第七章圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)簡介 7.6.1二值圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)

7.6.2靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)

7.6.3運(yùn)動(dòng)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)第七章圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)簡介 7.6.1二值圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)制定圖像標(biāo)準(zhǔn)的國際組織：

ISO（internationalstandardizationorganization國際標(biāo)準(zhǔn)化組織）ITU（internationaltelecommunicationunion國際電信聯(lián)盟）,其前身為CCITT（國際電報(bào)電話咨詢委員會(huì)）聯(lián)合組織下進(jìn)行制定的標(biāo)準(zhǔn)的類型（三類）：

(1)二值圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)：面向傳真而設(shè)計(jì)連續(xù)調(diào)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)：(2)靜止幀黑白、彩色壓縮：面向靜止的單幅圖像(3)連續(xù)幀黑白、彩色壓縮：面向連續(xù)的視頻影像制定圖像標(biāo)準(zhǔn)的國際組織：7.6.1二值圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)1.基本思想2.一維壓縮3.二維壓縮4.CCITTGroup35.CCITTGroup46.JBIG7.6.1二值圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)1.基本思想：采用行程編碼與靜態(tài)的哈夫曼編碼相結(jié)合由于是二值圖像，不用為灰度值編碼。只給行程長度編碼，且黑和白的長度分別使用不同的編碼。按行壓縮CCITTGroup3采用一維編碼與二維編碼結(jié)合CCITTGroup4采用二維編碼7.6.1二值圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)1.基本思想：7.6.1二值圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)2.一維壓縮的基本思想：1）每一行行首、尾編碼行首：用一個(gè)白行程碼開始。如果行首是黑像素，則 用零長度的白00110101開始。行尾：用行尾編碼字(EOL)000000000001結(jié)束。2）圖像首、尾編碼圖像首行：用一個(gè)EOL開始。圖像結(jié)尾：用連續(xù)6個(gè)EOL結(jié)束。3）圖像內(nèi)部編碼內(nèi)部編碼：長度小于63的用哈夫曼編碼，大于63的用組合編碼：大于63的長度編碼+小于63的余長度編碼7.6.1二值圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)2.一維壓縮的基本思想：7.6.1二值圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)長度小于63的哈夫曼編碼行程長度白編碼 黑編碼0 00110101 00001101111 000111 0102 0111 113 1000 104 1011 0115 1100 001161 00110010 00000101101062 00110011 00000110011063 00110100 000001011011長度小于63的哈夫曼編碼行程長度白編碼 黑編碼0 00長度大于63的組合編碼行程長度白編碼 黑編碼64 11011 0000001111128 10010 000011001000192 010111 000011001001256 0110111 000001011011320 00110110 000000110011384 00110111 0000001101001600 010011010 00000010110111664 011000 00000011001001728 010011011 0000001100101長度大于63的組合編碼行程長度白編碼 黑編碼64 113.二維壓縮

1)基本思想：利用上一行相同改變?cè)氐奈恢茫瑏頌楫?dāng)前行編碼假設(shè)相臨兩行改變?cè)匚恢孟嗨频那闆r很多且上一行改變?cè)鼐喈?dāng)前行改變?cè)氐木嚯x，小于行程的長度，從而可以降低編碼長度a0b1b2a1a2參考行當(dāng)前行3.二維壓縮a0b1b2a1a2參考行當(dāng)前行2)定義幾個(gè)重要符號(hào)：參考行：當(dāng)前處理行的前一行。改變?cè)兀号c前一個(gè)像素值不同的像素參考元素：一共有5個(gè)（當(dāng)前行3個(gè)，參考行2個(gè)）：a0：當(dāng)前處理行上，與前一個(gè)像素值不同的像素。 行首元素是本行的第一個(gè)a0a1：a0右邊下一個(gè)改變?cè)?。a2：a1右邊下一個(gè)改變?cè)?。b1：參考行上在a0右邊，且與a0值相反的改變?cè)豣2：b1右邊下一個(gè)改變?cè)亍0b1b2a1a2參考行當(dāng)前行2)定義幾個(gè)重要符號(hào)：a0b1b2a1a2參考行當(dāng)前行3)編碼方法：對(duì)三種情況的三種編碼方式：（1）通過編碼方式：條件：b2在a1的左邊，排除參考行兩個(gè)改變?cè)囟荚? a1左邊的情況編碼：0001，動(dòng)作：把a(bǔ)0移到b2的下面b1b2a1a2a0新a03)編碼方法：對(duì)三種情況的三種編碼方式：b1b2a1a2a（2）水平編碼方式：條件：a1到b1之間的距離大于3，放棄利用上一行編碼編碼：001+M(a0a1)+M(a1a2)，M：一維行程編碼動(dòng)作：把a(bǔ)0移到a2。a0b1b2a1a2a1b1（2）水平編碼方式：a0b1b2a1a2a1b1（3）垂直編碼方式：條件：a1到b1之間的距離小于等于3，利用上一行編碼。編碼：見CCITT二維編碼表（下頁）動(dòng)作：把a(bǔ)0移到a1a0b1b2a1a2a1b1（3）垂直編碼方式：a0b1b2a1a2a1b14)CCITT二維編碼表

a1與b1的距離 編碼：

a1在b1下面： 1 a1在b1右邊1個(gè) 001 a1在b1右邊2個(gè) 000011 a1在b1右邊3個(gè) 0000011 a1在b1左邊1個(gè) 010 a1在b1左邊2個(gè) 000010 a1在b1左邊3個(gè) 00000104)CCITT二維編碼表開始新行水平方式編碼a0置于a2a0置于b2下a0置于首像素前檢測a1、b1、b2b2在a1左邊a0置于a1|b2a1|3否垂直方式編碼是否通過方式編碼是檢測a2否結(jié)束編碼行是行尾開始新行水平方式編碼a0置于a2a0置于b2下a0置于首像素4.CCITTGroup3基本思想：

