图像编码中的编码标准与规范解析(六)
静止图像压缩编码简介
静止图像压缩编码简介摘要：随着信息技术的发展，静止图像压缩编码技术在信息领域的应用越来越广泛。
如果某种图像编码算法既能够保证质量，又能够存储时占用空间小、传输时占用带宽小，那么该编码算法则越优秀。
jpeg压缩算法就是这样一种既可以避免失真，又能够实现令人满意的压缩比例的算法。
关键词：图像编码静止图像压缩 jpeg标准多媒体和互联网的发展，图像的存储和传输问题变得越来越突出，要求存储、传输对网络资源的开销尽量低，同时又不能降低存储和传输过程中图像的质量。
因此需要对图像采用合适的方法进行压缩和编码，方便图像存储及传输。
常用的图像文件格式中jpeg以占用空间小，图像质量高等特点而广为用户采用。
上世纪80年代iso和ccitt 两大标准组织共同推出jpeg压缩算法，它定义了连续色调、多级灰度、静止图像的数字图像压缩算法，是国际上彩色、灰度、静止图像的第一个国际标准。
离散余弦（dct）则是最小均方误差条件下得出的最佳正交变换，作为多项图像编码国际标准的核心算法而得到广泛应用。
其中最著名的算法即为jpeg 图像压缩算法。
dct算法变换核是余弦函数，计算速度较快，质量劣化程度低，满足图像压缩和其他处理的要求。
按照灰度层次，图像可分为两类：第一类为有灰度层次图像；第二类成为二值图像，即仅黑白层次图像。
电视图像、照片传真、静止图像属于有灰度图像。
而文件传真、二值静止图像则属于二值图像范畴。
经过几十年人们对图像压缩技术的不断研究，并且随着软硬件技术的不断发展，人们已经能够实现大量的图像压缩算法。
早期的图像编码主要基于信息论的理论基础，压缩效果不理想。
最近几年随着相关领域科学的发展，人们的研究重点已经转向视觉生理学和景物分析新的方向上，实现了图像编码技术由第一代向第三代的跨越，实现了非常高的压缩比，极限情况下能达到千分之一。
以最小的代价实现特定质量的图像的传输是图像编码的核心，又称为图像压缩，广泛应用于图像的存储、传输和交换。
数字图像处理实验报告 (图像编码)
实验三图像编码一、实验内容:用Matlab语言、C语言或C++语言编制图像处理软件，对某幅图像进行时域和频域的编码压缩。
二、实验目的和意义:1. 掌握哈夫曼编码、香农-范诺编码、行程编码2．了解图像压缩国际标准三、实验原理与主要框架:3.1实验所用编程环境:Visual C++6.0（简称VC）3.2实验处理的对象:256色的BMP(BIT MAP )格式图像BMP(BIT MAP )位图的文件结构:(如图3.1)图3.1 位图的文件结构具体组成图:单色DIB 有2个表项16色DIB 有16个表项或更少 256色DIB 有256个表项或更少 真彩色DIB 没有调色板每个表项长度为4字节（32位） 像素按照每行每列的顺序排列每一行的字节数必须是4的整数倍biSize biWidth biHeight biPlanes biBitCount biCompression biSizeImagebiXPelsPerMeter biYPelsPerMeter biClrUsedbiClrImportantbfType=”BM ” bfSizebfReserved1 bfReserved2 bfOffBits BITMAPFILEHEADER位图文件头 （只用于BMP 文件）BITMAPINFOHEADER位图信息头Palette 调色板DIB Pixels DIB 图像数据3.3 数字图像基本概念数字图像是连续图像(,)f x y 的一种近似表示，通常用由采样点的值所组成的矩阵来表示：(0,0)(0,1)...(0,1)(1,0)(1,1)...(1,1).........(1,0)(1,1)...(1,1)f f f M f f f M f N f N f N M -⎡⎤⎢⎥-⎢⎥⎢⎥⎢⎥----⎣⎦每一个采样单元叫做一个像素(pixel )，上式(2.1)中，M 、N 分别为数字图像在横(行)、纵(列)方向上的像素总数。
