圖像通信第四章

1、靜止圖像編碼靜止圖像編碼第四章第四章李春雷電子信息學(xué)院目錄目錄v 4.1 概述v 4.2 二值圖像編碼l4.2.1 行程長(zhǎng)度編碼l4.2.2 二值圖像的方塊編碼v 4.3 灰度圖像編碼l4.3.1 抖動(dòng)編碼l4.3.2 塊截止編碼l4.3.3 比特面編碼l4.3.4 漸進(jìn)編碼4.4 JPEG壓縮標(biāo)準(zhǔn)4.1 4.1 概述概述v 靜止圖像 信源靜止的照片、一幀圖像v 靜止圖像編碼 希望解碼出來(lái)的圖像與原始圖像的近似度盡量高，即提高的圖像清晰度。v 靜止圖像傳輸 編碼器要求能提供靈活的數(shù)據(jù)組織和表示功能，如漸進(jìn)傳輸方式等。另外，編碼碼流還需要能夠適應(yīng)抗誤碼傳輸?shù)囊蟆?.1 4.1 概述概述4.1

2、4.1 概述概述4.2 4.2 二值圖像編碼二值圖像編碼v二值圖像編碼4.2 4.2 二值圖像編碼二值圖像編碼44.2 4.2 二值圖像編碼二值圖像編碼4.2 4.2 二值圖像編碼二值圖像編碼4.2 4.2 二值圖像編碼二值圖像編碼4.2 4.2 二值圖像編碼二值圖像編碼v4.2.2 二值圖像的方塊編碼4.2 4.2 二值圖像編碼二值圖像編碼4.2 4.2 二值圖像編碼二值圖像編碼44.2 4.2 二值圖像編碼二值圖像編碼44.2 4.2 二值圖像編碼二值圖像編碼4.2.3 JBIG標(biāo)準(zhǔn) JBIG，1993制定的二值圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)具有的特征：1）高壓縮性能 自適應(yīng)編碼方法，印刷文字5倍，灰度

3、效果圖230倍2）可實(shí)現(xiàn)累進(jìn)編碼 生成原始圖像的半分辨率圖像3）適應(yīng)灰度和彩色圖像的無(wú)失真編碼 將圖像分解為比特面，對(duì)每個(gè)比特面分別進(jìn)行編碼。比特深度為6，比特深度為8時(shí)，存在區(qū)別4.2 4.2 二值圖像編碼二值圖像編碼4.2.3 JBIG標(biāo)準(zhǔn)三種模式： 逐層、逐層兼容、單層順序 1）累進(jìn)編碼模式：發(fā)送端由低分辨率到高分辨率掃描多幅圖片，累進(jìn)傳輸，直至達(dá)到令人滿意的中間分辨率。 2）兼容的累進(jìn)/順序編碼：累進(jìn)編碼用于分辨率可變的顯示有效，對(duì)于硬復(fù)制輸出需要一步到位，為了兼容兩種模式，JBIG算法將各分辨率層次和圖像劃分為很窄的帶，分別進(jìn)行壓縮。 3）單層編碼：將JBIG方法中分辨率倍增級(jí)數(shù)設(shè)為

4、0，使累進(jìn)編碼不起作用。4.2 4.2 二值圖像編碼二值圖像編碼v JBIG編、解碼基本框圖如圖4.5所示：分辨率減少和分辨率減少和差分層編碼差分層編碼分辨率減少和分辨率減少和差分層編碼差分層編碼最低分辨最低分辨率編碼率編碼差分層解碼差分層解碼差分層解碼差分層解碼最低層解碼最低層解碼4.2 4.2 二值圖像編碼二值圖像編碼v 分辨率減少模塊 JBIG分辨率減少的過(guò)程，是按水平和垂直分辨率都縮小1/2的方式進(jìn)行的分辨率分辨率減少減少自適應(yīng)算自適應(yīng)算法編碼法編碼典型預(yù)典型預(yù)測(cè)器測(cè)器確定性確定性預(yù)測(cè)預(yù)測(cè)自適應(yīng)自適應(yīng)模版模版模式模式模版模版ATMOVEDPVALUELNTPTPVALUE4.2 4.2