Group3標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用了一種非適應(yīng)的，一維和二維混合的行程編碼技術(shù)；在該編碼中，每一個(gè)K行組的最后K-1行（K=2或4），有選擇地用二維編碼方式。對(duì)八幅圖像測試，壓縮比15：15.CCITTGroup4基本思想：

Group4標(biāo)準(zhǔn)是Group3標(biāo)準(zhǔn)簡化或改進(jìn)版本；只用二維壓縮編碼。且為非適應(yīng)二維編碼方法；每一個(gè)新圖像的第一行的參考行是一個(gè)虛擬的白行。G4壓縮比比G3高一倍4.CCITTGroup3基本思想：5.CCITTGro

二值圖象壓縮國際標(biāo)準(zhǔn)6.JBIG

二值圖聯(lián)合組（jointbilevelimaginggroup， JBIG）于1991年制定

采用了自適應(yīng)技術(shù)，提高了壓縮比 打印字符的掃描圖象：可提高1.1~1.5倍 計(jì)算機(jī)生成的打印字符圖象：可提高約5倍 用抖動(dòng)或半調(diào)表示的“灰度”圖象：可提高2~30倍

可用于漸進(jìn)（累進(jìn)）的傳輸與重建應(yīng)用二值圖象壓縮國際標(biāo)準(zhǔn)7.6.2靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)1.JPEG標(biāo)準(zhǔn)簡述2.JPEG壓縮流程3.JPEG壓縮算法的實(shí)現(xiàn)顏色變換零偏置轉(zhuǎn)換頻域變換系數(shù)量化符號(hào)編碼4.JPEG壓縮舉例7.6.2靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)1.JPEG標(biāo)準(zhǔn)簡述1.JPEG標(biāo)準(zhǔn)簡述有三種壓縮系統(tǒng)：（1）基線編碼系統(tǒng)：面向大多數(shù)有損壓縮的應(yīng)用， 采用DCT變換壓縮。（2）擴(kuò)展編碼系統(tǒng)：面向遞進(jìn)式應(yīng)用，從低分辨 率到高分辨率逐步遞進(jìn)傳遞的應(yīng)用（3）獨(dú)立編碼系統(tǒng)：面向無損壓縮的應(yīng)用，采用無損 預(yù)測壓縮，符號(hào)編碼采用霍夫曼或算術(shù)編碼一個(gè)產(chǎn)品或系統(tǒng)必須包括對(duì)基線系統(tǒng)的支持1.JPEG標(biāo)準(zhǔn)簡述靜止圖象壓縮國際標(biāo)準(zhǔn)1.JPEG

基本系統(tǒng)： 交流分量（AC）用變長碼編碼 直流分量（DC）系數(shù)用相對(duì)差值進(jìn)行編碼靜止圖象壓縮國際標(biāo)準(zhǔn)2.JPEG壓縮流程量化器DCT正向變換構(gòu)造8x8的子圖輸入圖像NxN符號(hào)編碼器壓縮圖像顏色空間轉(zhuǎn)換零偏置轉(zhuǎn)換符號(hào)解碼器DCT逆向變換壓縮的圖像合成8x8的子圖解壓圖像顏色空間轉(zhuǎn)換零偏置轉(zhuǎn)換2.JPEG壓縮流程量化器DCT構(gòu)造8x8輸入圖像NxN符1)構(gòu)造子圖像 子圖像尺寸：8x82)顏色空間轉(zhuǎn)換

人眼對(duì)亮度更敏感，提取亮度特征，將RGB轉(zhuǎn)換為YCbCr模型，編碼時(shí)對(duì)亮度采用特殊編碼：

Y=0.299R+0.5870G+0.1140B Cb=–0.1787R–0.3313G+0.5000B+128 Cr=0.5000R–0.4187G–0.0813B+128顏色解碼：

R=Y+1.40200(Cr–128) G=Y–0.34414(Cb–128)–0.71414(Cr–128) B=Y+1.77200(Cb–128)3.JPEG壓縮算法的實(shí)現(xiàn)1)構(gòu)造子圖像 子圖像尺寸：8x83.JPEG壓縮算３）零偏置轉(zhuǎn)換對(duì)于灰度級(jí)是2n的像素，通過減去2n-1，替換像素本身；對(duì)于n=8，即將0~255的值域，通過減去128，轉(zhuǎn)換為值域在-128~127之間的值；目的：使像素的絕對(duì)值出現(xiàn)3位10進(jìn)制的概率大大減少。３）零偏置轉(zhuǎn)換

