离散余弦转换之影像压缩应用

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1、第7章離散餘弦轉換之影像壓縮應用JPEG1OutlinesJPEG的介紹JPEG壓縮方法JPEG壓縮流程圖JPEG解壓縮流程圖色相轉換取樣離散餘弦轉換量化熵編碼2JPEG的介紹歷史JPEG(JointPhotographicExpertsGroup)ISO與CCITT(1986)首次發表稱為ISO/IEC10918-1(1991)國際標準(1992–)3JPEG的介紹(cont.)考慮一張640480的全彩影像64048038=7372800BitsModem36Kbps7372800/36000=2

2、04.8(sec)=3.41(min)假設JPEG之壓縮率為12(7372800/12)/36000=17.1(sec)時間versus金錢41.基本循序壓縮模式2.漸進式壓縮模式3.無損編碼模式4.階層模式JPEG的壓縮模式5基本循序壓縮模式6漸進式壓縮模式7階層模式１２５４６７３９８縮圖(reduction)擴展圖(expansion)預備編碼值(codedresult)原圖(originalimage)初始圖8壓縮步驟(1)將原圖1縮為1/4大小之圖2(2)將圖2縮為原圖1/8大小之圖3(3)擴展圖3成

3、為圖5(圖3=圖4=圖7)(4)擴展圖5成為圖6(5)圖2-圖5得圖8(6)圖1-圖6得圖9(7)圖7與壓縮過的圖8與圖9儲存入Jpeg檔中(圖8與圖9中的值,差距小適合被壓縮)Jpeg之階層壓縮程序9階層顯示解壓縮步驟顯示圖7將圖8與圖9解壓縮(3)擴展圖7成為圖5(4)擴展圖5成為圖6(5)圖8+圖5得圖2(6)(顯示圖2)(7)圖9+圖6得圖1(8)(顯示圖1)Jpeg之階層解壓縮程序10JPEG壓縮方式1.RGB->YUV(YCbCr)2.Discreet-CosineFourierTransform

4、ation3.有Loss之壓縮11JPEG基本模式壓縮流程圖121.色相轉換R色相轉換GBCrCbY色相轉換示意圖13色相轉換(RGB模式轉換亮度、彩度模式之公式)Y=0.299R+0.587G+0.114BCb=-0.168R-0.331G+0.499BCr=0.500R-0.419G-0.081BY:亮度(灰階)Cb與Cr:彩度可利用人類的眼睛對亮度的敏感度比彩度更高的現象來捨棄一些彩度資訊,以提高壓縮率142.取樣(取原圖1/4之區塊)3232161615將取樣得之區塊作色相轉換R,G,B圖16411

5、取樣示意圖Cb1=(Cb11+Cb12+cb21+Cb22)/4Cr1=(Cr11+Cr12+Cr21+Cr22)/4MinimunCodeUnit(8*8)此6個(8*8)陣列稱為MCU(minimuncodedunit)17211取樣示意圖Cb1=(Cb11+Cb12)/2Cr1=(Cr11+Cr12)/2Cb2=(Cb21+Cb22)/2Cr2=(Cr21+Cr22)/2MCU=(MCU1∩MCU2)183.對MCU中的6個(8*8)陣列做離散餘弦轉換

6、DCTAC係數DC係數空間域頻率域DCT區塊係數種類DC係數與AC係數將以不同的方式壓縮(目的是保留低頻區捨棄高頻區)194.量化每一個DCT區塊中的64個係數必須和一個64個元素的量化表(quantizationtable)做處理,使得區塊中的系數變小,以利於壓縮.Q(x,y)量化表(quantizati

7、ontable)20量化表(quantizationtable)Q(x,y)量化表的設計(重視亮度輕視彩度)量化表必須存放在壓縮檔中亮度區塊常用之量化表範例彩度區塊常用之量化表範例21保留低頻捨棄高頻人類的眼睛對低頻的敏感度比高頻更高的現象來捨棄一些高頻資訊,以提高壓縮率.上頁Q(x,y)量化表中虛線範圍中的數值較大,其目的是為了保留低頻捨棄高頻.22JPEG量化範例圖23量化範例圖原圖區塊量化表量化後的結果當量化表中的數值較大時Jpeg的壓縮率較大245.熵編碼量化後,DC與AC使用不同的編碼方式1.DC

8、用DifferentialPulsCodeModulation2.AC用RLE熵編碼流程圖25DPCM示意圖26DPCM範例圖27熵編碼(常用的資料編以較短的碼,不常用的資料編以較長的碼)DC霍夫曼編碼表1.DC之數值以查此表的方式編碼2.由DiffDC的值查得亮度與彩度的編碼(DiffDC以二進位的方式編碼)28DC編碼實例1.若亮度DiffDC之值為30,則可由上表中查得實線框之資料2.其格式