5、 二值圖像編碼二值圖像編碼v 差分層編碼模塊 差分層編碼為解碼器從低分辨率圖像恢復(fù)高分辨率圖像提供必要的編碼信息。 典型預(yù)測(cè)器用以幫助確定當(dāng)前的一個(gè)低分辨率像素和對(duì)應(yīng)的4個(gè)高分辨率像素是否相等。 確定性預(yù)測(cè)器用以確定當(dāng)前的一個(gè)高分辨率像素是否可由其某種鄰域內(nèi)的像素唯一確定。 以上兩種情況存在時(shí)，算數(shù)編碼器都不必對(duì)相應(yīng)的高分辨率像素編碼。4.2 4.2 二值圖像編碼二值圖像編碼v 低分辨率層的編碼 最低分辨率層編碼器與差分編碼器結(jié)構(gòu)大致相同，但僅涉及一個(gè)分辨率層，所有不再需要確定性預(yù)測(cè)器模塊。自適應(yīng)算自適應(yīng)算法編碼法編碼典型預(yù)典型預(yù)測(cè)器測(cè)器自適應(yīng)自適應(yīng)模板模板模式模式模板模板ATMOVESLNT

6、PTPVALUE4.3 4.3 灰度圖像編碼灰度圖像編碼44.3 4.3 灰度圖像編碼灰度圖像編碼4.3 4.3 灰度圖像編碼灰度圖像編碼4.3 4.3 灰度圖像編碼灰度圖像編碼4.3 4.3 灰度圖像編碼灰度圖像編碼4.3 4.3 灰度圖像編碼灰度圖像編碼4.3 4.3 灰度圖像編碼灰度圖像編碼 抖動(dòng)編碼方法主要用于早期圖像處理中用于圖像打印。對(duì)于抖動(dòng)后得到的二值圖像，還可以用前述的二值圖像編碼，以便獲得進(jìn)一步的數(shù)據(jù)壓縮。4.3 4.3 灰度圖像編碼灰度圖像編碼v 4.3.2 塊截止編碼4.3 4.3 灰度圖像編碼灰度圖像編碼4.3 4.3 灰度圖像編碼灰度圖像編碼4.3 4.3 灰度圖像編

7、碼灰度圖像編碼4.3 4.3 灰度圖像編碼灰度圖像編碼v4.3 4.3 灰度圖像編碼灰度圖像編碼v4.3 4.3 灰度圖像編碼灰度圖像編碼v4.3 4.3 灰度圖像編碼灰度圖像編碼v4.3 4.3 灰度圖像編碼灰度圖像編碼v4.3 4.3 灰度圖像編碼灰度圖像編碼v 4.3.3 比特面編碼4.3 4.3 灰度圖像編碼灰度圖像編碼v 4.3.3 比特面編碼4.3 4.3 灰度圖像編碼灰度圖像編碼v4.3.3 比特面編碼4.3 4.3 灰度圖像編碼灰度圖像編碼v 4.3.3 比特面編碼4.3 4.3 灰度圖像編碼灰度圖像編碼v 4.3.4 漸進(jìn)編碼4.3 4.3 灰度圖像編碼灰度圖像編碼v 4.3

8、.4 漸進(jìn)編碼4.3 4.3 灰度圖像編碼灰度圖像編碼v 4.3.4 漸進(jìn)編碼4.3 4.3 灰度圖像編碼灰度圖像編碼v 4.3.4 漸進(jìn)編碼4.3 4.3 灰度圖像編碼灰度圖像編碼v 4.3.4 漸進(jìn)編碼4.3 4.3 灰度圖像編碼灰度圖像編碼v 4.3.4 漸進(jìn)編碼4.3 4.3 灰度圖像編碼灰度圖像編碼v 4.3.4 漸進(jìn)編碼4.3 4.3 灰度圖像編碼灰度圖像編碼v 4.3.4 漸進(jìn)編碼4.3 4.3 灰度圖像編碼灰度圖像編碼v 4.3.4 漸進(jìn)編碼4.3 4.3 灰度圖像編碼灰度圖像編碼v 4.3.4 漸進(jìn)編碼4.3 4.3 灰度圖像編碼灰度圖像編碼v 4.3.4 漸進(jìn)編碼4.3 4