用8x8的JEPG基線標(biāo)準(zhǔn)，壓縮并重構(gòu)下列子圖52 55 61 66 70 61 64 7363 59 66 90 109 85 69 7262 59 68 113 144 104 66 7363 58 71 122 154 106 70 6967 61 68 104 126 88 68 7079 65 60 70 77 68 58 7585 71 64 59 55 61 65 8387 79 69 68 65 76 78 94例子： 用8x8的JEPG基線標(biāo)準(zhǔn)，壓縮并重構(gòu)下列子圖例子：0偏置轉(zhuǎn)換后-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 -63 -52 -50 -340偏置轉(zhuǎn)換后４）頻域變換產(chǎn)生64個(gè)系數(shù)第一個(gè)系數(shù)稱為直流系數(shù)（DC系數(shù)）其余的63個(gè)系數(shù)稱為交流系數(shù)（AC系數(shù)）正向DCT變換（N=8）后變成-415 -29 -62 25 55 -20 -1 37 -21 -62 9 11 -7 -6 6-46 8 77 -25 -30 10 7 -5-50 13 35 -15 -9 6 0 311 -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 -1４）頻域變換產(chǎn)生64個(gè)系數(shù)正向DCT變換（N=8）后變成５）系數(shù)量化采用閾值作為子圖系數(shù)位置函數(shù)的量化方式

所有子圖使用同一個(gè)全局閾值模板，但閾值的取值，與系數(shù)的位置相關(guān)，閾值模板給出了，不同位置上系數(shù)的相應(yīng)閾值。對(duì)于亮度和顏色使用不同的量化閾值模板，并取整1）正向量化：

Squv=round(Suv/Quv)

其中：Suv是DCT系數(shù)，Quv量化模板系數(shù)2）逆向量化：

Ruv=SquvQuv例：Sq(0,0)=round[-415/16] =round[-25.9]=-26

Ruv(0,0)=-26*16=-416５）系數(shù)量化

亮度的量化模板系數(shù)1611 10 16 24 40 51 6112 12 14 19 26 58 60 5514 13 16 24 40 57 69 5614 17 22 29 51 87 80 6218 22 37 56 68 109 103 7724 35 55 64 81 104 113 9249 64 78 87 103 121 120 10172 92 95 98 112 100 103 99亮度的量化模板系數(shù)

顏色的量化模板系數(shù)1718 24 47 99 99 99 9918 21 26 66 99 99 99 9924 26 56 99 99 99 99 9947 66 99 99 99 99 99 9999 99 99 99 99 99 99 9999 99 99 99 99 99 99 9999 99 99 99 99 99 99 9999 99 99 99 99 99 99 99顏色的量化模板系數(shù)量化變換后的數(shù)組，比例化并消去系數(shù)-26 -3 -6 2 2 0 0 01 -2 -4 0 0 0 0 0-3 1 5 -1 -1 0 0 0-4 1 2 -1 0 0 0 01 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0量化變換后的數(shù)組，比例化并消去系數(shù)６）符號(hào)編碼將量化后的系數(shù)，按之字形重新排序成矢量，全零結(jié)尾用特殊符號(hào)EOB[-26-31-3-2-62-41-41150200-1200000-1-1EOB]DC和AC用不同的方式分別編碼DC的編碼方式（預(yù)測+統(tǒng)計(jì)）：編碼由兩部分組成：區(qū)間號(hào)編碼(SSSS)+系數(shù)預(yù)測誤差本身編碼(VVVV)６）符號(hào)編碼DC的編碼方式（預(yù)測+統(tǒng)計(jì)）第一步：求DPCM(差分脈沖調(diào)制碼)，用當(dāng)前的DC，減去前一個(gè)子圖的DC

VVVV：

DIFF=DC–PRE_DC第二步：根據(jù)DIFF求出區(qū)間號(hào)：SSSS通過DIFF查區(qū)間編號(hào)表得出區(qū)間號(hào)SSSS根據(jù)SSSS查霍夫曼編碼表得出SSSS的霍夫曼編碼第三步：對(duì)VVVV編碼，正數(shù)是自己，負(fù)數(shù)用補(bǔ)碼（求反）DC的編碼方式（預(yù)測+統(tǒng)計(jì)）DC的編碼方式（預(yù)測+統(tǒng)計(jì)）區(qū)間表

范圍 DC差區(qū)間AC區(qū)間

0 0 N/A -1，1 1 1 -3，-2，2，322-7,…,-4，4,…,7 33-15,…,-8，8,…,15 44-31,…,-16，16,…,31 55-63,…,-32，32,…,63 66DC的編碼方式（預(yù)測+統(tǒng)計(jì)） 范圍 DDC的編碼方式（預(yù)測+統(tǒng)計(jì)）區(qū)間DC霍夫曼編碼表區(qū)間 編碼長度區(qū)間 編碼長度

0010361110101011471111012210058111110143005911111101641017A111111101851108B11111111020DC的編碼方式（預(yù)測+統(tǒng)計(jì)）區(qū)間 編碼長度DC的編碼方式（預(yù)測+統(tǒng)計(jì)）例子：DC=-26 PRE_DC=-17 DIFF=-26-（-17）=-9

