第7章图像压缩标准.ppt
Digital Image Processing图像处理实验室 第七章 图像压缩标准简介7.6.1 二值图像压缩标准7.6.2 静止图像压缩标准7.6.3 运动图像压缩标准Digital Image Processing图像处理实验室 制定图像标准的国际组织：ISO（international standardization organization 国际标准化组织）ITU（international telecommunication union 国际电信联盟）,其前身为CCITT（国际电报电话咨询委员会）联合组织下进行制定的 标准的类型（三类）：(1)二值图像压缩标准：面向传真而设计 连续调图像压缩标准：(2)静止帧黑白、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Digital Image Processing图像处理实验室 7.6.1 二值图像压缩标准 1.基本思想 2.一维压缩 3.二维压缩 4.CCITT Group3 5.CCITT Group4 6.JBIGDigital Image Processing图像处理实验室 1.基本思想：采用行程编码与静态的哈夫曼编码相结合 由于是二值图像，不用为灰度值编码。只给行程长度编码，且黑和白的长度分别使用不同的编码。按行压缩 CCITT Group3采用一维编码与二维编码结合 CCITT Group4采用二维编码7.6.1 二值图像压缩标准Digital Image Processing图像处理实验室 2.一维压缩的基本思想：1）每一行行首、尾编码 行首：用一个白行程码开始。如果行首是黑像素，则 用零长度的白00110101开始。行尾：用行尾编码字(EOL)000000000001结束。2）图像首、尾编码 图像首行：用一个EOL开始。图像结尾：用连续6个EOL结束。3）图像内部编码 内部编码：长度小于63的用哈夫曼编码，大于63的用组合编码：大于63的长度编码+小于63的余长度编码7.6.1 二值图像压缩标准Digital Image Processing图像处理实验室 长度小于63的哈夫曼编码行程长度 白编码黑编码000110101000011011110001110102011111310001041011011511000011610011001000000101101062001100110000011001106300110100000001011011Digital Image Processing图像处理实验室 长度大于63的组合编码行程长度 白编码黑编码641101100000011111281001000001100100019201011100001100100125601101110000010110113200011011000000011001138400110111000000110100160001001101000000010110111664011000000000110010017280100110110000001100101Digital Image Processing图像处理实验室 3.二维压缩 1)基本思想：利用上一行相同改变元素的位置，来为当前行编码 假设相临两行改变元素位置相似的情况很多 且上一行改变元素距当前行改变元素的距离，小于行程的长度，从而可以降低编码长度a0b1b2a1a2参考行当前行Digital Image Processing图像处理实验室 2)定义几个重要符号：参 考 行：当前处理行的前一行。改变元素：与前一个像素值不同的像素参考元素：一共有5个（当前行3个，参考行2个）：1.a0：当前处理行上，与前一个像素值不同的像素。行首元素是本行的第一个a02.a1：a0右边下一个改变元素。3.a2：a1右边下一个改变元素。4.b1：参考行上在a0右边，且与a0值相反的改变元素5.b2：b1右边下一个改变元素。a0b1b2a1a2参考行当前行Digital Image Processing图像处理实验室 3)编码方法：对三种情况的三种编码方式：（1）通过编码方式：条件：b2在a1的左边，排除参考行两个改变元素都在 a1左边的情况 编码：0001，动作：把a0移到b2的下面b1b2a1a2a0新a0Digital Image Processing图像处理实验室（2）水平编码方式：条件：a1到b1之间的距离大于3，放弃利用上一行编码 编码：001+M(a0a1)+M(a1a2)，M：一维行程编码 动作：把a0移到a2。a0b1b2a1a2a1 b1Digital Image Processing图像处理实验室（3）垂直编码方式：条件：a1到b1之间的距离小于等于3，利用上一行编码。编码：见CCITT二维编码表（下页）动作：把a0移到a1a0b1b2a1a2a1b1Digital Image Processing图像处理实验室 4)CCITT二维编码表a1与b1的距离编码：a1在b1下面：1 a1在b1右边1个001 a1在b1右边2个000011 a1在b1右边3个0000011 a1在b1左边1个010 a1在b1左边2个000010 a1在b1左边3个0000010Digital Image Processing图像处理实验室 开始新行开始新行水平方式编码水平方式编码a0置于置于a2a0置于置于b2下下a0置于首像素前置于首像素前检测检测a1、b1、b2b2在在a1左边左边a0置于置于a1|b2a1|3否否垂直方式编码垂直方式编码是是否否通过方式编码通过方式编码是是检测检测a2否否结束编码行结束编码行是是行尾行尾Digital Image Processing图像处理实验室 4.CCITTGroup3基本思想：Group3标准应用了一种非适应的，一维和二维混合的行程编码技术；在该编码中，每一个K行组的最后K-1行（K=2或4），有选择地用二维编码方式。