9、.3 灰度圖像編碼灰度圖像編碼v 4.3.4 漸進(jìn)編碼4.4 JPEG4.4 JPEG標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)v 4.4.1 JPEG標(biāo)準(zhǔn)概述 JPEG是聯(lián)合圖像專家組（Joint Photographic Expert Group）的簡(jiǎn)稱。 從事靜態(tài)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)制定的委員會(huì)。采樣JPEG表示靜態(tài)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為ISO/IEC 10918。JPEG 的主要特點(diǎn)如下： (1)壓縮比高，壓縮質(zhì)量比較好，圖像主觀質(zhì)量的損傷難以察覺(jué). (2) 有多個(gè)參數(shù)，用戶能得到所需的壓縮比或圖像質(zhì)量. (3) 無(wú)論連續(xù)色調(diào)圖像的維數(shù)、彩色空間、像素寬高比或其它特征 如何，都能得到良好的壓縮效果. (4) 處理速度快，且

10、有成熟的價(jià)格低廉的硬件電路支持. (5) 有四種運(yùn)行模式:順序模式；漸進(jìn)模式；無(wú)損模式；分級(jí)模式4.4 JPEG4.4 JPEG標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) JPEG 標(biāo)準(zhǔn)在壓縮與解碼的處理過(guò)程中，可以采用無(wú)損和有損兩種方式； 使用者能夠根據(jù)需要調(diào)整壓縮參數(shù)，以盡量減少圖像質(zhì)量的降低而使壓縮比增大； 它具有適中的計(jì)算復(fù)雜度，從而使得壓縮算法既可以用軟件實(shí)現(xiàn)，也可以用硬件實(shí)現(xiàn)，并具有較好的實(shí)用性能。v JPEG標(biāo)準(zhǔn)定義了三種編碼系統(tǒng)基于DCT的有損編碼基本系統(tǒng)用于高壓縮比、高精度或漸進(jìn)重建應(yīng)用的擴(kuò)展編碼系統(tǒng)用于無(wú)失真應(yīng)用場(chǎng)合的無(wú)損系統(tǒng)4.4 JPEG4.4 JPEG標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)v 4.4.2 JPEG 標(biāo)準(zhǔn)的基本框架

11、JPEG 標(biāo)準(zhǔn)中定義了三個(gè)基本要素編碼器、解碼器與交換格式.1.編碼器 編碼器是編碼處理的實(shí)體，如圖4.20 所示，其輸入是數(shù)字原圖像以及各種表格定義，輸出是根據(jù)一組指定過(guò)程產(chǎn)生的壓縮圖像數(shù)據(jù)。圖圖4.204.20 JPEGJPEG編碼器編碼器4.4 JPEG4.4 JPEG標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)2.解碼器 解碼器是解碼處理的實(shí)體，如圖4.21 所示，其輸入是壓縮圖像數(shù)據(jù)以及各種表格定義，輸出是根據(jù)一組指定過(guò)程產(chǎn)生的重建圖像數(shù)據(jù)。圖圖4.214.21 JPEGJPEG解碼器解碼器4.4 JPEG4.4 JPEG標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)3.交換格式 交換格式如圖4.22所示，是壓縮圖像數(shù)據(jù)的表示，包括了編碼中使用的所有表格。

12、交換格式用于不同應(yīng)用環(huán)境之間 JPEG標(biāo)準(zhǔn)包含四種編碼模式，每種模式中有規(guī)定了幾種編解碼器，這些編碼器的主要差別在于：1）采樣精度不同；2）熵編碼方法不同。圖圖4.224.22 JPEGJPEG的交換方式的交換方式4.4 JPEG4.4 JPEG標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)4.4 JPEG4.4 JPEG標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)v 4.4.3 基于DCT的編碼過(guò)程 基于DCT的編碼模式的核心過(guò)程如圖4.23 所示，此處表示的是單個(gè)圖像分量(灰度圖像)壓縮的情況。 基于DCT壓縮的本質(zhì)，是針對(duì)灰度圖像樣本8X8的子塊數(shù)據(jù)流進(jìn)行的。對(duì)于彩色圖像，將其各個(gè)分量看作多層的灰度圖像進(jìn)行壓縮，可以一個(gè)分量一個(gè)分量地處理，也可以按8 X 8