用-9查區(qū)間表得：SSSS=4

用4查霍夫曼編碼表得：霍夫曼編碼：101

VVVV=-9

二進(jìn)制編碼為:1001

求反: 1001=0110

最后的編碼為:101+0110=1010110長度為7位解碼時(shí)如果VVVV部分首位為0為負(fù)數(shù)PreDC-17DC-26DC的編碼方式（預(yù)測+統(tǒng)計(jì)）PreDCDC符號(hào)編碼AC的編碼方式編碼由兩部分組成：區(qū)間號(hào)編碼(RRRR/SSSS)+系數(shù)本身(VVVV)第一部分：

SSSS：區(qū)間號(hào)

RRRR：該系數(shù)前值為0的系數(shù)的個(gè)數(shù)。第二部分：

VVVV：系數(shù)本身編碼符號(hào)編碼AC的編碼方式區(qū)間AC霍夫曼編碼表行程/區(qū)間編碼長度行程/區(qū)間編碼長度

0/01010(=EOB)40/6111000120/10030/71111000140/20140/81111110110180/310060/911111111100000100/4101180/A 11111111100000110/511010101/11100 5

AC的編碼方式行程/區(qū)間編碼長度行程/AC的編碼方式舉例：0–7 RRRR=1

查表得區(qū)間號(hào)：SSSS=3 RRRR/SSSS=1/3查表得:1111001

編碼長度10位

VVVV=-7 111求反得:000

最后編碼: 1111001000AC的編碼方式符號(hào)編碼完成后的編碼數(shù)組（重排的）是：10101100100001010001011000010110100011001100011001001100101111001101101100110111101000001010其中空格是為了可閱讀性而插入的完成編碼的重排數(shù)組的總位數(shù)是92，不壓縮需要8x8x8=512位。結(jié)果的壓縮率是512/92，或5.6:1。符號(hào)編碼完成后的編碼數(shù)組（重排的）是：JPEG2000相對(duì)于原始的JPEG標(biāo)準(zhǔn)，在對(duì)連續(xù)色調(diào)靜止圖像的壓縮方面以及對(duì)壓縮數(shù)據(jù)的訪問方面提供了更大的靈活性。以小波編碼為基礎(chǔ)壓縮率比JPEG高30%左右同時(shí)支持有損和無損壓縮,適合保存重要圖片JPEG2000相對(duì)于原始的JPEG標(biāo)準(zhǔn)，在對(duì)連續(xù)色調(diào)靜止圖7.6.3運(yùn)動(dòng)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)1.連續(xù)幀圖像的定義2.連續(xù)幀圖像壓縮的基本思想3.幀間運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測編碼技術(shù)4.H.261標(biāo)準(zhǔn)5.MPEG1/2/4/7標(biāo)準(zhǔn)7.6.3運(yùn)動(dòng)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)1.連續(xù)幀圖像的定義1.連續(xù)幀圖像的定義由多幅尺寸相同的靜止圖像組成的圖像序列，被稱為連續(xù)幀圖像。與靜止幀圖像相比，連續(xù)幀圖像多了一個(gè)時(shí)間軸，成為三維信號(hào)，因此連續(xù)幀圖像也被稱為三維圖像。1.連續(xù)幀圖像的定義2.連續(xù)幀圖像壓縮的基本思想基于如下基本假設(shè)：在各連續(xù)幀之間存在簡單的相關(guān)性平移運(yùn)動(dòng)。一個(gè)特定畫面上的像素量值：1）可以根據(jù)同幀附近像素來加以預(yù)測，被稱為：幀內(nèi)編碼技術(shù)2）可以根據(jù)附近幀中的像素來加以預(yù)測，被稱為：幀間編碼技術(shù)2.連續(xù)幀圖像壓縮的基本思想連續(xù)幀圖像壓縮的基本思想通過減少幀間圖像數(shù)據(jù)冗余，來達(dá)到減少數(shù)據(jù)量、壓縮連續(xù)幀圖像體積的目的將連續(xù)幀圖像序列，分為參考幀和預(yù)測幀，參考幀用靜止圖像壓縮方法進(jìn)行壓縮，預(yù)測幀對(duì)幀差圖像進(jìn)行壓縮由于幀差圖像的數(shù)據(jù)量大大小于參考幀的數(shù)據(jù)量，從而可以達(dá)到很高的壓縮比連續(xù)幀圖像壓縮的基本思想3.幀間運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測編碼技術(shù)幀間預(yù)測編碼+-熵編碼幀間預(yù)測器運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償壓縮圖像塊輸入圖像塊enfnfn運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測幀間誤差圖像運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測圖像3.幀間運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測編碼技術(shù)+熵編碼幀間運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償壓縮圖像前向預(yù)測雙向預(yù)測前一幀當(dāng)前幀前一幀當(dāng)前幀下一幀I幀:不進(jìn)行預(yù)測、進(jìn)行幀內(nèi)編碼的編碼幀（參考幀）;P幀:通過向前預(yù)測得到的誤差編碼幀;B幀:通過雙向預(yù)測得到的誤差編碼幀.因圖像序列存放在存儲(chǔ)器中，可以使用下一幀.