技术解析：MJPEG编码标准的特点和应用
技术解析：MJPEG编码标准的特点和应用MJPEG 全名为”MotionJointPhotographicExpertsGroup”，是一种视频编码格式，中文名称翻译为“技术即运动静止图像(或逐帧)压缩技术”。
MJPEG 广泛应用于非线性编辑领域可精确到帧编辑和多层图像处理，把运动的视频序列作为连续的静止图像来处理，这种压缩方式单独完整地压缩每一帧，在编辑过程中可随机存储每一帧，可进行精确到帧的编辑，此外M-JPEG 的压缩和解压缩是对称的，可由相同的硬件和软件实现。
但M-JPEG 只对帧内的空间冗余进行压缩。
不对帧间的时间冗余进行压缩，故压缩效率不高。
采用M-JPEG 数字压缩格式，当压缩比7:1 时，可提供相当于BetecamSP 质量图像的节目。
MotionJPEG 技术常用于闭合电路的电视摄像机的模拟视频信号“翻译”成视频流，并存储在硬盘上。
典型的应用如数字视频记录器等。
MJPEG 不像MPEG，不使用帧间编码，因此用一个非线性编辑器就很容易编辑。
MJPEG 的压缩算法与MPEG 一脉相承，功能很强大，能发送高质图片，生成完全动画视频等。
但相应地，MJPEG 对带宽的要求也很高，相当于T-1，MJPEG 信息是存储在数字媒体中的庞然大物，需要大量的存储空间以满足如今多数用户的需求。
因此从另一个角度说，在某些条件下，MJPEG 也许是效率最低的编码/解码器之一。
MJPEG 是24-bit 的”true-color”影像标准，MJPEG 的工作是将RGB 格式的影像转换成YCrCB 格式，目的是为了减少档案大小，一般约可减少1/3~1/2 左右。
M-JPEG 是一种基于静态图像压缩技术JPEG 发展起来的动态图像压缩技术，可以生成序列化的运动图像。
其主要特点是基本不考虑视频流中不同帧之间的变化，只单独对某一帧进行压缩，其压缩倍数为20~80 倍，适合静态画面的压。
图像编码基本原理
图像编码基本原理
图像编码是指将图像信号转换为数字形式以便存储和传输的过程。
它的基本原理包括图像采样、量化和编码三个步骤。
首先是图像采样。
图像采样是将连续的图像信号转换为离散的图像样点。
采用的常见方法是在图像上按一定的规律选取像素点，将其亮度值记录下来。
采样过程决定了图像的分辨率，即图像中能够区分的最小细节。
其次是图像量化。
图像量化是将连续的亮度值分割成有限个级别，将每个采样点的亮度值映射到最接近的量化级别上。
量化过程能够减少图像的信息量，从而提高压缩比。
常用的量化方法有均匀量化和非均匀量化。
最后是图像编码。
图像编码是将离散的量化图像数据转换为二进制码流的过程。
编码方法有很多种，如霍夫曼编码、算术编码和熵编码等。
编码的目的是将图像数据表示为尽可能短的位数，以便存储和传输。
图像编码的基本原理是通过采样、量化和编码三个步骤将图像数据转换为数字形式。
这样可以实现图像的高效储存和传输。
通过合理选择采样率、量化级别和编码方法，可以实现对图像进行压缩，减少存储和传输的开销，同时保持图像的视觉质量。
图像编码在数字图像处理和多媒体技术中起着重要的作用。
1.3声音、图片与视频的编码
800×600×1 800×600×8 800×600×4 800×600×8 800×600×24
800×600×1/8 800×600×8/8 800×600×4/8 800×600×8/8 800×600×24/8
• 练习：图像编码
– 存储画面为640×480点阵，黑白二色的位图图像 文件至少需要 38400 字节。
800 × 600的黑白图像需要多少存储空间？
800×600 =480000像素 480000像素=480000b 480000b/8=60000B≈58.6KB
彩色位图图像存储空间计算
彩色图片中一个像素用3个字节表示
800 × 600的彩色图像 需要多少存储空间？ 800×600 ×3=1440000B