13、的塊依次交替進(jìn)行。4.4 JPEG4.4 JPEG標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)v 4.4.3 基于DCT的編碼過(guò)程4.4 JPEG4.4 JPEG標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)1.數(shù)據(jù)單元 分割成相互不重疊的88 的子塊； 對(duì)于彩色圖像，JPEG 分別壓縮圖像的每個(gè)分量。人眼對(duì)亮度的細(xì)小變化很敏感，而對(duì)色度則不然。壓縮前可轉(zhuǎn)換為YUV格式。 在對(duì)圖像各分量采樣時(shí)，可以采用不同的采樣頻率，這種技術(shù)稱為二次采樣。對(duì)Y分量的采樣頻率高于對(duì)U、V 分量的采樣頻率。采樣方案：YUV422、YUV411。 4.4 JPEG4.4 JPEG標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)2. DCT變換 每一個(gè)數(shù)據(jù)單元通過(guò)前向DCT變換成64個(gè)DCT系數(shù), 其中包含一個(gè)直流分量DC系數(shù)(

14、即F(O，0)和63個(gè)交流AC系數(shù)。 JPEG 標(biāo)準(zhǔn)是開(kāi)放式的，可以采用任何一種快速DCT算法112001( , )( , )cos(21) cos(21) 2 ()(1,2,1;1,2,1)MNxyC u vf x yxuyvMNuNvN 1121111( , )(0,0)( , )cos(21) cos(21) 2 ()(0,1,2,1;0,1,2,1)MNuvf x yCC u vxuyvMNMNxMyN4.4 JPEG4.4 JPEG標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) 在JPEG基本系統(tǒng)中，f(x,y)為8bit像素，取值范圍為0-255?？汕蟪鯠C 系數(shù)F(0,0) 的取值范圍為0-2040,是圖像均值的8倍

15、. 對(duì)以無(wú)符號(hào)數(shù)表示的具有P位精度的輸入數(shù)據(jù)，在DCT 前要先將其減去2p-1 ，轉(zhuǎn)換成有符號(hào)數(shù)。在JPEG 基本系統(tǒng)中，各分量均為P =8 ， 因而輸入像素f(x,y)的動(dòng)態(tài)范圍由0-255 偏移至-128127。4.4 JPEG4.4 JPEG標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)3.量化 88圖像子塊通過(guò)DCT變換后，其低頻分量主要集中在左上角，高頻分量分布在右下角。 由于人眼對(duì)高頻分量遠(yuǎn)沒(méi)有對(duì)低頻分量敏感，大量的圖像信息(如亮度)主要包含在低頻中，所以編碼時(shí)，可以忽略圖像的高頻分量，從而在視覺(jué)損失很小的情況下達(dá)到壓縮的目的。 要將高頻分量去掉，就要用到量化，它是產(chǎn)生信息損失的根源.4.4 JPEG4.4 JPEG標(biāo)

16、準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) 量化過(guò)程就是每個(gè)DCT系數(shù)除以各自的量化步長(zhǎng)并取整，得到量化系數(shù): 取整采用四舍五入的方式。反量化則是在解碼器中恢復(fù)DCT系數(shù)的過(guò)程。對(duì)于DCT 變換后的64 個(gè)系數(shù)，利用量化表中相對(duì)應(yīng)的64 個(gè)數(shù)值(量化步長(zhǎng)進(jìn)行均勻量化(線性量化)，實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的實(shí)際壓縮。4.4 JPEG4.4 JPEG標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)v 量化表4.4 JPEG4.4 JPEG標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)v 量化4.4 JPEG4.4 JPEG標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)4. DC系數(shù)和AC系數(shù)掃描 在量化之后，DCT系數(shù)還要經(jīng)過(guò)兩種數(shù)據(jù)變換，以適應(yīng)于用熵編碼進(jìn)一步壓縮數(shù)據(jù)的目的。 直流(DC)系數(shù)反映了8X8子塊內(nèi)64個(gè)像素均值的度量，它包含了整個(gè)圖像總能量的