前向預(yù)測前一幀當(dāng)前幀前一幀當(dāng)前幀下一幀I幀:不進(jìn)行預(yù)測編碼中的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償概念以對(duì)幀間運(yùn)動(dòng)的估算為基礎(chǔ)的，若物體均在空間上有一位移，那么用有限的運(yùn)動(dòng)參數(shù)來對(duì)幀間的運(yùn)動(dòng)加以描述，如對(duì)于像素的平移運(yùn)動(dòng)，可用運(yùn)動(dòng)矢量來描述。一個(gè)來自前一編碼幀的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測像素，就能給出一個(gè)當(dāng)前像素的最佳預(yù)測。預(yù)測誤差和運(yùn)動(dòng)矢量一同參與編碼。由于一些運(yùn)動(dòng)矢量之間的空間相關(guān)性通常較高，因此，一個(gè)像素的運(yùn)動(dòng)矢量，可以代表一個(gè)相鄰像素塊的運(yùn)動(dòng)。實(shí)現(xiàn)中，畫面一般劃分成一些不連接的像素塊(在MPEGl和MPEG2標(biāo)準(zhǔn)中一個(gè)像素塊為16×16像素)，對(duì)于每一個(gè)這樣的像素塊，只估算一個(gè)運(yùn)動(dòng)矢量。編碼中的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償編碼中的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償舉例：常用的基于塊的運(yùn)動(dòng)估算和補(bǔ)償——塊匹配法K幀K+l幀塊查找窗口編碼中的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償舉例：常用的基于塊的運(yùn)動(dòng)估算和補(bǔ)償——塊匹配4.H.261\263標(biāo)準(zhǔn)H.261\263標(biāo)準(zhǔn)是由CCITT制定的ccitt國際電話與電報(bào)咨詢委員會(huì)，它現(xiàn)在被稱為itu-t（國際標(biāo)準(zhǔn)化組織電訊標(biāo)準(zhǔn)化分部），是世界上主要的制定和推廣電訊設(shè)備和系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的國際組織.它位于瑞士的geneva.4.H.261\263標(biāo)準(zhǔn)H.261標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用范圍：ISDN的視頻會(huì)議主要編碼技術(shù)：DCT變換向前運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測Zig-zag排序霍夫曼編碼IPPPPPPIPPP.....H.261標(biāo)準(zhǔn)H.263標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用范圍：可視電話主要編碼技術(shù)：DCT變換雙向運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測Zig-zag排序霍夫曼編碼IBBPBBPBBIBBP....H.263標(biāo)準(zhǔn)5.MPEG1/2/4/7標(biāo)準(zhǔn)MPEG1/2/4/7標(biāo)準(zhǔn)由ISO/IEC制定的ISO是國際標(biāo)準(zhǔn)化組織IEC是國際電工委員會(huì)，是非政府性國際組織，是世界上成立最早的專門國際標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)。正式成立于1906年。5.MPEG1/2/4/7標(biāo)準(zhǔn)MPEG1標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用范圍：視頻CD_ROM存儲(chǔ)、視頻消費(fèi)主要編碼技術(shù)：DCT變換前向、雙向運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測Zig-zag排序霍夫曼編碼、算術(shù)編碼每15幀至少要有一個(gè)I幀IBBPBBPBBIBBP....MPEG1標(biāo)準(zhǔn)MPEG2標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用范圍：數(shù)字電視、高質(zhì)量視頻、有線電視、視頻編輯、視頻存儲(chǔ)主要編碼技術(shù)：DCT變換前向、雙向運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測Zig-zag排序霍夫曼編碼、算術(shù)編碼每15幀至少要有一個(gè)I幀IBBPBBPBBIBBP....MPEG2標(biāo)準(zhǔn)MPEG4標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用范圍：互聯(lián)網(wǎng)、交互視頻、移動(dòng)通信主要編碼技術(shù)：DCT變換、小波變換前向、雙向運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測Zig-zag排序臉部動(dòng)畫、背影編碼霍夫曼編碼、算術(shù)編碼每15幀至少要有一個(gè)I幀IBBPBBPBBIBBP....MPEG4標(biāo)準(zhǔn)第七章圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)簡介 7.6.1二值圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)

