专题3：静止图像编码标准(英)PPT幻灯片
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静止图像编码
§2.2 可逆编码
图1 可逆编解码过程
§2.3 不可逆编码
图2 不可逆编解码过程
第3章 静止图像编码的国际标准
§3.1 JPEG标准
1．JPEG 算法的主要计算步骤
(1)颜色转换。 (2)正向离散余弦变换(FDCT )。 (3)量化(quantization )。 (4)“Z”字形编码(zigzag scan )。 (5)使用差分脉冲编码调制(DPCM )对直流系数(DC )进行编码。 (6) 使用行程长度编码(run—length encoding，RLE)对交流 系数(AC )进行编码。 (7)熵编码(entropy coding )。
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意义
随着多媒体技术的发展， 图像压缩技术不但要求有较高的压缩性能， 而且还要求有新的特征来满足一些特殊的要求。连续色调图像静止图像的 压缩编码的3个国际标准已经应用于广泛的领域中， 包括因特网、数码相 机、打印机和扫描设备等。图像压缩在现代多媒体通信中处于核心地位， 并且压缩的图像可证明为代表当今因特网通信量中的主导资源。
第2章.静止图像编码方法分类
§2.1 静止图像编码方法分类
按照技术原理、应用背景、功能以及用户的要求不同 图像数据压缩的方法可以大致分为两大类：可逆编码和不 可逆编码。可逆编码有时也被称为信息非丢失型编码，同 样，不可逆编码有时也被称为信息丢失型编码。所谓可逆 编码是指编码后的数据在解码以后可以完全的复原为原图 像，而不可逆编码的编码后的数据，在解码以后所复原的 图像与原图像有一定的可以被容忍的误差。
I1=dct2(I)；％对I进行二维DCT，返回的I1包含DCT系数 I2=idct2(I1)；％求二维DCF逆变换，重构图像 subplot(2，2，1)；imshow(I)；
《图像编码》PPT幻灯片PPT
游程长度编码
❖基本原理
对二值图像的每一扫描行来看，总是由若干段连着的黑象素段和 连着的白象素段组成，分别称为“黑长”和“白长”。黑长和白 长总是交替发生。对于不同长度按其发生概率分配以不同长度的 码字，这就是游程长度编码(RLC)。
设二值图象中有长度为1, 2, …，N等不比特率，必须知道图像游程长度的概率分布。这是 十分复杂的测量技术，往往采用某些实用的游程长度概率模型来计算。
准最佳可变长编码
线性码（A码）
线性码是一种码字的长度近似地正比于游程长度，常称为A码。它对每 一个游程长度分配一个或多个固定长度块的二进制码字。如果每一块 有N个比特，则称为AN码。
即每个象素的熵h为用游程长度编码所得的最小比特率的估计值
为了进一步减小比特率，可以将黑长和白长分开分开分别编码，因为它们
出现的概率不同。
N
H w Piw log Piw i 1
H
－－白长熵
w
Piw 白长为 i的概率
对白长进行最优编码后，应该有：
Hw Bw Hw 1 Bw为平均比特数
令Ew为表示白长的平均长度
其后，该委员会与CCITT/SG VIII合并，组成了JPEG(Joint Photograhic Coding Experts Group)。
标准化的要求条件转到使更多的应用环境都能使用标准化编码的目 标上，应用对象扩大到了彩色传真、静止图像、电话会议、印刷及 新闻图片的传送上。 图像表示的对象将硬拷贝也包括了进去，分辨率也从软拷贝用的低 分辨率到硬拷贝用的高分辨率的较宽范围。
于是，
N
Ew iPiw i1
hw
bw
hw
1 Ew
hw
Hw Ew
,
11(1) 图像编码PPT课件
无损压缩
有损压缩
Huffman编码 RLE行程编码 AC算术编码 LZ字典式编码
预测编码 (DCT)变换编码 混合编码
DPCM
JPEG
ADPCM
MPEG
运动补偿（帧间预测）
11.3 LZW编码
LZW编码发明人：(Lempel-Ziv-Welch)
– 减少像素间冗余 – 无损压缩