17、重要部分。交流系數(shù)反映了塊內(nèi)圖像的紋理變化。 因此將DC系數(shù)和其余63個(gè)交流(AC) 系數(shù)分別編碼。 4.4 JPEG4.4 JPEG標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) DC系數(shù)之間具有很強(qiáng)的相關(guān)性，使用一維前值預(yù)測(cè)，即用前一個(gè)子塊的DC系數(shù)預(yù)測(cè)當(dāng)前子塊的DC系數(shù)。 63 個(gè)交流系數(shù)則用“Zig-zag”之字形掃描轉(zhuǎn)換成一維序列，如圖4.24(b)所示，編碼順序?yàn)榧^所示的方向。 “Zig - zag”掃描可以使低頻系數(shù)出現(xiàn)在高頻系數(shù)前面，有利于熵編碼的進(jìn)行。AC 系數(shù)和DC 系數(shù)均為二進(jìn)制補(bǔ)碼表示的整數(shù)。4.4 JPEG4.4 JPEG標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) 63個(gè)AC系數(shù)行程編碼的碼字用兩個(gè)字節(jié)來(lái)表示，這里記為Symble-1和

18、Symble-2。如圖4.25 所示。 Symble-1包括了兩個(gè)值：行程和比特?cái)?shù)，用(行程數(shù)，比特?cái)?shù))表示 當(dāng)最后一個(gè)零行程包含最后一個(gè)第63 個(gè))AC 系數(shù)時(shí)，用特殊的Symble-1, (0，0)來(lái)表示EOB。4.4 JPEG4.4 JPEG標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)v 熵編碼 JPEG熵編碼方法有兩種：霍夫曼編碼、算術(shù)編碼 前者使用霍夫曼碼表，而后者使用算術(shù)碼的條件碼表。在所有的工作模式中，兩種方法均可選用. 霍夫曼編碼: 在進(jìn)行霍夫曼編碼前，首先要計(jì)算各符號(hào)的概率，因而必須經(jīng)過(guò)兩次掃描，影響編碼速度。在JPEG 的具體實(shí)現(xiàn)中采用了查表方式，在大量實(shí)際圖像測(cè)試結(jié)果的基礎(chǔ)上生成了霍夫曼碼表，編碼時(shí)只需直接

19、查表即可。編碼時(shí)，DC系數(shù)、AC系數(shù)、亮度、色度共需要4 個(gè)編碼表。4.4 JPEG4.4 JPEG標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)1)直流系數(shù)編碼 用前一塊DCi-1作為對(duì)本塊DCi 的預(yù)測(cè)值Pred。再對(duì)差值Diff= DCi-Pred 進(jìn)行無(wú)失真編碼。 若DC系數(shù)的動(dòng)態(tài)范圍為-1024 +1023. 則Diff 的動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)-2047+2047。如果給每個(gè)值賦予一個(gè)碼字，則碼表過(guò)于龐大。 JPEG采用“前綴碼(SSSS) +尾碼“：前綴碼指名偽碼的有效位數(shù)，用標(biāo)準(zhǔn)的的霍夫曼編碼; 尾碼則直接采用B位自然二進(jìn)制碼。4.4 JPEG4.4 JPEG標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) DC 系數(shù)為圖像均值的8倍，最大值不會(huì)超過(guò)8255=20

20、40. 故SSSS 值的范圍為011。其碼表有12 項(xiàng)，如表4. 6 所示：4.4 JPEG4.4 JPEG標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)v4.4 JPEG4.4 JPEG標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) 對(duì)于亮度編碼，Diff=17。因17落入(-31，-16,16, ,31)區(qū)間，查表4.6 得SSSS=5，其前綴碼字為“110”；5 位尾碼為17的二進(jìn)制原碼10001，從而Diff = 17的編碼為“11010001”。 如果Diff=-17，5位尾碼則為17的二進(jìn)制反碼01110，從而Diff =-17的編碼為“11001110”。 解碼時(shí)，由前綴碼110知尾碼為5位碼。若碼字是10001，因其最高位為1，立即可得Diff =17

