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多媒体技术基础及应用

多媒体技术基础及应用. 北京广播电视大学　吕小星　副教授. 第 4 章 多媒体数据压缩编码技术. 本章讲课思路 :. 静态图像压缩编码的国际标准 (JPEG). 预测编码. 统计编码. 变换编码. 数据压缩的基本概念. 4.6 多媒体数据压缩编码 的国际标准. 静态图像压缩编码的国际标准 (JPEG). 1 、概述. 1 ） 1986 年成立了联合图片专家组。 JPEG — Joint Photographic Experts Group 主要制定静态图像帧内压缩编码.

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  1. 多媒体技术基础及应用 北京广播电视大学　吕小星　副教授

  2. 第4章 多媒体数据压缩编码技术 本章讲课思路: 静态图像压缩编码的国际标准(JPEG) 预测编码 统计编码 变换编码 数据压缩的基本概念

  3. 4.6 多媒体数据压缩编码的国际标准 静态图像压缩编码的国际标准(JPEG)

  4. 1、概述 1）1986年成立了联合图片专家组。 JPEG—Joint Photographic Experts Group 主要制定静态图像帧内压缩编码

  5. 2）JPEG(Joint Photographic Experts Group)是联合图像专家小组的英文缩写。其中联合的含意是指，国际电报电话咨询委员会(CCITI)和国际标准化协会(ISO)联合组成的一个图像专家小组。

  6. 3）JPEG算法被确定为JPEG国际标准，它是国际上，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。它不仅适于静图像的压缩；电视图像序列的帧内图像的压缩编码，也常采用JPEG压缩标准。

  7. 2、JPEG标准压缩编码算法及其实现技术 JPEG 标准定义了两种基本压缩算法： (1) 基于DCT变换有失真的压缩算法 (2) 基于空间预测编码DPCM的无失真压缩算法。

  8. 预测器 熵编码器 原图象数据 压缩图象数据 表说明 基于空间预测编码DPCM的无失真压缩算法 无失真编码器 DPCM预测编码框图

  9. ^ (1) 预测器 x是预测值 x是该点的实际值 c b a x 预测方法 选择位预测 0 非预测 1 a 2 b 3 c 4 A+B-C 5 A+((B-C)/2) 6 B+((A-C)/2) 7 A+B/2 1、2、3是一维预测 4、5、6、7是二维预测

  10. 基于空间预测编码DPCM的无失真压缩算法 • （2）熵编码器 • 对 - 的差值进行无失真 的熵编码或算术编码 • 压缩比可达2:1倍

  11. 基于DCT变换有失真的压缩算法 8*8块 原图像 数据 熵编 码器 DCT变换 量化器 压缩图像数据 表说明 表说明

  12. 基于DCT变换有失真的压缩算法 1．将图像分成8×8的块 64个像素值 2．进行DCT变换 64个DCT系数 • 3．根据量化表进行量化 64个量化后系数 • 4．根据熵编码表进行熵编码 输出 压缩编码

  13. （1）将图像分成8×8的块 • 分法： 从左到右，从上到下 • 黑白图像：64个灰度值 • 彩色图像：64个亮度分量，64个色差分量 • 例如： • 分辨率为576行×720列的彩色图像 • 有亮度子块：576/8×720/8=6480个 • 有色差子块：576/8×360/8=3240

  14. （2）离散余弦变换(DCT) JPEG采用8×8二维离散余弦变换。 DCT(Discrete Cosine Transform) 分成8 × 8小块。 （1）式中：

