第十二讲 运动图像压缩标准
运动图像压缩标准Motion-JPEG2000
运动图像压缩标准Motion-JPEG2000
刘岩;张静;张春田
【期刊名称】《电视技术》
【年(卷),期】2003(000)002
【摘要】首先通过与JPEG比较,介绍JPGE2000核心编码系统中变换编码、量化、熵编码以及频率加权等有关内容,然后通过与现有视频压缩标准进行对比,介绍Motion-JPEG2000的主要压缩特点与优势.
【总页数】3页(P16-18)
【作者】刘岩;张静;张春田
【作者单位】天津大学,电信学院,天津,300072;天津大学,电信学院,天津,300072;天津大学,电信学院,天津,300072
【正文语种】中文
【中图分类】TN91
【相关文献】
1.运动图像压缩技术与标准的研究与展望 [J], 冷飞
2.运动图像压缩的新标准--H.264/AVC [J], 程赓;严德聪;杨宗凯
3.新一代运动图像压缩标准H.264/AVC [J], 严德聪;程赓;杨宗凯
4.新一代视频压缩标准Motion-JPEG2000 [J], 陈浩;毕笃彦;王浩学
5.小波变换在运动图像压缩编码中的最新进展 [J], 袁修贵;黄诚
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图像压缩标准知多少
电子科技 2004年第7期（总第178期）61图像压缩标准知多少徐庆征，镇桂勤(西安通信学院二系，陕西 西安 710106)摘 要 介绍了一些典型的静止图像压缩标准和活动图像压缩标准，并分析了各自的技术特点及其应用场合。
关键词 图像压缩；JPEG ；H.26x ；MPEG4 中图分类号 TN919.8图像通信直观生动，包含极其丰富的信息，是人们传递信息的重要媒介。
同时，巨大的数据量也给图像的采集、存储、处理和传输带来了极大的困难，严重影响了图像媒体成为主要媒体，因此，压缩数字图像信号的数码率就成为图像通信和图像信号处理领域的首要任务，受到全世界科技工作者的关注。
20世纪80年代以来，国际标准化组织(ISO)和国际电信联盟(ITU)组织了一批专家，开展了大量细致、全面的工作，陆续制定了一系列有关图像通信方面建议和标准，极大地推动了图像编码技术的发展与应用。
这些标准可以归为两种类型：静止图像压缩标准和活动图像压缩标准(包括ITU-T 制定的H.263系列和ISO 制定的MPEG-x 系列)。
1 静止图像压缩编码标准1.1 JBIG 标准1988年，ISO 和ITU-T 成立了“联合二值图像专家组”(Joint Binary Image Expert Group ，JBIG)， 1991年10月提出了ITU-T T.82标准。
这一标准确定了具有逐层、逐层兼容顺序和单层顺序3种模式的编码方法，并提出了获得任意低分辨率图像的方法。
1.2 JPEG 标准收稿日期: 2004-04-211986年底，ISO 和ITU-T 成立了联合图像专家小组(Joint Photographic Experts Group ，JPEG)，该小组近年来一直致力于静止图像压缩算法的标准化工作。
1991年3月正式提出ISO CD10918号建议草案“连续色调静止图像的数字压缩编码”(通常简称为JPEG 标准)，这是第一个适用于连续色调、多级灰度、彩色或黑白静止图像的国际标准。
七.图像压缩
像素之间具有很强的相关性。减少或去除其相关 性,获得信息压缩。（高阶熵）
通过去除冗余，对图像数据的无损信息压缩 仅仅通过去除冗余，压缩率远远不够
为什么图像可以压缩
有些信息即使损失了，对人的视觉效果影响不大 。人 眼对于图像上的许多变化不敏感