21、 ，若碼字是“01110”，則因其高位為0知Diff 應(yīng)為負(fù)數(shù)，尾數(shù)是個(gè)反碼，取反后可得實(shí)際值Diff=-17。4.4 JPEG4.4 JPEG標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)2) 交流系數(shù)編碼 JPEG 利用Zig-zag 掃描，將二維量化系數(shù)矩陣轉(zhuǎn)換成了一維數(shù)組ZZ中的“零行程/非零值”。若最后一個(gè)“零行程/非零值”中只有零行程(ZRL)，直接傳塊結(jié)束碼字“EOB”(否則無(wú)需加EOB 碼)。 JPEG 將“零行程/非零值”編碼表示為“NNNNSSSS + 尾碼”，其中4位“NNNN”為相對(duì)于前一個(gè)非零值的零行程計(jì)數(shù)，表示ZRL=015，4位“SSSS”及“尾碼”的含義則與DC系數(shù)類似，但這里是將“NNNNSSSS

22、”組合為一個(gè)新的“前綴碼”，用二維霍夫曼編碼。4.4 JPEG4.4 JPEG標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) 如果ZRL15，則用“NNNNSSSS”=“11110000”表示ZRL =16，再對(duì)ZRL =ZRL-16繼續(xù)編碼。雖然SSSS可將AC系數(shù)表示到15位精度，但對(duì)于JPEG 基本系統(tǒng)，SSSS將不超過(guò)10( 見(jiàn)表 4 . 7 ) ， 因 此 前 綴 碼 的 二 維 霍 夫 曼 碼 表 的 大 小 為NNNNSSSS+2=162。4.4 JPEG4.4 JPEG標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)v4.4 JPEG4.4 JPEG標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)6. 一個(gè)JPEG基本系統(tǒng)的實(shí)例 如圖4.26(a)為實(shí)際圖像上截取的一個(gè)8X8子塊，將其進(jìn)行電平

23、位移，即每個(gè)像素減去128，再進(jìn)行FDCT。得到DCT系數(shù)，然后用量化系數(shù)表進(jìn)行量化，得到量化后的DCT系數(shù)如圖4.26(d)，圖4.26(e) 表示的是反量化后的DCT 系數(shù)，再進(jìn)行IDCT。即得到重建后的圖像值(見(jiàn)圖4.26 (f)，可以看到，圖4.26(f)與圖4.26(a) 的值很接近.4.4 JPEG4.4 JPEG標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)4.4 JPEG4.4 JPEG標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) 圖4.26(d)中的數(shù)字在傳輸?shù)浇獯a器之間需用Huffman方法進(jìn)行編碼。 1）DC系數(shù)編碼：假設(shè)在前一個(gè)子塊中，量化后的DC系數(shù)值是12，差值為+3，查表4.6得SSSS=2，尾碼為3的二進(jìn)制形式。 2）AC系數(shù)編碼：由

24、圖4.26(b)的Zig-zag順序，第一個(gè)非零系數(shù)為-2，之前0的個(gè)數(shù)是1，查表4.7得SSSS=2，采用(1,2)(-2)表示；最后一個(gè)非零系數(shù)為-1，它之前0的個(gè)數(shù)是2，可用(2,1)(-1)表示。因?yàn)檫@是最后一個(gè)非零系數(shù)，所以這個(gè)88子塊的終止碼是EOB或（0,0）4.4 JPEG4.4 JPEG標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) 這個(gè)88子塊的最終符號(hào)序列如下：(2)(3), (1,2)(-2), (0,1)(-1), (0,1)(-1), (0,1)(-1), (2,1)(-1), (0,0)接下來(lái)將該序列形成二進(jìn)制碼流： 首先DC差值（2）由表4.6得Huffman編碼為011. 由附錄B中表B-1可得各

