静态图象压缩标准JPEG

4.基于DCT的分层操作方式

用于： 在必须使用低分辨率的设备来存取或观 察高分辨率图象的应用中，这种方式 非常有效。
课后作业
1。教材第69页，第5题 2。思考：JPEG还有哪些可以改进的地方？
The End
谢谢大家！
（2）可变长度熵编码 将63个AC系数表示为符号1和符号2的 序列，其中行程长度超过15时，有多个 符号1，块结束（EOB）时仅有以个符号 1(0,0)。 可变长度熵编码就是对上述序列进行 变长编码。
五个步骤的关系
前一个步骤的输出是下一个步骤的输入。 过程： 原始图象 分成8*8块 DCT系数 量化后的DCT系数 编码的DC系数和行程编码的AC系数 熵编码
(3).量化处理
输入：对FDCT输出的DCT系数进行量化处 理 关键：找最小量化失真（误差）的量化器。 作用：在一定主观保真度图象质量前提下， 丢掉那些对视觉影响不大的信息，通过量化 可调节数据压缩比。 输出：DC系数（直流）和AC系数（交流）

JPEG采用线性均匀量化器，定义 为对64个DCT系数除以量化步长，再四舍 五入取整。 F (u,v) = Integer Round [F(u,v) / Q(u,v)] Q(u,v)：量化器步长，是量化表的元素。
（2）然后给这些符号赋予变长码字。

（1）.熵编码的中间格式 符号1：（行程，尺寸） 符号2：（幅值） 行程：前后两个非零AC系数之间连续0 的个数 尺寸：后一个非零AC系数幅值编码所需 比特数 幅值：用以表示非零AC系数的幅值。范 围：

直流分量DC也有类似于AC系数的编码格 式： 符号1：（尺寸） 符号2：（幅值） 尺寸：DC差值的幅值编码所需比特数。 幅值：DC的幅值，范围：

交流分量 其余63个交流系数（AC）采用行程编 码。（Z字型扫描）可增加行程中连续0 的个数。 如图：
AC01 DC ●●●●●●●● ●●●●●●●● ●●●●●●●● ●●●●●●●● ●●●●●●●● ●●●●●●●● ●●●●●●●● ●●●●●●●●
AC77

例2.3 假设AC系数扫描结果中包含 “…,3,0,0,0,0,0,12,0,0,0…”数据，则对它 的行程编码的结果为“…,(5,4),(12),…”, 其中(5,4)占用一个字节存放，(12)占用4 位存放。
直流分量DC （1）.64个变换系数经量化后，坐标 u=v=0 的 F(0,0) 称 DC 系数，即直流分 量。是64个空域图象采样值的平均值。 （2）.JPEG的量化后的DC系数采用 DPCM编码，即对DIFF=DC i –DC i-1编码。 如图：教材29页，图2.11。 （3）.采用这种编码方式的原因：相 邻8*8块之间DC系数有较强相关性。
(4).熵编码
为了进一步压缩数据，需对DC码和AC行 程编码的码字再做基于统计特性的熵编 码。 JPEG建议的熵编码是Huffman编码和自 适应二进制编码。 输入：DC码和AC行程编码的码字。 输出：压缩后的数据。


熵编码可分成两步进行
（1）先把DC码和形成编码转换成中间符 号序列。
2.基于DCT的有失真压缩编码 （重点）

包括两种不同的系统，基本系统和增强 系统，增强系统是基本系统的扩充。 基于DCT编码器的工作原理框图见图2.9 。

编码器 源图象数 据（8*8）
FDCT
量化器
熵编码器
压缩图 象数据
表说明
表说明
图2.9
基于DCT编码过程
基于DCT的有失真压缩编码 五个步骤：
JPEG定义两种相互独立的基本压缩算法。
1.一种是基于DCT的有失真压缩算法。 2.另一种是基于空间线性预测技术 (DPCM)的无失真压缩算法。
1.基于DPCM的无失真编码
为了满足无失真压缩的需要， JPEG 选择的一种简单的预测编码方式。 优点：硬件容易实现，图象重建质量好 缺点：压缩比太低（2：1）
Q

量化表 量化表系数随DCT系数的位置和彩色 分量不同有不同的值，尺寸为8*8，与64 个变换系数一一对应。
例子参见教材P28表2.2和2.3表。
(3).DC系数的编码和AC系数的 行程编码

输入：量化后的DC系数和AC系数。
输出：经DPCM编码后的DC系数，和经 行程编码后的AC系数。


1. 原始图象分割成8*8子块 2.离散余弦变换 3.量化处理 4. DC系数的编码和AC系数的行程编 码 5.熵编码
(1).分成8*8子块
原始图象顺序分割成8*8子块 （共64小块，其中每一块可以作为一个整 体对待）

(2).离散余弦变换
离散余弦正变换 （FDCT） 采样精度为P位（二进制），把[0,2p-1] 范围的无符号数变成[-2p-1,2p-1]的有符 号数，作为离散余弦正变换(forward DCT,FDCT)的输入 输出：经FDCT后输出64个基信号的幅 值，即DCT系数。
2.3.1 JPEG标准的主要内容
JPEG标准选定ADCT作为静态图象压缩 的标准化算法 本标准有两大分类。

第一类方式以DCT为基础 缺点：含有量化过程、非可逆 优点：变换系数较少，还原质量高 第二类方式以二维空间DPCM为基础 缺点：压缩率低 优点：可完全复原

2.3.2 JPEG静态图象压缩算法

(5).压缩比和图象质量
压缩效果（比特/象素） 0.25~0.50 0.50~0.75 0.75~1.5 1.2~2.0 质量 中~好 好~很好 极~好 与原始图象分不出
3.基于DCT的累进操作方式编 码

以累进的方式对图像进行多次的扫描压 缩。
两种累进方式
（1）.频谱选择法 一次扫描中只对64个DCT变换系数中 某些频带的系数进行编码。 （2）.按位逼近法 沿着DCT量化系数有效位方向分段累 进编码。
2.3 静态图象压缩标准JPEG
主讲人：黄一华
看下面这两幅图片：
图片1 Bmp 格式（900K）
图片2 JPEG格式（40K）
你能分辨哪一幅是Bmp格式，哪一幅是JPEG格式吗？
为什么会有如此大的差距呢？

JPEG采用了图象压缩的技术
本节重点内容
来自百度文库
JPEG标准的基本系统中压缩过程有哪几 步，以及各步的工作原理是什么？