LZW编码适合于大块相同色彩或重复颜色图案
L1
Lavg l(sk)ps(sk) k0
自然码 （二元码）
若每个灰度级均用m位二进 码表示，则称为自然编码， 此时
Lavg m
rk r0=0 r1=1/7 r2=2/7 r3=3/7 r4=4/7 r5=5/7 r6=6/7 r7=1 平均码长
pr(rk) 0.02 0.25 0.06 0.16 0.08 0.21 0.03 0.19
字典位置 0 1 255 字典条目 0 1 255
256 00
257 511 0255
第257个位置用于下一个出现的灰度值序列
LZW编码: 在编码的同时建立一个码本
（1）拼接
当前序列与将被 处理的灰度拼接
（2）搜索
拼接序列在字典 中找不到则建立 新条目，编码输 出为当前序列在 表中的位置； 若找到，不输出 码字，当前序列 改为拼接序列
640*480*8*3*30=221.12M 所以播放时，需要221Mbps的通信回路。
1张CD可存640M，如果不进行压缩，1张CD 则仅可以存放2.89秒的数据
11.1 数据冗余
数据冗余的概念
– 数据是信息的载体
»同量的信息可用不同量的数据表达
– 冗余
»数据表达了无用的信息 »数据表达了已表达的信息
第10章_图像编码_无损编码_PPT幻灯片
e2 = 151 – 156 = -5 e3 = 149 – 155 = -6 e4 = 139 – 150 = -11 e5 = 121 – 144 = -23 e6 = 112 – 130 = -18 e6 = 109 – 116 = -7 e6 = 129 – 110 = 19
第十章 图像编码
第十章 图像编码
步骤 输入 符号
编码间隔
编码判决
1 10 [0.5, 0.7)
符号的间隔范围[0.5, 0.7)
2 00 [0.5, 0.52)
[0.5, 0.7)间隔的第一个1/10
3 11 [0.514, 0.52) [0.5, 0.52)间隔的最后一个1/10
4 00 [0.514, 0.5146) [0.514, 0.52)间隔的第一个1/10
m
fn = round[ifn-i]
i=1
F = {154,159,151,149,139,121,112,109,129}
m=2
Байду номын сангаас预测值
= 1/2
f2 = 1/2 * (154 + 159) 156 f3 = 1/2 * (159 + 151) = 155 f4 = 1/2 * (151 + 149) = 150 f5 = 1/2 * (149 + 139) = 144 f6 = 1/2 * (139 + 121) = 130 f7 = 1/2 * (121 + 112) 116 f8 = 1/2 * (112 + 109) 110
第十章 图像编码
即：
m
fn = round[ifn-i]
i=1
在一维线性(行预测)预测编码中，预测器为：
数字图像处理-图像编码PPT课件
图像编码的目的就是尽量减小各种冗余信息，特别是 空间冗余、视觉冗余，以少的比特数来表示图像。
.
11
2. 信息量和信息熵
数据压缩技术的理论基础是信息论。 从信息论的角度来看，压缩就是去掉信息 中的冗余，即保留不确定的信息，去掉确定的 信息（可推知的）。
.
12
信息论中信源编码理论解决的主要问题： （1）数据压缩的理论极限 （2）数据压缩的基本途径
.
8
图像保真度
保真度标准——评价压缩算法的标准
客观保真度标准：图像压缩过程对图像信息的 损失能够表示为原始图像与压缩并解压缩后图 像的函数。
一般表示为输出和输入之差：
两个图像之间的总误差：
均方根误差：
主观保真度标准：通过视觉比较两个图像，给出一 个定性的评价，如很粗、粗、稍粗、相同、稍好、 较好、很好等，可以对所有人的感觉评分计算平均 感觉分来衡量
若按每像素3个字节计算，上述结果为约?M
举例2：目前的WWW互联网包含大量的图像信 息，如果图像信息的数据量太大，会使本来就 已经非常紧张的网络带宽变得更加不堪重负 （World Wide Web变成了World Wide Wait）
.
