数字图像处理(冈萨雷斯)-8 图像和视频的压缩标准

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1、第8章图像压缩8.1基本概念8.2图像压缩模型8.3信息论基础8.4无损压缩8.5有损压缩8.6图像压缩标准8.7视频压缩标准8.6图像压缩标准制定图像标准的国际组织ISO（InternationalStandardizationOrganization,国际标准化组织）ITU（InternationalTelecommunicationUnion,国际电信联盟），前身是CCITT（国际电话电报咨询委员会）相关工作覆盖了从二值到灰度（彩色）值的静止和运动图像采用的大部分基本技术前面已经介绍，主要包括预测和变换编码技术标准的类型（三类）：(1)二值图像压缩标准：面向传真而设计(2)静

2、止帧黑白、彩色压缩：面向静止的单幅图像(3)连续帧黑白、彩色压缩：面向连续的视频影像8.6.1二值图像压缩标准G3和G4这两个标准是由CCITT的两个小组负责制定的，最初是CCITT为传真应用而设计的。G3采用了非自适应、1-D行程编码技术，对每组N行扫描线中的后N-1行也可使用2-D行程编码。G4是G3的一种简化版，其中只使用2-D行程编码。G3与G4所用的2-D非自适应编码方式与RAC（相对地址编码）很相似。G3的压缩率一般为15：1,G4的压缩率一般比G3高1倍JBIG(JointBi_levelImagingGroup）1991年制定的。因为G3和G4是基于非自适应技术的，

3、所以对半色调灰度图像编码时常产生扩展，JBIG采用一种自适应技术解决这个问题。编码效率提高了，对于打印字符的扫描图像，压缩比可提高1.1～1.5倍，对计算机生成的打印字符图像，压缩比可提高5倍。对抖动或半色调图像，压缩比可提高2～30倍。8.6.1二值图像压缩标准一维压缩:在一维G3方法中，每一行都可用一系列变化码字来编码，从左→右扫描白、黑交替的行程长度。如果行程<63，用表8.14的修正霍夫曼编码得到一个终结编码，如果行程>63，则由由表8.15得到最大可能出现的组合编码，组合编码+终结编码，（实际表-组合编码）该标准要求每行以白开始（行程可为0）每行结束用EOL（000000

4、000001）；同时标记每新幅图像第一行，图像序列结尾用6个连续EOL表示。8.6.1二值图像压缩标准二维压缩:G3、G4中所采用的二维压缩方法是逐行进行的，由黑→白或由白→黑的行程转换位置上均参考a0进行编码，a0是位于当前的编码行，前一编码行叫参考行。对每幅图像的第一行，参考行是一个虚构的白行。图8.44显示了一个扫描行的基本编码过程。在确定完当前参考像素及与此相关的变化像素之后，需作两个测试，以确定一种编码模式编码模式：①通过模式：不重叠②水平模式：001+M（a0a1）+M（a1a2）③垂直模式：见表8.16中的码字（6个）参见右图图8.44几个参量的含义：变化像素：其像素

5、值不同于本行的前一像素的值。a0：是位于每个新编码行的第一个像素的左边的虚拟的白变化像素位置，或由以前的（前边的）编码模式来确定。a1：位于当前行，且在a0右边的下一个变化像素a2：a1右边的位于当前行的下一个变化像素b1：a0右边的，且值与a0相反的，位于前一行的像素b2：b1右边的，位于前一行的下一个变化像素。如果这些元素未被检测到，则它们就被设为一个适当行上最后一个像素，右边的虚拟像素（位置）。8.6.1二值图像压缩标准二维压缩进程参见图8.458.6.2静止图像压缩标准JPEG(JointPictureExpertGroup)由ISO和CCITT联合成立的专家组负责制定静态

6、图像（彩色与灰度图像）的压缩算法。这些标准往往采用有损编码技术如JPEG（DCT），JPEG2000（小波），JPEG-LS（接近无损的自适应预测方案），它包括对平面区域检测和行程编码。JPEG定义了3种编码系统:基于DCT的有损编码基本系统，可用于绝大多数压缩应用场合;（在基本系统中，输入和输出数据的精度限制为8bit，而量化的DCT限制为11bit）用于高压缩比、高精确度或渐进重建应用的扩展编码系统;用于无失真应用场合的可逆压缩无损编码系统;JPEG对录像机质量的静止图像的压缩率一般可达到25:1JPEG基本系统的数据组织8.6.2静止图像压缩标准JPEG基本系统的源图像以帧为

7、单位，每帧最多可包含4个分量图像Ci（i=1,2,3,4）。每个分量图像都顺序分割成一个个8×8的相邻像块，块内64个数据组成一个数据单元（DU）。如果各分量图像是分次扫描逐一得到的，则图像DU是非交织的；若一次扫描完成，则i个分量图像的DU只能是交织的。例如：一帧灰度图像只有一个Y分量（亮度块），最小编码单元MCU就是一个数据单元。而一帧彩色图像可能由4个分量组成：图像数据按DU分割后，以MCU为单位顺序将DU送入下面的JPEG基本系统：例如：一幅彩色图像由3个分量