25、AC系數(shù)的Huffman編碼： (0,0) 1010 (0,1) 00 (1,2) 11011 (2,1) 111004.4 JPEG4.4 JPEG標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) 尾數(shù)及其對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制編碼是：（3）11（-2）01（-1）0 因此，這個(gè)88子塊的比特流是：011,11, 11011,01, 00,0, 00,0, 00,0, 11100,0, 1010 共31比特。 4.4 JPEG4.4 JPEG標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)v4.4 JPEG4.4 JPEG標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) 在不同的應(yīng)用場(chǎng)合，需要不同的編碼質(zhì)量或編碼比特率。JPEG通過(guò)改變量化步長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)編碼質(zhì)量的控制。 在JPEG標(biāo)準(zhǔn)中，設(shè)定一個(gè)量化控制因子Q，在量化時(shí)，

26、用該因子和量化步長(zhǎng)相乘以后作為實(shí)際的量化步長(zhǎng)。4.4 JPEG4.4 JPEG標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)v4.4 JPEG4.4 JPEG標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)v4.4 JPEG4.4 JPEG標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) 圖4.29 一般的交織數(shù)據(jù)順序 交織數(shù)據(jù)是MCU的一個(gè)有序序列，一個(gè)MCU單元中的內(nèi)容是由交織成分的數(shù)量和與它們相關(guān)的采樣因子決定的。交織成分的數(shù)量最大為4 ，一個(gè)MCU 單元中的數(shù)據(jù)單元的最大數(shù)量為10。14.4 JPEG4.4 JPEG標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)4 碼表選擇控制 JPEG編碼需要針對(duì)不同分量使用適當(dāng)?shù)拇a表。在一個(gè)分量中，必須采用一個(gè)或一組相同的量化表和熵編碼表編碼所有的數(shù)據(jù)單元. JPEG解碼器可最多同時(shí)儲(chǔ)存4個(gè)不同的量化

27、表和4個(gè)熵編碼表。在解壓一個(gè)包含多分量(交織)的掃描時(shí)，為了保證合適的表用于合適的分量，常要在不同的表之間進(jìn)行切換。該表不能在掃描解壓過(guò)程中臨時(shí)裝載。圖4.30說(shuō)明了一個(gè)編碼過(guò)程是如何從原圖像分量和多組表格中選擇編碼的。4.4 JPEG4.4 JPEG標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)v 4.4.5 無(wú)損壓縮 無(wú)損工作模式包括兩種:一是使用霍夫曼編碼的無(wú)損編碼;二是使用算術(shù)編碼的無(wú)損編碼。JPEG選擇了完全獨(dú)立于DCT過(guò)程的簡(jiǎn)單預(yù)測(cè)方法作為無(wú)損編碼模式。圖4.31是單分量圖像主要處理步驟的示意圖。4.4 JPEG4.4 JPEG標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) 用三個(gè)相鄰采樣點(diǎn)(A 、B 和C)對(duì)當(dāng)前編碼采樣點(diǎn)X 進(jìn)行預(yù)測(cè)，如圖4. 32 所

28、示，再用X 的實(shí)際值減去預(yù)測(cè)值，對(duì)其差值作無(wú)損的熵編碼：霍夫曼編碼、算術(shù)編碼。表4.8列出7個(gè)無(wú)損編碼的預(yù)測(cè)器.4.4 JPEG4.4 JPEG標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)v 4.4.6 DCT漸進(jìn)模式 DCT 漸進(jìn)模式有與順序模式同樣的FDCT 和量化步驟。 每個(gè)圖像分量通過(guò)多次掃描完成編碼，第一次掃描編碼一幅粗略的但能識(shí)別其輪廓的圖像，以較快的速度傳輸出去，隨著以后的掃描，圖像逐漸細(xì)化直至量化表定義的質(zhì)量。 第一種：先掃描較低頻率分量的系數(shù)，再掃描更高頻率分量的系數(shù)，稱為頻譜選擇法。 第二種：先取N 個(gè)最重要的比特編碼，再對(duì)其余比特編碼，這種方式稱為連續(xù)近似法。4.4 JPEG4.4 JPEG標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)v 4.

