多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn).ppt

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1、第4講多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)14.1靜態(tài)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)JPEG24.1.1JPEG標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容ISO/IEC10918號標(biāo)準(zhǔn)“多灰度連續(xù)色調(diào)靜態(tài)圖像壓縮編碼”即JPEG標(biāo)準(zhǔn)，選定ADCT作為靜態(tài)圖像壓縮的標(biāo)準(zhǔn)化算法。該標(biāo)準(zhǔn)為保證通用性，包含以下兩種方式：空間方式可逆編碼空間方式對于基本系統(tǒng)和擴(kuò)展系統(tǒng)來說，被稱為獨立功能。DCT方式非可逆編碼，包含基本系統(tǒng)(必須保證的功能)和擴(kuò)展系統(tǒng)(擴(kuò)充功能)3基本系統(tǒng)是實現(xiàn)DCT編碼與解碼所需的最小功能集，大多數(shù)的應(yīng)用系統(tǒng)只要用此標(biāo)準(zhǔn)，就能基本上滿足要求。擴(kuò)展系統(tǒng)是為了滿足更為廣闊領(lǐng)域的應(yīng)用要求而設(shè)置的。44.1.2JPEG靜態(tài)圖像壓縮算法1.基

2、于DPCM的無失真編碼預(yù)測器熵編碼器表說明無失真編碼器源圖像數(shù)據(jù)壓縮圖像數(shù)據(jù)圖1無失真編碼簡化框圖5基于DPCM的無失真編碼優(yōu)點是硬件易實現(xiàn)，重建圖像質(zhì)量好。缺點是壓縮比太低，大約為2：1。6工作原理是對X的預(yù)測值X’，將X-X’進(jìn)行無失真熵編碼。對X’的求法見圖給出的預(yù)測方式。cbax選擇值預(yù)測選擇值預(yù)測0123非預(yù)測abc4567a+b-ca+(b-c)/2b+(a-c)/2(a+b)/2(a)X鄰域(b)預(yù)測方式圖2預(yù)測器72.基于DCT的有失真壓縮編碼離散余弦變換量化處理DC系數(shù)的編碼和AC系數(shù)的行程編碼熵編碼8圖3基于DCT編碼過程FDCT熵編碼器表說明無失真編碼器源圖像

3、數(shù)據(jù)壓縮圖像數(shù)據(jù)量化器表說明8?8塊（YUV每個分量）9圖4解碼過程熵解碼器IDCT表說明解碼器逆量化器表說明8?8塊壓縮圖像數(shù)據(jù)恢復(fù)的圖像數(shù)據(jù)10離散余弦變換(1)首先把原始圖像順序分割成8×8子塊；(2)采樣精度為P位(二進(jìn)制)，把[0，2P-1]范圍的無符號數(shù)變換成[-2P-1，2P-1]范圍的有符號數(shù)，作為離散余弦正變換(FDCT)的輸入；(3)在輸出端經(jīng)離散余弦逆變換(IDCT)后又得到一系列8×8子塊，需將數(shù)值范圍[-2P-1，2P-1]變換回[0，2P-1]來重構(gòu)圖像。11這里用的8×8FDCT的數(shù)學(xué)定義為：F(u，v)=(1/4)C(u)C(v)[∑x=07∑y=0

4、7f(x，y)·cos((2x+1)u?/16)·cos((2y+1)v?/16)]8×8IDCT的數(shù)學(xué)定義為：f(x，y)=(1/4)[∑u=07∑v=07C(u)C(v)F(u，v)·cos((2x+1)u?/16)·cos((2y+1)v?/16)]其中：C(u)，C(v)=1/√2當(dāng)u，v=0C(u)，C(v)=1其他下面的編碼針對FDCT輸出的64個基信號的幅值(F(0，0)，…，F(xiàn)(7，7)稱作DCT系數(shù))來進(jìn)行12量化處理量化是一個“多到一”的過程，失真原因關(guān)鍵是找最小量化失真的量化器，JPEG采用線性均勻量化器，定義為對64個DCT系數(shù)除以量化步長，然后四舍五

5、入取整：FQ(u，v)=IntegerRound[F(u，v)/Q(u，v)]Q(u，v)是量化器步長，它是量化表的元素。量化表元素隨DCT系數(shù)的位置和彩色分量不同有不同的值，量化表尺寸為8×8與64個變換系數(shù)一一對應(yīng)。這個量化表應(yīng)由用戶規(guī)定(JPEG給出參考值-見后面表格)，并作為編碼器的一個輸入。131611101624405161121214192658605514131624405769561417222951878062182237566810910377243555648110411392496478871031211201017292959811210010399表

6、1亮度量化表1417182447999999991821266699999999242656999999999947669999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999表2色度量化表15量化的作用是在一定主觀保真度圖像質(zhì)量前提下，丟掉那些對視覺影響不大的信息，通過量化可調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)壓縮比。16DC系數(shù)的編碼64個變換系數(shù)經(jīng)量化后，坐標(biāo)u=v=0的F(0，0)稱DC系數(shù)(直流分量)，它即64個空域圖像采樣值的平均值。相鄰8×8塊之間DC系數(shù)有強(qiáng)相關(guān)性。JPEG對量化后的DC系數(shù)采用DP

7、CM編碼，即對DIFF=DCi-DCi-1編碼。…blocki-1blockiDCi-1DCiDC系數(shù)差分編碼17AC系數(shù)的行程編碼其余63個交流系數(shù)(AC)采用行程編碼。從左上方AC0，1開始沿對角線方向“Z”字形掃描直到AC7，7掃描結(jié)束，這樣可增加行程中連續(xù)0的個數(shù)。AC系數(shù)編碼的碼字用兩個字節(jié)表示，如圖所示：圖5Z字形掃描18圖6AC系數(shù)行程編碼碼字兩個非0值間連續(xù)0的個數(shù)表示下一個非0值需要的bit數(shù)下一個非0實際值7430字節(jié)1字節(jié)2例子：對“…，3，0，