是任意接近于零的正数。
无损编码定理建立了为达到零编码－解码误差 ，独立编码每一个符号逼近的比特率下限。
图像压缩的理论基础和压缩极限
对离散有记忆信源，应将N个符号同时编码以逼
近比特率下限（如，当N阶Markov信源），或使信
源经变换为无记忆信源（消除相关性），每一个
符号独立编码逼近比特率下限。
图像压缩可能达到的最大压缩比C为:
去相关的方法
变换编码、预测编码、矢量量化编码、行程 编码等
多清晰度图像编码
小波变换图像编码, 子带编码
分形图像变换编码
数字图像压缩
引言
什么是图像压缩 图像压缩的必要性和可能性
理论基础
图像的无损压缩，香农信息熵第一定理 熵编码 图像的有损压缩，香农率失真理论基本方法 图像预测编码 图像变换编码
实验测试验证，高阶马尔可夫过程的高阶信息熵显然低 于其低阶熵。
如何使低阶熵接近高阶熵？关键是将图像消除其相关性。
无损编码理论和熵编码
图像编码的香农信息论第一定理 离散无记忆信源X无损编码所能达到的最小比特率为：
minR H X bits / symbol
此处，R是传输速率，H(x)是信源X的信息熵，
数字图像压缩
引言
什么是图像压缩 图像压缩的必要性和可能性
《图像的编码与压缩》课件
图像压缩技术
离散余弦变换（DCT）
定义：离散余弦变换是一种将图像从空间域转换到频域的算法
特点：DCT具有较好的能量压缩能力，能够去除图像中的冗余信息
应用：在图像压缩领域，DCT被广泛应用于JPEG等标准中
压缩原理：通过将图像分成8x8的块，对每个块进行DCT变换，将变换后的系数进行量 化，最后进行逆变换得到压缩后的图像
《图像的编码与压缩》PPT课 件
汇报人：
单击输入目录标题 图像编码与压缩概述 图像编码技术 图像压缩技术 图像编码与压缩的应用 图像编码与压缩的未来发展
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图像编码与压缩概述
图像编码与压缩的定义
图像编码：将图像信息转换为数字信号的过程 图像压缩：通过去除冗余信息来减小图像文件大小的过程 编码与压缩的目的：提高存储效率、降低传输带宽、节省存储空间等 常见图像编码与压缩标准：JPEG、PNG、GIF等
图像编码与压缩的目的
减少图像数据存储空间 提高图像传输效率 便于图像的编辑与处理 适应不同的应用需求
图像编码与压缩的分类
图像编码的分类：有损压缩和无损压缩 图像压缩的分类：有损压缩和无损压缩 有损压缩：去除图像中的冗余信息，减小文件大小 无损压缩：保留图像中的所有信息，不改变文件大小
图像编码技术
数字电视广播具有抗干扰能力强、 传输距离远等优点
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数字电视广播采用高效压缩技术， 提高了图像传输效率和图像质量
数字电视广播已经成为现代社会重 要的信息传播方式之一
数字相机和手机
数字相机和手机中常用的图像编码与压缩技术 这些技术在数字相机和手机中的应用场景和优势 数字相机和手机中图像编码与压缩技术的具体实现方式 未来数字相机和手机中图像编码与压缩技术的发展趋势
运动图像压缩技术与标准的研究与展望
Ｇｏｐ ｒ ｕ ，运动图像专家组）是 Ｉ Ｏ （ Ｓ 国际标准组织 ）和
ＩＣ（ Ｅ 国际电工委员会 ）内的一个工作组。Ｍ Ｅ 公布 ＰＧ 的标准有 ：＠Ｍ Ｅ 一 标准：１ ９ 年８ ＰＧ １ ９ ３ 月公布 。用于传
关键 词 ：Ｍ Ｅ Ｊ Ｅ 媒体 ＰＧ ＰＧ
自１ ４ 年Ｏ ｅ 提出脉冲编码调制 （ Ｃ ）理论之 ９８ １ｖｒ ｉ ＰＭ 后，人们 已经研究了各种各样的多媒体数据压缩方法。