29、4.7 分級(jí)模式 分級(jí)編碼過(guò)程如下：(l)對(duì)原始圖像進(jìn)行下抽樣濾波；(2)對(duì)濾波后圖像編碼：順序DCT、漸進(jìn)DCT或無(wú)損編碼；(3)圖像解碼，并進(jìn)行上抽樣；(4)將上抽樣后的圖像作為這一分辨率級(jí)別原始圖像的預(yù)測(cè)值，并對(duì)差分圖像編碼：順序DCT、漸進(jìn)DCT或無(wú)損編碼；(5)重復(fù)(3)、(4)，直至所有分辨率圖像全部編碼完畢. 分級(jí)編碼應(yīng)用：一幅圖像以高分辨率掃描并壓縮，可以在一臺(tái)高質(zhì)量的打印機(jī)上打印出來(lái)，同時(shí)又能在一臺(tái)低分辨率的顯示器上顯示。4.4 JPEG4.4 JPEG標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)v 4.4.8 壓縮文件 JPEG 壓縮文件分成兩個(gè)部分：標(biāo)記碼和壓縮數(shù)據(jù)。 標(biāo)記部分給出了JPEG 圖像的所有信息

30、：如圖像的寬、商、霍夫曼表、量化表等。 標(biāo)記碼：由兩個(gè)字節(jié)組成，其中高字節(jié)是固定值OxFF。 每個(gè)標(biāo)記之前還可以添加數(shù)目不限的OxFF填充字節(jié)。把壓縮的數(shù)據(jù)單元結(jié)合在最小編碼單元(MCU)中。4.4 JPEG4.4 JPEG標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)v JPEG文件格式4. 5 JPEG2000 標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)v 4.5.1 JPEG - LS 標(biāo)準(zhǔn) ISO 提出了另一種用于連續(xù)色調(diào)圖像無(wú)損壓縮的標(biāo)準(zhǔn)，稱為JPEG-LS，全稱為Information technology-Lossless and near lossless compression of continuous - tone still images,

31、 即無(wú)損和近無(wú)損連續(xù)色調(diào)靜止圖像的壓縮，適應(yīng)于灰度和彩色圖像。其基本系統(tǒng)包括三個(gè)方面：(1) 規(guī)定編碼器處理過(guò)程，將原圖像轉(zhuǎn)為壓縮圖像；(2) 規(guī)定解碼器處理過(guò)程，將壓縮圖像轉(zhuǎn)為重建圖像；(3) 提供實(shí)際中如何實(shí)施以上處理過(guò)程的指南。三個(gè)主要因素：編碼器、解碼器、交換格式4. 5 JPEG2000 標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)v 4.5.2 JPEG2000 標(biāo)準(zhǔn)JPEG 靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)缺點(diǎn)： 在低比特率情況下，重構(gòu)圖像存在嚴(yán)重的方塊效應(yīng)； 有四種操作模式，針對(duì)不同應(yīng)用提出，不具有通用性。 因此，產(chǎn)生了更高壓縮率和更多新功能的新一代靜態(tài)圖像壓縮技術(shù)JPEG2000，主要由以下6部分組成第一部分 圖像編碼系統(tǒng)，規(guī)

32、定實(shí)現(xiàn)JPEG2000功能基本部分的編解碼方案.第二部分 編碼擴(kuò)展，規(guī)定核心編碼系統(tǒng)不具備的功能擴(kuò)展.第三部分 運(yùn)動(dòng)JPEG2000，針對(duì)運(yùn)動(dòng)圖像提出，規(guī)定了以幀內(nèi)編碼形式將JPEG2000 用于運(yùn)動(dòng)圖像壓縮的擴(kuò)展功能。4. 5 JPEG2000 標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)第四部分 一致性測(cè)試，規(guī)定了用于依據(jù)性測(cè)試的規(guī)程；第五部分 參考軟件，提供了實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)可參考的樣本軟件；第六部分 混合圖像文件格式，規(guī)定了以圖形文字混合圖像為對(duì)象的代碼格式，主要是針對(duì)印刷和傳真應(yīng)用。 對(duì)于二值、灰度或彩色靜止圖像定義了一組有損和無(wú)損的方法。有以下規(guī)定： 規(guī)定了解碼過(guò)程、規(guī)定了碼流的語(yǔ)法、規(guī)定了JP2 文件格式、提供了編碼過(guò)程的指導(dǎo)、提供了在實(shí)際進(jìn)行編碼處理時(shí)的實(shí)現(xiàn)指導(dǎo).4. 5