7.6.2靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)

7.6.3運(yùn)動(dòng)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)第七章圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)簡介 7.6.1二值圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)制定圖像標(biāo)準(zhǔn)的國際組織：

ISO（internationalstandardizationorganization國際標(biāo)準(zhǔn)化組織）ITU（internationaltelecommunicationunion國際電信聯(lián)盟）,其前身為CCITT（國際電報(bào)電話咨詢委員會(huì)）聯(lián)合組織下進(jìn)行制定的標(biāo)準(zhǔn)的類型（三類）：

(1)二值圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)：面向傳真而設(shè)計(jì)連續(xù)調(diào)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)：(2)靜止幀黑白、彩色壓縮：面向靜止的單幅圖像(3)連續(xù)幀黑白、彩色壓縮：面向連續(xù)的視頻影像制定圖像標(biāo)準(zhǔn)的國際組織：7.6.1二值圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)1.基本思想2.一維壓縮3.二維壓縮4.CCITTGroup35.CCITTGroup46.JBIG7.6.1二值圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)1.基本思想：采用行程編碼與靜態(tài)的哈夫曼編碼相結(jié)合由于是二值圖像，不用為灰度值編碼。只給行程長度編碼，且黑和白的長度分別使用不同的編碼。按行壓縮CCITTGroup3采用一維編碼與二維編碼結(jié)合CCITTGroup4采用二維編碼7.6.1二值圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)1.基本思想：7.6.1二值圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)2.一維壓縮的基本思想：1）每一行行首、尾編碼行首：用一個(gè)白行程碼開始。如果行首是黑像素，則 用零長度的白00110101開始。行尾：用行尾編碼字(EOL)000000000001結(jié)束。2）圖像首、尾編碼圖像首行：用一個(gè)EOL開始。圖像結(jié)尾：用連續(xù)6個(gè)EOL結(jié)束。3）圖像內(nèi)部編碼內(nèi)部編碼：長度小于63的用哈夫曼編碼，大于63的用組合編碼：大于63的長度編碼+小于63的余長度編碼7.6.1二值圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)2.一維壓縮的基本思想：7.6.1二值圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)長度小于63的哈夫曼編碼行程長度白編碼 黑編碼0 00110101 00001101111 000111 0102 0111 113 1000 104 1011 0115 1100 001161 00110010 00000101101062 00110011 00000110011063 00110100 000001011011長度小于63的哈夫曼編碼行程長度白編碼 黑編碼0 00長度大于63的組合編碼行程長度白編碼 黑編碼64 11011 0000001111128 10010 000011001000192 010111 000011001001256 0110111 000001011011320 00110110 000000110011384 00110111 0000001101001600 010011010 00000010110111664 011000 00000011001001728 010011011 0000001100101長度大于63的組合編碼行程長度白編碼 黑編碼64 113.二維壓縮

1)基本思想：利用上一行相同改變?cè)氐奈恢?，來為?dāng)前行編碼假設(shè)相臨兩行改變?cè)匚恢孟嗨频那闆r很多且上一行改變?cè)鼐喈?dāng)前行改變?cè)氐木嚯x，小于行程的長度，從而可以降低編碼長度a0b1b2a1a2參考行當(dāng)前行3.二維壓縮a0b1b2a1a2參考行當(dāng)前行2)定義幾個(gè)重要符號(hào)：參考行：當(dāng)前處理行的前一行。改變?cè)兀号c前一個(gè)像素值不同的像素參考元素：一共有5個(gè)（當(dāng)前行3個(gè)，參考行2個(gè)）：a0：當(dāng)前處理行上，與前一個(gè)像素值不同的像素。 行首元素是本行的第一個(gè)a0a1：a0右邊下一個(gè)改變?cè)?。a2：a1右邊下一個(gè)改變?cè)?。b1：參考行上在a0右邊，且與a0值相反的改變?cè)豣2：b1右邊下一個(gè)改變?cè)?。a0b1b2a1a2參考行當(dāng)前行2)定義幾個(gè)重要符號(hào)：a0b1b2a1a2參考行當(dāng)前行3)編碼方法：對(duì)三種情況的三種編碼方式：（1）通過編碼方式：條件：b2在a1的左邊，排除參考行兩個(gè)改變?cè)囟荚? a1左邊的情況編碼：0001，動(dòng)作：把a(bǔ)0移到b2的下面b1b2a1a2a0新a03)編碼方法：對(duì)三種情況的三種編碼方式：b1b2a1a2a（2）水平編碼方式：條件：a1到b1之間的距離大于3，放棄利用上一行編碼編碼：001+M(a0a1)+M(a1a2)，M：一維行程編碼動(dòng)作：把a(bǔ)0移到a2。a0b1b2a1a2a1b1（2）水平編碼方式：a0b1b2a1a2a1b1（3）垂直編碼方式：條件：a1到b1之間的距離小于等于3，利用上一行編碼。編碼：見CCITT二維編碼表（下頁）動(dòng)作：把a(bǔ)0移到a1a0b1b2a1a2a1b1（3）垂直編碼方式：a0b1b2a1a2a1b14)CCITT二維編碼表

a1與b1的距離 編碼：

a1在b1下面： 1 a1在b1右邊1個(gè) 001 a1在b1右邊2個(gè) 000011 a1在b1右邊3個(gè) 0000011 a1在b1左邊1個(gè) 010 a1在b1左邊2個(gè) 000010 a1在b1左邊3個(gè) 00000104)CCITT二維編碼表開始新行水平方式編碼a0置于a2a0置于b2下a0置于首像素前檢測a1、b1、b2b2在a1左邊a0置于a1|b2a1|3否垂直方式編碼是否通過方式編碼是檢測a2否結(jié)束編碼行是行尾開始新行水平方式編碼a0置于a2a0置于b2下a0置于首像素4.CCITTGroup3基本思想：

Group3標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用了一種非適應(yīng)的，一維和二維混合的行程編碼技術(shù)；在該編碼中，每一個(gè)K行組的最后K-1行（K=2或4），有選擇地用二維編碼方式。對(duì)八幅圖像測試，壓縮比15：15.CCITTGroup4基本思想：

Group4標(biāo)準(zhǔn)是Group3標(biāo)準(zhǔn)簡化或改進(jìn)版本；只用二維壓縮編碼。且為非適應(yīng)二維編碼方法；每一個(gè)新圖像的第一行的參考行是一個(gè)虛擬的白行。G4壓縮比比G3高一倍4.CCITTGroup3基本思想：5.CCITTGro