四个方面的计算机系统和广播电视都统一的标准，从而
Ｍ Ｇ Ｐ 压缩技术 已是 目前视频压缩 的重要技术之 Ｅ
Ｐ Ｃ 位 藏 Ｅ
至更高的编码范围；⑧Ｍ Ｅ 一 标准 ：２ ０ 年１ 月公 ＰＧ４ ０２ ０ 布 该标准的 目标为：支持多种多媒体应用 （ 主要侧重 多媒体信息内容 的访 问） 可根据应 用的不 同要求现场 ， 配置解码器。 目前， Ｐ Ｇ Ｍ Ｅ 将研究重 点转 向了交互性更 加高级的形式， 在未来 的几年里， 技术 的发展将使这种
题
应 ，因而扩大 了多媒体应用 空间的 自由度及灵活度 。 它开拓了很多不同的数 字影像应用，Ｖ Ｄ 目制作就是 Ｃ节 运用 Ｊ Ｐ Ｇ ＇ Ｅ 压缩技术 。Ｖ Ｄ Ｍ Ｃ 盘上存储的影视 图像和声 音是采用Ｍ Ｅ 算法压缩的数字信息 ，并按Ｍ Ｅ 的格式 ＰＧ ＰＧ 交错存放在Ｖ Ｄ Ｃ 盘上 。在数字多媒体压缩 （ 特别是视频 压缩 ）领域 内的国际标准有很多 ，如Ｉ Ｏ Ｉ ｕ Ｔ （ ｓ ／ Ｔ— 国 际标准化组织／ 国际 电信 同盟 ）技术委员会 下的Ｊ Ｅ ＰＧ
准，即用于静态图像数据压缩的Ｊ Ｅ 和用于电视电话、 ＰＧ 会议 电视图像压缩的Ｈ ２ １ ． ６ ，但是他们都与计算机数据 标准无关 。这就要求制定一个图像 、伴音、存储和传输
运动图像的压缩编码技术
式（） １是正变换 ， ２是反变换。其中 Ⅳ是像块 式（） 的水平 、 垂直像素数 ， 一般 Ｎ：８ Ｎ大 于 ８ ， 时效率增 加不多而 复杂 性 大为增 加。８×８的二维数 据块 经 Ｄ Ｔ变换后变成 ８ ８ Ｃ × 个变换系数 。这些 系数都有非 常明确的物理意义 ， 中非零 元素主要集 中于左上 其 角， 代表图像低频分量 ，即图像灰度的慢变化 ； 右下 角主要为零元素或经粗量化后可为零 ， 代表图像的高
过。由于多媒体技术 、 数字电视技术 、 多媒体通信以及
交 互 电视 技术 的 发 展 ， Ｅ ＭＰ Ｇ一１ 视频 音 频 分 辨率 和 在
图 １ 信 源编码 原理框 图
传输率方面已不能满足要求 ， 以 Ｉ ／Ｅ 所 Ｓ ＩＣ在 １９ Ｏ ９４年
又推 出了 ＩＯ ＩＣ１８３ＭＰ Ｇ一２运 动 图像 及 其 伴 音 Ｓ ／Ｅ ３１ Ｅ 通 用压缩 编 码 标 准 ＭＰ Ｇ一２已经 被 国 际 上 公 认 为 Ｅ
维普资讯
《 中国有线电视＇０２０ ） ｝ ０ （１ ２
Ｃ｝ Ａ Ｃ ｍ ＿ Ｅ Ｅ Ｉ Ｉ Ａ Ｅ Ｔ Ｌ Ｖ Ｓ ＯＮ
运 动 图像 的 压 缩 编 码 技 术
口刘文红 ｃ 南 范 海 师 学院 ５ ７５ １８ １
中图分 类号 ：Ｎ ４ ． Ｔ ９Ｉ５
１ 概 述
文献 标识 码 ： Ａ
文章 编号 ：０７ ０２２０ ） １ ０４— ２ １０ —７２（０２０ —０３ ０
国际标准化 组 织 于 １８ 成 立 了一 个 致 力 于制 ９８年
定有关运动 图像 压缩编码 的组织 Ｍ Ｅ （ ｏ ｎ ｉ Ｐ Ｇ Ｍ ｖ ｇＰｅ ｉ ． ｔ ｅ ｘｅｔｇ ｕ ）意思 是 “ 动 图像 专 家组 ” ｕ ｐｒ ｒ ｐ ， ｒＥ ｓ ｏ 运 。这 个 专 家组的任务是给用于数字存储介质 、 电视广播和通信 的运动 图像 和它 的伴 音制 定一 种通用 的编码 方法 。 ＭＰ Ｇ组织 在工 作一 开始 就 考 虑 到相 关 标 准化 组 织 的 Ｅ
图象压缩编码标准
图象压缩编码标准国际标准化协会(ISO)、国际电子学委员会(IEC)、国际电信协会（ITU）等国际组织，于90年代领导制定了许多重要的多媒体数据压缩标准。