  15. （3）量化 • 根据量化表进行量化 • 量化的方法：JPEG在JPEG标准中采用线性均匀量化器。 • 其量化间隔是随传送数据而变

  16. 量化特性

  17. 亮度量化表 对Y分量

  18. 色度量化表 对U V 分量

  19. （4）熵编码 • 根据量化表进行量化 • 量化的方法：JPEG在JPEG标准中采用线性均匀量化器。 • 其量化间隔是随传送数据而变

  20. 对直流分量DC 差分DC编码

  21. AC 系 数 “Z” 字 顺 序 对交流分量，Z字型编码

  22. 用两个字节表示行程编码

  23. 熵编码 对于DC和AC行程码，再作基于统计特性的熵编码。分两步进行： 1. 首先把DC码和AC行程码转换成中间符号序列。

  24. 熵编码 2. 然后对这些符号序列赋以变长的码字。 (1) 中间格式由两个符号组成： • 符号1，行程，尺寸(分组) • 符号2，幅值

  25. 512×512 8×8图像 8×8系数 (量化) 例: 设某亮度子块的序列如下 zz(k) DC,AC01……AC07……AC77

  26. zz(k) K 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9-30 31 32-63 系数12 5 -2 0 2 0 0 0 1 0 -1 0 按JPEG基本系统编码给出该子块的编码。 DC,AC01……AC07……AC77

  27. (1) 对DC系数12，落入(-15..-8，8..15) • 查表4.5 得4； • 查亮度DC系数表4.6 得 101 • 而12为1100 所以得到编码1011100

  28. (2) 对AC系数ZZ(1)=5，落入(-7…-4,4…7) • 查表4.5 得3； • 因为与ZZ(0)间无0个数,所以NNNN=0用 0/3 查亮度AC系数表4.8 得 100 • 而ZZ(1)=5为101 所以得到编码100101

  29. (3) 对AC系数ZZ(2)=-2，落入(-3…-2，2…-2) 查表4.5 得2； • 因为与ZZ(2)间无0个数,所以NNNN=0用 0/2 查亮度AC系数表4.8 得 01 • 而ZZ(2)=-2为01 所以得到编码0101

  30. (4) 对AC系数ZZ(3)=0 ZZ(4)=2 中间有一个0 ZZ(4)=2 查表4.5 得2； • 因为与ZZ(3)间 有1个0,所以NNNN=1用1/2查亮度AC系数表4.8 得 11011 • 而ZZ(4)=2为10 所以得到 ZZ(3)-ZZ(4) 编码1101110

  31. (5) 对AC系数ZZ(5)-ZZ(7)=0 ZZ(8)=1 中间有3个0 ZZ(8)=1 查表4.5 得1； • 因为与ZZ(5)间 有3个0,所以NNNN=3用 3/1 查亮度AC系数表4.8 得 111010 • 而ZZ(8)=1为1 所以得到 ZZ(5)-ZZ(8) 编码1110101

  32. (6) ZZ(9)- ZZ(30)=0 ZZ(31)=-1 0的个数：30-9+1=22 >15 所以先编一个 F/0 ZRL 查表4.8 得到编码11111111001 22-16=6个零 6/11111011 -1 0 编码11110110

  33. (7) ZZ(32)-ZZ(63)=0 用EOB结束（查表4.8）， 0/01010

  34. DC系数12 ZZ(1)=5 ZZ(2)=-2 1011100 100101 0101 ZZ(3)=0 ZZ(4)=2 ZZ(5)-ZZ(7)=0 ZZ(8)=1 1101110 1110101 ZZ(9)- ZZ(30)=0 ZZ(31)=-1 ZZ(32)-ZZ(63)=0 11111111001 11110110 1010

  35. 这两个图表示同一单分量Y U VR G B 压缩图像 数据 熵解码器 逆量化器 IDTC 恢复图像 数据 表说明 表说明

  36. 例如: 某一特定8×8图像块的量化后的DCT系数。 48 12 0 0 0 0 0 0 -10 8 0 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 图(补) 8×8量化后的系数

  37. 基于DCT变换有失真的压缩算法 1．将图像分成8×8的块 64个像素值 2．进行DCT变换 64个DCT系数 • 3．根据量化表进行量化 64个量化后系数 • 4．根据熵编码表进行熵编码 输出 压缩编码

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