二值圖象壓縮國際標(biāo)準(zhǔn)6.JBIG

二值圖聯(lián)合組（jointbilevelimaginggroup， JBIG）于1991年制定

采用了自適應(yīng)技術(shù)，提高了壓縮比 打印字符的掃描圖象：可提高1.1~1.5倍 計(jì)算機(jī)生成的打印字符圖象：可提高約5倍 用抖動(dòng)或半調(diào)表示的“灰度”圖象：可提高2~30倍

可用于漸進(jìn)（累進(jìn)）的傳輸與重建應(yīng)用二值圖象壓縮國際標(biāo)準(zhǔn)7.6.2靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)1.JPEG標(biāo)準(zhǔn)簡述2.JPEG壓縮流程3.JPEG壓縮算法的實(shí)現(xiàn)顏色變換零偏置轉(zhuǎn)換頻域變換系數(shù)量化符號(hào)編碼4.JPEG壓縮舉例7.6.2靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)1.JPEG標(biāo)準(zhǔn)簡述1.JPEG標(biāo)準(zhǔn)簡述有三種壓縮系統(tǒng)：（1）基線編碼系統(tǒng)：面向大多數(shù)有損壓縮的應(yīng)用， 采用DCT變換壓縮。（2）擴(kuò)展編碼系統(tǒng)：面向遞進(jìn)式應(yīng)用，從低分辨 率到高分辨率逐步遞進(jìn)傳遞的應(yīng)用（3）獨(dú)立編碼系統(tǒng)：面向無損壓縮的應(yīng)用，采用無損 預(yù)測壓縮，符號(hào)編碼采用霍夫曼或算術(shù)編碼一個(gè)產(chǎn)品或系統(tǒng)必須包括對(duì)基線系統(tǒng)的支持1.JPEG標(biāo)準(zhǔn)簡述靜止圖象壓縮國際標(biāo)準(zhǔn)1.JPEG

基本系統(tǒng)： 交流分量（AC）用變長碼編碼 直流分量（DC）系數(shù)用相對(duì)差值進(jìn)行編碼靜止圖象壓縮國際標(biāo)準(zhǔn)2.JPEG壓縮流程量化器DCT正向變換構(gòu)造8x8的子圖輸入圖像NxN符號(hào)編碼器壓縮圖像顏色空間轉(zhuǎn)換零偏置轉(zhuǎn)換符號(hào)解碼器DCT逆向變換壓縮的圖像合成8x8的子圖解壓圖像顏色空間轉(zhuǎn)換零偏置轉(zhuǎn)換2.JPEG壓縮流程量化器DCT構(gòu)造8x8輸入圖像NxN符1)構(gòu)造子圖像 子圖像尺寸：8x82)顏色空間轉(zhuǎn)換

人眼對(duì)亮度更敏感，提取亮度特征，將RGB轉(zhuǎn)換為YCbCr模型，編碼時(shí)對(duì)亮度采用特殊編碼：

Y=0.299R+0.5870G+0.1140B Cb=–0.1787R–0.3313G+0.5000B+128 Cr=0.5000R–0.4187G–0.0813B+128顏色解碼：

R=Y+1.40200(Cr–128) G=Y–0.34414(Cb–128)–0.71414(Cr–128) B=Y+1.77200(Cb–128)3.JPEG壓縮算法的實(shí)現(xiàn)1)構(gòu)造子圖像 子圖像尺寸：8x83.JPEG壓縮算３）零偏置轉(zhuǎn)換對(duì)于灰度級(jí)是2n的像素，通過減去2n-1，替換像素本身；對(duì)于n=8，即將0~255的值域，通過減去128，轉(zhuǎn)換為值域在-128~127之間的值；目的：使像素的絕對(duì)值出現(xiàn)3位10進(jìn)制的概率大大減少。３）零偏置轉(zhuǎn)換

用8x8的JEPG基線標(biāo)準(zhǔn)，壓縮并重構(gòu)下列子圖52 55 61 66 70 61 64 7363 59 66 90 109 85 69 7262 59 68 113 144 104 66 7363 58 71 122 154 106 70 6967 61 68 104 126 88 68 7079 65 60 70 77 68 58 7585 71 64 59 55 61 65 8387 79 69 68 65 76 78 94例子： 用8x8的JEPG基線標(biāo)準(zhǔn)，壓縮并重構(gòu)下列子圖例子：0偏置轉(zhuǎn)換后-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 -63 -52 -50 -340偏置轉(zhuǎn)換后４）頻域變換產(chǎn)生64個(gè)系數(shù)第一個(gè)系數(shù)稱為直流系數(shù)（DC系數(shù)）其余的63個(gè)系數(shù)稱為交流系數(shù)（AC系數(shù)）正向DCT變換（N=8）后變成-415 -29 -62 25 55 -20 -1 37 -21 -62 9 11 -7 -6 6-46 8 77 -25 -30 10 7 -5-50 13 35 -15 -9 6 0 311 -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 -1４）頻域變換產(chǎn)生64個(gè)系數(shù)正向DCT變換（N=8）后變成５）系數(shù)量化采用閾值作為子圖系數(shù)位置函數(shù)的量化方式

所有子圖使用同一個(gè)全局閾值模板，但閾值的取值，與系數(shù)的位置相關(guān)，閾值模板給出了，不同位置上系數(shù)的相應(yīng)閾值。對(duì)于亮度和顏色使用不同的量化閾值模板，并取整1）正向量化：