如JPEG、H.26 1、H.263、MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4等等。
这些标准已在数字电视、多媒体领域得到广泛应用。
4.1 JPEGJPEG(Joint Photo Graphic Experts Group)是联合图象专家组的英文缩写。
JP EG主要是针对静止图象的压缩编码标准，但是在电视图象序列的帧内压缩中也常采用JPEG，是一个适用范围广泛的通用标准。
JPEG包含两种基本压缩方法，各有不同的工作模式。
包括以DCT为基础的有损压缩方法和以二维DPCM为基础的无损压缩方法。
以DCT为基础的压缩方法压缩比较高，得到广泛应用。
1.基于DCT的JPEG算法框图该算法主要有三个步骤：(l) 用DCT去除图象数据的空间冗余；(2) 用人眼视觉最佳效果的量化表来量化DCT系数；(3) 对数据进行熵编码。
2.JPEG算法编码过程在编码端:一个8×8亮度图象块进行JPEG压缩编解码过程如图所示。
（1)分块:把原始图象分成8×8像块f(x,y)之后分别进入DCT变换器。
(2)电平搬移、DCT变换：由于平均电平较高，在作变换之前首先将电平下移1 28。
然后作DCT变换得系数块F(u,v)。
在DCT系数块中，直流系数F(0,0)最大，能量主要集中在左上角低频区，高频系数较小。
(3)量化：对系数F(u,v)进行量化，[F(u,v)]Q= [F(u,v)/Q(u,v)]取整数，Q(u,v)称为量化系数矩阵。
JPEG推荐了Q(u,v)量化表。
量化后的[F(u,v)]Q高频系数已经大部分为零，能量主要集中在低频系数上。
（4)之字型扫描读出：由于右下角高频区的大部分系数为0，编码时不对单个0编码，而只对0的游程(连续0的个数)编码，为了制造更长的0游程，对变换系数矩阵采用之字型扫描读出方式。
图像压缩标准
– 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 (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 – 连续调图像压缩标准：
图像处理实验室
Digital Image Processing
哈尔滨工业大学（威海）
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(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
图像处理实验室
Digital Image Processing
哈尔滨工业大学（威海）
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
• 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：
JPEG是图像压缩编码标准
JPEG是图像压缩编码标准JPEG是一种图像压缩编码标准，它是一种广泛应用的图像压缩格式，可以在保持图像质量的同时减小图像文件的大小，使得图像在存储和传输过程中更加高效。
JPEG的全称是Joint Photographic Experts Group，它是一种有损压缩的图像格式，也是目前应用最为广泛的图像格式之一。
JPEG图像压缩编码标准的出现，使得图像在存储和传输过程中占用更小的空间，这对于网络传输和存储设备的容量都是非常有利的。
JPEG图像压缩编码标准的核心思想是通过舍弃一些人眼不易察觉的细节来减小图像的大小，从而达到压缩图像的目的。
在保证图像质量的前提下，JPEG可以将图像文件的大小减小到原来的很小一部分，这对于存储和传输来说都是非常有益的。