MP3 音乐信息压缩格式 JPG 静态图象信息压缩格式 MPEG RM 视频信息压缩格式
无损压缩： 能够完全还原为原来的数据。（Winzip winrar等压缩文件） 有损压缩： 还原的数据没有原来的精确，质量有所损失，但在可接受的限度 之内。这种方法主要用于音频和视频数据
实践体验 文பைடு நூலகம்压缩
下面表格以分辨率800×600的位图图像为例，计算各种类别位图图像的存储空间。
位图图像类别 总像素
一个像素所占 总的位数(bit位) 容量(单位字节) 的位数
黑白 256级灰度 16色彩色 256色彩色 24位真彩色
800×600 800×600 800×600 800×600 800×600
1位(21=2) 8位(28=256) 4位(24=16) 8位(28=256) 24位
也就是说，越高位的像素，其拥有的色 板也就越丰富，越能表达颜色的真实感。
计算公式
精品文档-数字图像处理(第三版)(何东健)-第9章
第9章 图像编码
它将标量数据组织成一系列k维矢量， 根据一定的失真测 度（如均方误差、 lp范数、 极大范数等）在码书中搜索出 与输入矢量失真最小的码字的索引， 传输时仅传输相应码字 的索引，接收方根据码字索引在码书中查找对应码字， 再现 输入矢量。 矢量量化编码的核心是码书设计， 经典的码书设 计算法有LBG（Linde, Buzo和Gray三人的首字母） 算法（又称为K-means算法）。 码书设计过程就是寻求把M 个训练矢量分成N类（N<M）的一种最佳方案（如均方误差最 小）， 并把各类的中心矢量作为码书中的码字。
第9章 图像编码 9.1.2
人们不断提出新的图像编码方法， 如基于人工神经网络 的编码、 子带编码（Sub band Coding）、 分形编码 （Fractal Coding）、 小波编码（Wavelet Coding）、 基 于模型的编码（Model based Coding）、 基于对象的编码 （Object based Coding）和基于语义的编码（Semantic Based Coding）等。
（2） 预测编码。 预测编码是基于图像数据的空间或时 间冗余特性， 它用相邻的已知像素（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。 预测编码可分为帧内预测和帧间预测， 常用的预测编 码有差分脉码调制（DPCM， Differential Pulse Code Modulation）和运动补偿法。 图9-1和图9-2分别给出了无损 预测编码和有损预测编码系统的原理图，均包括编码器和解码 器， 其中符号编码器通常采用变长编码。
第9章 图像编码 信息熵是无损编码的理论极限， 当平均码长大于等于信 息熵时， 总可设计出一种无失真编码， 这是熵编码的理论基 础。 若使用相同长度的码字表示信源符号， 则称该编码方法 为等长编码， 否则称为变长编码。 变长编码的基本原理是给 出现概率较大的符号赋予短码字， 而给出现概率较小的符号 赋予长码字， 从而使得最终的平均码长很小。 哈夫曼编码和 香农-范诺编码就是两种变长编码方法。
jpeg压缩编码标准
JPEG压缩编码标准是国际标准化组织（ISO）和CCITT联合制定的静态图像的压缩编码标准。
它主要采用预测编码、离散余弦变换以及熵编码的联合编码方式，以去除冗余的图像和彩色数据，属于有损压缩格式。
JPEG压缩编码标准是面向连续色调静止图像的压缩编码标准，具有较高的压缩比，是目前静态图像中压缩比最高的。
它能够将图像压缩在很小的储存空间，一定程度上会造成图像数据的损伤。
JPEG压缩编码标准有多种类型，包括标准JPEG格式、渐进式JPEG格式和JPEG2000格式。