Squv=round(Suv/Quv)

其中：Suv是DCT系數(shù)，Quv量化模板系數(shù)2）逆向量化：

Ruv=SquvQuv例：Sq(0,0)=round[-415/16] =round[-25.9]=-26

Ruv(0,0)=-26*16=-416５）系數(shù)量化

亮度的量化模板系數(shù)1611 10 16 24 40 51 6112 12 14 19 26 58 60 5514 13 16 24 40 57 69 5614 17 22 29 51 87 80 6218 22 37 56 68 109 103 7724 35 55 64 81 104 113 9249 64 78 87 103 121 120 10172 92 95 98 112 100 103 99亮度的量化模板系數(shù)

顏色的量化模板系數(shù)1718 24 47 99 99 99 9918 21 26 66 99 99 99 9924 26 56 99 99 99 99 9947 66 99 99 99 99 99 9999 99 99 99 99 99 99 9999 99 99 99 99 99 99 9999 99 99 99 99 99 99 9999 99 99 99 99 99 99 99顏色的量化模板系數(shù)量化變換后的數(shù)組，比例化并消去系數(shù)-26 -3 -6 2 2 0 0 01 -2 -4 0 0 0 0 0-3 1 5 -1 -1 0 0 0-4 1 2 -1 0 0 0 01 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0量化變換后的數(shù)組，比例化并消去系數(shù)６）符號(hào)編碼將量化后的系數(shù)，按之字形重新排序成矢量，全零結(jié)尾用特殊符號(hào)EOB[-26-31-3-2-62-41-41150200-1200000-1-1EOB]DC和AC用不同的方式分別編碼DC的編碼方式（預(yù)測+統(tǒng)計(jì)）：編碼由兩部分組成：區(qū)間號(hào)編碼(SSSS)+系數(shù)預(yù)測誤差本身編碼(VVVV)６）符號(hào)編碼DC的編碼方式（預(yù)測+統(tǒng)計(jì)）第一步：求DPCM(差分脈沖調(diào)制碼)，用當(dāng)前的DC，減去前一個(gè)子圖的DC

VVVV：

DIFF=DC–PRE_DC第二步：根據(jù)DIFF求出區(qū)間號(hào)：SSSS通過DIFF查區(qū)間編號(hào)表得出區(qū)間號(hào)SSSS根據(jù)SSSS查霍夫曼編碼表得出SSSS的霍夫曼編碼第三步：對(duì)VVVV編碼，正數(shù)是自己，負(fù)數(shù)用補(bǔ)碼（求反）DC的編碼方式（預(yù)測+統(tǒng)計(jì)）DC的編碼方式（預(yù)測+統(tǒng)計(jì)）區(qū)間表

范圍 DC差區(qū)間AC區(qū)間

0 0 N/A -1，1 1 1 -3，-2，2，322-7,…,-4，4,…,7 33-15,…,-8，8,…,15 44-31,…,-16，16,…,31 55-63,…,-32，32,…,63 66DC的編碼方式（預(yù)測+統(tǒng)計(jì)） 范圍 DDC的編碼方式（預(yù)測+統(tǒng)計(jì)）區(qū)間DC霍夫曼編碼表區(qū)間 編碼長度區(qū)間 編碼長度

0010361110101011471111012210058111110143005911111101641017A111111101851108B11111111020DC的編碼方式（預(yù)測+統(tǒng)計(jì)）區(qū)間 編碼長度DC的編碼方式（預(yù)測+統(tǒng)計(jì)）例子：DC=-26 PRE_DC=-17 DIFF=-26-（-17）=-9

用-9查區(qū)間表得：SSSS=4

用4查霍夫曼編碼表得：霍夫曼編碼：101

VVVV=-9

二進(jìn)制編碼為:1001

求反: 1001=0110

最后的編碼為:101+0110=1010110長度為7位解碼時(shí)如果VVVV部分首位為0為負(fù)數(shù)PreDC-17DC-26DC的編碼方式（預(yù)測+統(tǒng)計(jì)）PreDCDC符號(hào)編碼AC的編碼方式編碼由兩部分組成：區(qū)間號(hào)編碼(RRRR/SSSS)+系數(shù)本身(VVVV)第一部分：

SSSS：區(qū)間號(hào)

RRRR：該系數(shù)前值為0的系數(shù)的個(gè)數(shù)。第二部分：

VVVV：系數(shù)本身編碼符號(hào)編碼AC的編碼方式區(qū)間AC霍夫曼編碼表行程/區(qū)間編碼長度行程/區(qū)間編碼長度

0/01010(=EOB)40/6111000120/10030/71111000140/20140/81111110110180/310060/911111111100000100/4101180/A 11111111100000110/511010101/11100 5

AC的編碼方式行程/區(qū)間編碼長度行程/AC的編碼方式舉例：0–7 RRRR=1

查表得區(qū)間號(hào)：SSSS=3 RRRR/SSSS=1/3查表得:1111001

編碼長度10位

VVVV=-7 111求反得:000

最后編碼: 1111001000AC的編碼方式符號(hào)編碼完成后的編碼數(shù)組（重排的）是：10101100100001010001011000010110100011001100011001001100101111001101101100110111101000001010其中空格是為了可閱讀性而插入的完成編碼的重排數(shù)組的總位數(shù)是92，不