2
视频数据量：
对于电视画面的分辨率640*480的彩色图像， 每秒30帧，则一秒钟的数据量为：?
例：原图像数据：234 223 231 238 235
压缩后数据：234 11 -8 -7 3，我们可以对 一些接近于零的像素不进行存储，从而减小了 数据量
.
7
视觉冗余
人眼不能感知或不敏感的那部分图像信息， 人类视觉系统对图像的敏感度是非均匀的。 但是，在记录原始的图像数据时，通常假定视觉
系统是近似线性的和均匀的，对视觉敏感和不敏 感的部分同等对待，从而产生视觉冗余。
.
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2. 信息量和信息熵
数据压缩技术的理论基础是信息论。 从信息论的角度来看，压缩就是去掉信息 中的冗余，即保留不确定的信息，去掉确定的 信息（可推知的）。
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信息论中信源编码理论解决的主要问题： （1）数据压缩的理论极限 （2）数据压缩的基本途径
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图像保真度
保真度标准——评价压缩算法的标准
客观保真度标准：图像压缩过程对图像信息的 损失能够表示为原始图像与压缩并解压缩后图 像的函数。
一般表示为输出和输入之差：
两个图像之间的总误差：
均方根误差：
主观保真度标准：通过视觉比较两个图像，给出一 个定性的评价，如很粗、粗、稍粗、相同、稍好、 较好、很好等，可以对所有人的感觉评分计算平均 感觉分来衡量
若按每像素3个字节计算，上述结果为约?M
举例2：目前的WWW互联网包含大量的图像信 息，如果图像信息的数据量太大，会使本来就 已经非常紧张的网络带宽变得更加不堪重负 （World Wide Web变成了World Wide Wait）
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2
视频数据量：
对于电视画面的分辨率640*480的彩色图像， 每秒30帧，则一秒钟的数据量为：?
例：原图像数据：234 223 231 238 235
压缩后数据：234 11 -8 -7 3，我们可以对 一些接近于零的像素不进行存储，从而减小了 数据量
.
7
视觉冗余
人眼不能感知或不敏感的那部分图像信息， 人类视觉系统对图像的敏感度是非均匀的。 但是，在记录原始的图像数据时，通常假定视觉
系统是近似线性的和均匀的，对视觉敏感和不敏 感的部分同等对待，从而产生视觉冗余。
[课件]专题3：静止图像编码标准(英)PPT
![[课件]专题3：静止图像编码标准(英)PPT](https://img.taocdn.com/s3/m/4d16dc41caaedd3383c4d3b1.png)
Requantize
JPEG standard give the brightness DCT coefficient quantization step
JPEG standard give the chroma DCT coefficient quantization step
Original image sub MB brightness value
Four different modes
Baseline process that must be supported by every JPEG implementation. enhancements to baseline process low compression ratio allows perfect reconstruction of original image accomodate images of different resolutions
Part 1, Core coding system (intended as royalty and license-fee free NB NOT patent-free) Part 2, Extensions (adds more features and sophistication to the core) Part 3, Motion JPEG 2000 Part 4, Conformance Part 5, Reference software (Java and C implementations are available) Part 6, Compound image file format (document imaging, for pre-press and fax-like applications, etc.) Part 7 has been abandoned Part 8, JPSEC (security aspects) Part 9, JPIP (interactive protocols and API) Part 10, JP3D (volumetric imaging) Part 11, JPWL (wireless applications) Part 12, ISO Base Media File Format (common with MPEG-4)
第7讲 图像编码概述PPT课件
实现的，多媒体、信息高速公路等新技术在实际中的应用会遇到很
大困难。
实现 图像压缩
编码技术
数字图像处理技术-2016-01
5
7.1 图像编码概述
图像压缩(Image Compression)的概念 数据压缩的研究内容包括数据的表示、传输、变换和编码方
法，目的是减少存储数据所需的空间和传输所用的时间。图像压缩 是通过编码实现的。
一幅彩色图像640×480×24bit = 7Mbit大小 传输一幅图像：时间约2分钟左右，如压缩20倍，传一 幅图6s左右，可以接受，实用。
例2：如多媒体中的海量图像数据，不进行编码压缩处理，一张
600M字节的光盘，只能存放20秒左右的640× 480像素的视频。 数字图像处理技术-2016-01
（或像素块）来预测当前像素（或像素块）的取值，然后再对预测
误差进行量化和编码。
变换编码（Transform coding）
将空间域上的图像变换到另一变换域上，变换后图像的大部
分能量只集中到少数几个变换系数上，采用适当的量化和熵编码就
可以有效地压缩图像。
数字图像处理技术-2016-01
15
2．按压缩过程的可逆性进行分类
