JPEG介绍.ppt

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1、静态图像压缩编码标准-JPEG标准2.1静态图像压缩编码标准JPEG是由联合图像专家组（JointPhotographicExpertsGroup）开发的一种图像压缩标准。JPEG算法在1992年被确定为JPEG国际标准，是国际上彩色、灰度、静止图像的第一个国际标准。JPEG标准是一个适用范围广泛的通用标准。它不仅仅适于静态图像的压缩，电视图像序列的帧内图像的压缩编码也常常采用JPEG压缩标准。2.1.1JPEG标准JPEG：离散余弦变换(DiscreteCosineTransform，DCT)JPEG2000：小波变换(Wavel

2、etTransform)JPEG压缩编码-解压缩算法框图JPEG压缩编码算法的主要步骤正向离散余弦变换(FDCT)。量化(quantization)。Z字形编码(zigzagscan)。使用差分脉冲编码调制(differentialpulsecodemodulation，DPCM)对直流系数(DC)进行编码。使用行程长度编码(run-lengthencoding，RLE)对交流系数(AC)进行编码。熵编码1.正向离散余弦变换下面对正向离散余弦变换(FDCT)变换作几点说明。(1)对每个单独的彩色图像分量，把整个分量图像分成8×8的图像块

3、，如下图所示，并作为两维离散余弦变换DCT的输入。通过DCT变换，把能量集中在少数几个系数上。它的逆变换使用下式计算，(2)DCT变换使用下式计算上面两式中，C(u),C(v)=1/,当u,v=0；C(u),C(v)=1,其他。f(i,j)经DCT变换之后，F(0，0)是直流系数，其他为交流系数。(3)在计算两维的DCT变换时，可使用下面的计算式把两维的DCT变换变成一维的DCT变换两维DCT变换方法2.量化量化是对经过FDCT变换后的频率系数进行量化。量化的目的是减小非“0”系数的幅度以及增加“0”值系数的数目。量化是图像质量下降的最

4、主要原因。对于有损压缩算法，JPEG算法使用均匀量化器进行量化，量化步距是按照系数所在的位置和每种颜色分量的色调值来确定。均匀量化器亮度量化值色度量化值量化量化是一个“多到一”的过程,失真原因关键是找最小量化失真的量化器,JPEG采用线性均匀量化器,定义为对64个DCT系数除以量化步长,然后四舍五入取整:FQ(u,v)=IntegerRound[F(u,v)/Q(u,v)]Q(u,v)是量化器步长,它是量化表的元素。量化表元素随DCT系数的位置和彩色分量不同有不同的值,量化表尺寸为8×8与64个变换系数一一对应。这个量化表应由用户规定

5、(JPEG给出参考值-见表3.1,3.2),并作为编码器的一个输入。3.Z字形编排量化后的系数要重新编排，目的是为了增加连续的“0”系数的个数，就是“0”的游程长度，方法是按照Z字形的式样编排，如下图所示。这样就把一个8*8的矩阵变成一个1*64的矢量，频率较低的系数放在矢量的顶部。4.直流系数的编码8*8图像块经过DCT变换之后得到的DC直流系数有两个特点，一是系数的数值比较大，二是相邻8*8图像块的DC系数值变化不大（具有一定的相关性）。根据这个特点，JPEG算法使用了差分脉冲调制编码(DPCM)技术，对相邻图像块之间量化DC系数的

6、差值(Delta)进行编码，Delta＝DC(0,0)i-DC(0,0)i-1DCi-1DCiblocki-1blocki差=DCi-DCi-15.交流系数（AC）的编码量化AC系数的特点是1*64矢量中包含有许多“0”系数，并且许多“0”是连续的，因此使用非常简单和直观的游程长度编码(RLE)对它们进行编码。为了进一步压缩数据,需对DC码和AC行程编码的码字再做基于统计特性的熵编码。JPEG建议的熵编码是Huffman编码和自适应二进制算术编码。熵编码可分成两步进行:把DC码和AC行程码转换为中间符号序列给这些符号赋以变长码字6.熵编

7、码DC系数熵编码中间格式直流分量DC的熵编码的中间格式由两个符号组成：符号1：(尺寸)SSSS符号2：(幅值)DIFF“尺寸”表示DC差值的幅值编码所需的比特数,而“幅值”表示DC差值的幅值,范围为［-211,211-1］。AC系数熵编码的中间格式AC系数熵编码的中间格式由两个符号组成:符号1:(行程,尺寸)（RRRRSSSS）R/S符号2:(幅值)ACcoefficientsRRRRSSSS76543210第一个字节两个非0值间连续零的个数下一个非0值需要的比特数第二个字节下一个非0值的实际值行程取值范围为1～15,超过15时用扩展符

8、号1(15,0)来扩充,63个AC系数最多增加3个扩展符号1。编码结束时用(0,0)表示。“尺寸”取值范围为0～10。“幅值”用以表示非0的AC系数的值,范围为［-210,210-1］(最长10bit)。对