其中，标准JPEG格式在网页下载时只能由上而下依序显示图像，直到图像资料全部下载完毕，才能看到图像全貌；渐进式JPEG格式在网页下载时，先呈现出图像的粗略外观后，再慢慢地呈现出完整的内容；JPEG2000格式是新一代的影像压缩法，压缩品质更高，并可改善在无线传输时，常因信号不稳造成马赛克现象及位置错乱的情况，改善传输的品质。
总之，JPEG压缩编码标准是一种广泛应用于图像处理领域的压缩编码标准，具有较高的压缩比和多种类型，能够满足不同应用场景的需求。
jpeg 编码标准
JPEG（Joint Photographic Experts Group）是一种用于图像压缩的标准，其编码标准包括了图像压缩、编码和解码的相关规范。
JPEG 标准定义了图像压缩的算法和数据格式，使得图像可以在压缩后占用更少的存储空间，并且可以在网络上传输更快。
JPEG 标准主要包括两部分：JPEG 压缩和JPEG 文件格式。
1. JPEG 压缩：JPEG 使用一种称为离散余弦变换（Discrete Cosine Transform，DCT）的技术对图像进行压缩。
DCT 将图像分解成一系列频率成分，然后通过量化和熵编码来减少数据量。
JPEG 压缩可以通过调整压缩比来平衡图像质量和文件大小。
2. JPEG 文件格式：JPEG 文件格式定义了存储压缩图像的数据结构和编码方式。
它包括了图像的标识信息、压缩参数、DCT 系数、量化表等。
JPEG 文件格式也支持一些元数据（如拍摄日期、相机型号等）的存储。
总的来说，JPEG 标准定义了一套完整的图像压缩和存储方案，使得JPEG 图像可以在不同的设备和平台上进行编码和解码。
JPEG 压缩技术被广泛应用于数字摄影、网络传输和图像存储等领域。
图像编码的原理与流程详解(一)
图像编码是将图像数据进行压缩和存储的过程，通过编码算法可以将图像的冗余信息去除，从而减小图像的文件大小。
本文将详细解析图像编码的原理和流程。
一、图像编码的原理图像编码的原理是基于图像的统计特性和人眼视觉系统的特点。
图像的统计特性包括图像的冗余性和图像中不同区域的相关性。
人眼视觉系统对于细节变化敏感，对于一些细微的变化可能无法察觉。
基于这些原理，图像编码可以通过去除冗余信息和利用视觉系统的特点来实现图像数据的压缩。
二、图像编码的流程1. 图像预处理在图像编码前，需要对图像进行一些预处理工作，包括图像的归一化和分块。
图像归一化是将图像的亮度和对比度进行调整，使得图像数据的范围在一定的范围内，从而方便后续的处理。
分块是将图像分割成小块，每个小块可以独立进行编码处理。
2. 图像采样和量化图像编码的第一步是将图像的空间域数据转换到频域数据。
在这一步骤中，图像需要进行采样和量化。
采样是指将连续的图像数据转换为离散的样本，常用的采样方法有最近邻采样和双线性插值采样。
量化是将连续的图像数据映射到有限的离散值集合中，常用的量化方法包括均匀量化和非均匀量化。
3. 数据变换和编码在图像采样和量化之后，可以对图像数据进行变换和编码。
数据变换是将图像数据从空域转换到频域，常用的变换方法有傅里叶变换和离散余弦变换。
变换后的频域数据具有更好的能量集中性，便于后续的压缩编码。
编码是将变换后的频域数据进行压缩编码，常用的编码方法有哈夫曼编码和算术编码。
4. 熵编码和解码经过数据变换和编码后，可以对编码后的数据进行熵编码。
熵编码是一种无损压缩编码方法，通过统计图像数据的概率分布来进行编码。
常用的熵编码方法有游程长度编码和算术编码。
解码是对编码后的数据进行解码和反变换，将解码后的数据转换回空间域。
5. 反量化和反采样解码后的数据进行反量化和反采样，将离散的频域数据转换回连续的图像数据。
反量化是将量化后的数据映射回连续的图像数据，反采样是将采样后的数据进行插值，恢复原始图像的细节。
计算机信息编码课件
编码的分类
按照表示方式分类
可以分为二进制编码、十进制编码、十六进制编码等。
按照应用领域分类
可以分为字符编码、图像编码、音频编码、视频编码等。
按照编码方式分类
可以分为定长编码、变长编码等。
编码的标准与规范
ASCII码
01