的，因此，图像质量的好坏与否，既与图像本身的客观质量有关， 也与人的视觉系统的特性有关。 ➢ 把图像显示给观察者，然后把评价结果加以平均，以此来评价一幅 图像的主观质量。 ➢ 采用成对比较法，也就是同时出示两幅图像，让观察者表示更喜欢 哪一幅图像，借此排出图像质量的等级。
数字图像处理技术-2016-01
13
图像压缩编码分类
图像压缩编码分为有损压缩和无损压缩。无损压缩无信息损 失，解压缩时能够从压缩数据精确地恢复原始图像；有损压缩不 能精确重建原始图像，存在一定程度的失真。
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JPEG standard
JPEG (Joint Photographic Experts Group) Reducing the size of photographic images or continuous-tone artwork – pictures JPEG compression can be performed on 24bit color or 8-bit grayscale images.
The inverse quantization coefficients
Rebuild image sub MB brightness value
The baseline process
Lossy Sequential DCT based mode DC components coding
8×8 block →DCT →DC coefficient DPCM Huffman coding
Part 2, Extensions (adds more features and sophistication to the core) Part 3, Motion JPEG 2000 Part 4, Conformance Part 5, Reference software (Java and C implementations are available) Part 6, Compound image file format (document imaging, for pre-press
enhancements to baseline process
Lossless mode
low compression ratio allows perfect reconstruction of original image
Hierarchical mode
accomodate images of different resolutions
JPEG coding system
The baseline process The extended process
Original image sub MB brightness value
Relative DCT coefficients
The quantization coefficients
JPEG Compression Arithmetic
DCT: lossy compression Predictive coding : lossless compression
JPEG image reconstruction mode：
Sequential decoding (line-by-line) ； Progressive decoding (refinement of the whole image)
Several typical image/video compression coding standard
H.261、H.263:TV Conference and Visual Telephone System；
JPEG、JPEG2000:Still Image Compression；
MPEG-1: VCD； MPEG-2: DTV、DVD、HDTV； MPEG-4: Multimedia Communication。
01111， Diff=-3，111111111100
01100
（1，-2） （0，-1） （0，-1） （0，-1） （2，-1）
NNNN/SSSS huffman code
0/100 0/201 0/3100 0/41011 …... 0/10 1/1 1/2 …... 1igzag scanning → Run-length coding Huffman coding
Example： Diff=7，000000000111
100111， Diff=-7，111111111000
100000， Diff=3，000000000011
and fax-like applications, etc.) Part 7 has been abandoned Part 8, JPSEC (security aspects) Part 9, JPIP (interactive protocols and API) Part 10, JP3D (volumetric imaging) Part 11, JPWL (wireless applications) Part 12, ISO Base Media File Format (common with MPEG-4)
Four different modes
Lossy Sequential DCT based mode
Baseline process that must be supported by every JPEG implementation.
Expanded Lossy DCT based mode
15/1 15/2 ...... 15/10
JPEG 2000 standard(ISO15444)
JPEG 2000 refers to all parts of the standard:
Part 1, Core coding system (intended as royalty and license-fee free NB NOT patent-free)
Key techniques of JPEG2000
Based on state-of-the-art wavelet compression
DCT: Wavelet: Reduce Blocking Artifacts DWT: multiresolution Others