AC編碼之前，首先得將63個AC值按Zig-zag排序，即按照下圖箭頭所指示的順序出聯(lián)起來。63個