在JPEG图像压缩编码标准中，压缩的过程分为两个阶段，分别是亮度和色度的压缩。
在亮度的压缩中，采用的是离散余弦变换（DCT）的方法，它将图像分成8x8的小块，然后对每个小块进行DCT变换，得到频域的系数。
而在色度的压缩中，采用的是色度子采样的方法，将色度分量的分辨率降低，从而减小了色度分量的数据量。
这两种压缩方法结合在一起，就实现了对图像的高效压缩。
值得一提的是，JPEG是一种有损压缩的格式，这意味着在压缩过程中会丢失一些图像的细节信息，从而导致图像质量的损失。
因此，在进行JPEG压缩时，需要根据实际需求来选择合适的压缩比例，以在图像质量和文件大小之间取得平衡。
通常情况下，对于要求较高图像质量的场景，可以选择较小的压缩比例，而对于一些网络传输和存储空间有限的场景，可以选择较大的压缩比例。
除了JPEG之外，还有一些其他的图像压缩编码标准，例如PNG、GIF等，它们各有特点，适用于不同的场景。
在实际应用中，需要根据实际需求来选择合适的图像格式和压缩方法，以达到最佳的效果。
总的来说，JPEG作为一种图像压缩编码标准，具有高效压缩、广泛应用的特点，可以在保证图像质量的前提下减小图像文件的大小，使得图像在存储和传输过程中更加高效。
活动图像压缩标准
6)熵编码 熵编码
AVS1—P2采用基于上下文的 采用基于上下文的2DVLC来编码 块变换系数。基 来编码8*8块变换系数 块变换系数。 采用基于上下文的 来编码 于上下文的意思是用已编码的系数来确定VLC码的切换。 码的切换。 于上下文的意思是用已编码的系数来确定 码的切换
2、AVS1—P7移动视频编码标准
1、AVS—P2视频编码标准 、 视频编码标准
AVS视频编码器方框图如图 视频编码器方框图如图2-22所示，包含帧内预测、帧间预测、 所示， 视频编码器方框图如图 所示 包含帧内预测、帧间预测、 环路滤波、变换、量化和熵编码等技术模块。 环路滤波、变换、量化和熵编码等技术模块。
帧内预测 ICT/Q S 运动补偿 Q-1 /ICT-1 熵编码 码流
4）亚像素插值 ）
AVS1—P2帧间预测与补偿中，亮度和色度的运动矢量精度分 别为1/4和1/8像素，因此需要相应的亚像素插值。 亮度亚像素插值分成1/2和 像素插值两步 像素插值两步。 像素插值采 亮度亚像素插值分成 和1/4像素插值两步。1/2像素插值采 抽头滤波器H1(-1/8,5/8,5/8,-1/8)。1/4像素插值分两种情况， 像素插值分两种情况， 用4抽头滤波器 抽头滤波器 。 像素插值分两种情况 8个一维 像素位置采用 抽头滤波器 个一维1/4像素位置采用 抽头滤波器H2(1/16,7/16,7/16,1/16)， 个一维 像素位置采用4抽头滤波器 ， 另外4个二维 像素位置采用双线性滤波器H3(1/2,1/2)。 个二维1/4像素位置采用双线性滤波器 另外 个二维 像素位置采用双线性滤波器 。
AVS相比其他标准有如下有点： 相比其他标准有如下有点： 相比其他标准有如下有点
1. 性能高，编码效率与 性能高，编码效率与H.264相当，两倍于 相当， 相当 两倍于MPEG-2， ， 但算法复杂度明显低于H.264. 但算法复杂度明显低于 2. 拥有主要知识产权，专利授权模式简单，费用低。 拥有主要知识产权，专利授权模式简单，费用低。 3. H.264只是一个视频编码标准，而AVS则是一套包含 只是一个视频编码标准， 只是一个视频编码标准 则是一套包含 系统、视频、音频、 系统、视频、音频、媒体版权管理在内的完整标准 体系，能够为音视频产业提供完整的信源编码技术 体系， 方案。 方案。