是最早的计算机编码标准，主要用于表示英文字符。
Unicode
02 是一种国际化的编码标准，可以表示世界上几乎所有
语言的字符。
GB2312、GBK、GB18030
03
是中国制定的汉字编码标准，用于表示简体和繁体汉
字。
02 数字编码
二进制编码
01
02
03
定义
二进制编码是用二进制数 表示数据的一种方法，其 中每一位都是0或1。
特点
二进制编码具有抗干扰能 力强、可靠性高、易于计 算机处理等优点。
应用
在计算机内部，所有数据 都是以二进制形式存储和 处理的。
应用
在计算机科学中，十六进制编码常用于表示内存地址和机器码。
数字编码的应用
01
02
03
04
在通信中，数字编码可以用于 数据的传输和存储，提高数据
的可靠性和抗干扰能力。
在计算机科学中，数字编码是 计算机内部存储和处理数据的
基础。
在电子工程中，数字编码可以 用作控制信号的传输和接收。
在网络安全中，数字编码可以 用于数据的加密和解密，保障
01
WAV是一种无损音频格式，它以原始音频波形数据
的方式进行存储，保留了音频信号的所有信息。
02
WAV文件通常较大，占用存储空间较多，但音质表
现非常好，适合用于需要高质量音频的应用场景。
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图像编码是一项用于将图像数据转换为易于传输和存储的压缩形式的技术。
编码标准和规范在图像编码中起着至关重要的作用，它们确保了在不同设备之间的兼容性和一致性。
本文将对图像编码中的编码标准与规范进行解析。
一、JPEG编码标准与规范解析
JPEG是一种广泛使用的图像编码标准，它通过压缩图像数据，减小文件大小，并保持图像质量。
JPEG编码标准定义了编码和解码图像所需的算法和规则。
它使用了离散余弦变换（DCT）和量化技术来降低图像数据的冗余性。
在JPEG编码过程中，图像被分为若干8×8的像素块，每个像素块经过DCT变换后，通过量化表进行量化。
量化表用于降低图像的精度，从而减小文件大小。
编码后的图像数据经过熵编码，最终生成JPEG文件。
二、编码标准与规范解析
是一种广泛应用于视频编码的标准，它在图像编码中也有重要应用。
编码标准定义了一套用于压缩视频数据的算法和规则。
它利用了运动估计、空间预测、变换编码和熵编码等技术来降低视频数据的冗余性。
在编码过程中，视频被分为若干帧和宏块。
对于静止的帧，通过空间预测技术进行编码；对于运动的帧，通过运动估计和运动补偿将差异信息编码。
然后，经过离散余弦变换和量化后，通过熵编码生成压缩视频数据。
三、WebP编码标准与规范解析
WebP是一种由谷歌公司开发的图像编码格式，旨在提供更高的压缩率和更好的图像质量。
WebP编码标准基于视频编码技术，结合了预测编码和变换编码等方法。
在WebP编码过程中，图像数据被分解成多个小块，并通过预测编码来提取冗余性。
然后，使用有损和无损压缩算法对图像数据进行编码。
WebP编码标准还支持无损动画和透明度编码，使其在应用中得到广泛应用。
四、HEIF编码标准与规范解析
HEIF（High Efficiency Image Format）是一种现代的图像编码格式，旨在提供更高的压缩效率和更多的图像信息。
HEIF编码标准使用了HEVC（High Efficiency Video Coding）压缩技术，并结合了多种其他技术。
在HEIF编码过程中，图像数据被分成多个图像项和图像属性。
通过HEVC压缩技术对图像数据进行编码，并使用HEIF容器格式存储编码后的图像数据。
HEIF编码标准还支持图像序列、深度图像和动态图像等多种图像类型。
总结：
图像编码中的编码标准与规范是确保图像编码和解码的一致性和兼容性的重要因素。
JPEG、、WebP和HEIF等编码标准使用了不同的压缩技术和算法，在图像编码领域发挥了重要作用。
了解这些编码标准与规范的原理和特点，有助于我们更好地理解和应用图像编码技术。