对八幅图像测试，压缩比对八幅图像测试，压缩比15：15.CCITTGroup4基本思想：Group4标准是Group3标准简化或改进版本；只用二维压缩编码。且为非适应二维编码方法；每一个新图像的第一行的参考行是一个虚拟的白行。G4压缩比比G3高一倍Digital Image Processing图像处理实验室 二值图象压缩国际标准二值图象压缩国际标准6.JBIG二值图联合组（joint bilevel imaging group，JBIG）于1991年制定 采用了自适应技术，提高了压缩比s打印字符的扫描图象：可提高1.1 1.5倍s计算机生成的打印字符图象：可提高约5倍s用抖动或半调表示的“灰度”图象：可提高2 30倍可用于渐进（累进）的传输与重建应用 Digital Image Processing图像处理实验室 7.6.2 静止图像压缩标准 1.JPEG标准简述 2.JPEG压缩流程 3.JPEG压缩算法的实现 颜色变换 零偏置转换 频域变换 系数量化 符号编码 4.JPEG压缩举例Digital Image Processing图像处理实验室 1.JPEG标准简述有三种压缩系统：（1）基线编码系统：面向大多数有损压缩的应用，采用DCT变换压缩。（2）扩展编码系统：面向递进式应用，从低分辨 率到高分辨率逐步递进传递的应用（3）独立编码系统：面向无损压缩的应用，采用无损 预测压缩，符号编码采用霍夫曼或算术编码一个产品或系统必须包括对基线系统的支持Digital Image Processing图像处理实验室 静止图象压缩国际标准静止图象压缩国际标准1.JPEG 基本系统：交流分量（AC）用变长码编码直流分量（DC）系数用相对差值进行编码 Digital Image Processing图像处理实验室 2.JPEG压缩流程Digital Image Processing图像处理实验室 1)构造子图像 子图像尺寸：8 x 8 2)颜色空间转换 人眼对亮度更敏感，提取亮度特征，将RGB转换为YCbCr模型，编码时对亮度采用特殊编码：Y =0.299R+0.5870G+0.1140BCb=0.1787R 0.3313G+0.5000B+128Cr=0.5000R 0.4187G 0.0813B+128颜色解码：R=Y+1.40200(Cr 128)G=Y 0.34414(Cb 128)0.71414(Cr 128)B=Y+1.77200(Cb 128)v3.JPEG压缩算法的实现Digital Image Processing图像处理实验室 ）零偏置转换 对于灰度级是2n的像素，通过减去2n-1，替换像素本身；对于n=8，即将0255的值域，通过减去128，转换为值域在-128127之间的值；目的：使像素的绝对值出现3位10进制的概率大大减少。Digital Image Processing图像处理实验室 用8x8的JEPG基线标准，压缩并重构下列子图52556166706164736359669010985697262596811314410466736358711221541067069676168104126886870796560707768587585716459556165838779696865767894例子：Digital Image Processing图像处理实验室 0偏置转换后-76-73-67-62-58-67-64-55-65-69-62-38-19-43-59-56-66-69-60-1516-24-62-55-65-70-57-626-22-58-59-61-67-60-24-2-40-60-58-49-63-68-58-51-65-70-53-43-57-64-69-73-67-63-45-41-49-59-60-63-52-50-34Digital Image Processing图像处理实验室）频域变换产生64个系数第一个系数称为直流系数（DC系数）其余的63个系数称为交流系数（AC系数）正向DCT变换（N=8）后变成-415-29-62 25 55-20-1 3 7-21-62 9 11-7-6 6-46 8 77-25-30 10 7-5-50 13 35-15-9 6 0 3 11-8-13-2-1 1-4 1-10 1 3-3-1 0 2-1-4-1 2-1 2-3 1-2-1-1-1-2-1-1 0-1Digital Image Processing图像处理实验室 ）系数量化 采用阈值作为子图系数位置函数的量化方式 所有子图使用同一个全局阈值模板，但阈值的取值，与系数的位置相关，阈值模板给出了，不同位置上系数的相应阈值。对于亮度和颜色使用不同的量化阈值模板，并取整1）正向量化：Squv=round(Suv/Quv)其中：Suv是DCT系数，Quv量化模板系数2）逆向量化：Ruv=Squv Quv例：Sq(0,0)=round-415/16 =round-25.9=-26 Ruv(0,0)=-26*16=-416Digital Image Processing图像处理实验室 亮度的量化模板系数16 11101624405161121214192658605514131624405769561417222951878062182237566810910377243555648110411392496478871031211201017292959811210010399Digital Image Processing图像处理实验室 颜色的量化模板系数17 182447999999991821266699999999242656999999999947669999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999Digital Image Processing图像处理实验室 量化变换后的数组，
