數(shù)據(jù)壓縮編碼技術與JPEG標準課件.ppt

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1、9.1數(shù)據(jù)壓縮編碼技術概述9.2預測編碼9.3變換編碼9.4統(tǒng)計編碼9.5其他編碼9.6靜態(tài)圖像壓縮標準JPEG數(shù)據(jù)壓縮編碼技術與JPEG標準9.1.1信息為什么能壓縮從信息論的角度來看，壓縮就是去掉信息中的冗余，即保留不確定的信息，去除確定的信息(可推知的)，也就是用一種更接近信息本質(zhì)的描述來代替原有冗余的描述。9.1數(shù)據(jù)壓縮編碼技術概述圖9-1連續(xù)的幾幀畫面存在著相似性9.1.2有損壓縮與無損壓縮多媒體數(shù)據(jù)壓縮可分為有損壓縮和無損壓縮兩類。無損壓縮算法是為保留原始多媒體對象（包括圖像、語音和視頻）而設計的。在無損壓縮中，數(shù)據(jù)在壓縮或解壓縮過程中不會改變或損失，解壓縮產(chǎn)生的數(shù)據(jù)是對原始對

2、象的完整復制。當圖像的冗余度很少（即同類像素重復性很?。r，用無損壓縮技術不能得到可接受的結果，這時就要采用有損壓縮。有損壓縮會造成一些信息的損失，關鍵問題是看這種損失對圖像質(zhì)量帶來的影響。只要這種損失被限制在允許的范圍內(nèi)，有損壓縮就是可接受的。有損壓縮技術主要的應用領域是在影像節(jié)目、可視電話會議和多媒體網(wǎng)絡這樣的由音頻、彩色圖像和視頻組成的多媒體應用中，并且得到了廣泛的應用9.1.3對稱壓縮和不對稱壓縮壓縮技術的基本方式有兩種：即對稱壓縮和不對稱壓縮。在對稱壓縮中，壓縮的算法和解壓縮的算法是一樣的。它是一種可逆操作。對稱壓縮的優(yōu)點在于雙方都以同一種速度進行操作。另一種壓縮技術是不對稱壓縮

3、，是指壓縮和解壓縮的運算速率是互不相同的。9.1.4信息編碼技術的發(fā)展1.經(jīng)典編碼技術2.“第二代”編碼方法9.1.5圖像編碼技術的標準化如果沒有一個共同的標準做基礎，不同系統(tǒng)間不能兼容，除非每一編碼方法的各個細節(jié)完全相同，否則各系統(tǒng)間的聯(lián)接十分困難。圖9-2數(shù)據(jù)壓縮編碼方法的分類9.2.1預測編碼的基本概念預測編碼是數(shù)據(jù)壓縮理論的一個重要分支，它是根據(jù)離散信號之間存在著一定的相關性，利用前面的一個或多個信號對下一信號進行預測，然后對實際值和預測值的差值進行編碼。就圖像壓縮而言，預測編碼可分為幀內(nèi)預測和幀間預測兩種類型。9.2.2差分脈沖編碼-DPCMDPCM（DifferentialPu

4、lseCodeModulation，差分脈沖編碼調(diào)制）與PCM不同，它編碼的不是采樣樣本值，而是樣本值及其預測值的差分，即量化的是已知的樣本值與預測值之間的差值。9.2預測編碼圖9-3DPCM工作原理方框圖9.2.3自適應差分脈沖編碼-ADPCMADPCM是自適應量化和自適應預測方法的總稱。圖9-4ADPCM編碼框圖9.3.1變換編碼的基本方法變換編碼先對信號進行某種函數(shù)變換，從信號的一種表示空間變換到信號的另一種表示空間，然后在變換后的域上，對變換后的信號進行編碼。9.3變換編碼圖9-5變換編碼的工作過程9.3.2離散余弦變換離散余弦變換DCT(DiscreteCosineTransfo

5、rmation)具有快速算法，且易于實現(xiàn)等優(yōu)點，它的快速算法已可由專用芯片來實現(xiàn)，因而被廣泛采用。圖9-6JPEG將源圖像劃分為若干個子塊,每個子塊包含8×8個像素圖9-7一個8×8個像素的子塊的DCT變換公式9-1的物理意義是：這個變換的基本運算是將信號從一種表達形式（空間域，即圖像的像素值）變成另一種等同的表達形式（頻率域，即頻率系數(shù)），并且這種變換過程是可逆的。如果離散余弦變換是不可逆運算（即從DCT系數(shù)中恢復原始像素信息），那么這種變換是毫無意義的。事實上，有一個逆離散余弦變換(IDCT)公式能夠?qū)㈩l率域的數(shù)據(jù)重新轉換為像素值，如公式（9-2）。9.3.3小波變換小波變換是時間(空

6、間)頻率的局部化分析，它通過伸縮平移運算對信號(函數(shù))逐步進行多尺度細化，最終達到高頻處時間細分，低頻處頻率細分，能自動適應時頻信號分析的要求，從而可聚焦到信號的任意細節(jié)，解決了傅立葉變換的困難問題，成為繼傅立葉變換以來在科學方法上的重大突破。圖9-8小波壓縮效果示例（壓縮比:50:1）9.4.1統(tǒng)計編碼的基本概念統(tǒng)計編碼又稱熵編碼，就是利用信源的統(tǒng)計，減少信源所具有的冗余度而縮短了碼長的編碼稱為熵編碼。統(tǒng)計編碼又可分為定長碼和變長碼。常用的統(tǒng)計編碼有霍夫曼（Huffman）編碼、算術編碼和行程編碼三種。9.4統(tǒng)計編碼9.4.2霍夫曼(Huffman)編碼霍夫曼壓縮算法的編碼思想如下：1.

7、信源符號按概率遞減順序排列；2.把兩個最小的概率加起來，作為新符號的概率；3.重復步驟⑴與⑵，直到概率和等于1為止；4.完成上述步驟后，再沿路徑返回進行編碼。圖9-9霍夫曼編碼過程9.4.4行程編碼不需要存儲每一個像素的顏色值，而僅僅存儲一個像素的顏色值，以及具有相同顏色的像素數(shù)目即可，或者存儲一個像素的顏色值，以及具有相同顏色值的行數(shù)。這種壓縮編碼稱為行程長度編碼，用RLE(RunLengthEncoding)表示，具