第7章图像压缩标准.ppt
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1、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,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
2、频影像,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.JBIG,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,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(EO
3、L)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,长度小于63的哈夫曼编码,长度大于63的组合编码,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,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
4、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): 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a0 a1:a0右边下一个改变元素。 a2:a1右边下一个改变元素。 b1:参考行上在a0右边,且与a0值相反的改变元素 b2: b1右边下一个改变元素。,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,(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) ,
5、M:一维行程编码 动作:把a0移到a2。,(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a1,4) 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 0000010,4. 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(
6、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15:1,5. 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,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 打印字符的扫描图象:可提高1.1 1.5倍 计算机生成的打印字符图象:可提高约5倍 用抖动或半调表示的“灰度”图象:可提高2 30倍 可用于渐进(
7、累进)的传输与重建应用,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,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,静止图象压缩国际标准,1. JPEG 基本系统: 交流分量(AC)用变长
8、码编码 直流分量(DC)系数用相对差值进行编码,2. JPEG压缩流程,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 + 0.1140B Cb = 0.1787R 0.3313G +0.5000B +128 Cr = 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
9、128),3. JPEG压缩算法的实现,)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。,用8x8的JEPG基线标准,压缩并重构下列子图 52 55 61 66 70 61 64 73 63 59 66 90 109 85 69 72 62 59 68 113 144 104 66 73 63 58 71 122 154 106 70 69 67 61 68 104 126 88 68 70 79 65 60 70 77 68 58
10、75 85 71 64 59 55 61 65 83 87 79 69 68 65 76 78 94,例子:,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 -15 16 -24 -62 -55 -65 -70 -57 -6 26 -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 -6
11、3 -52 -50 -34,)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 -1,)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
12、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 = -416,亮度的量化模板系数 16 11 10 16 24 40 51 61 12 12 14 19 26 58 60 55 14 13 16 24 40 57 6
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