第五章 视频编码国际标准.ppt

第五讲 视频压缩编码国际标准简介 视频编码发展简史 视频图像编码标准 静态图像压缩标准 MPEG数字视频压缩标准 H.26X视频压缩标准 1 概述 JPEG(Joint Photographic Experts Group) 是一个由 ISO和IEC两个组织机构联合组成的一个专家组 1986年开始制定，1992年成为国际标准 JPEG是国际上彩色、灰度、静止图像的第一个国际标准，也是一个适用范围广泛的通用标准。它不仅适用于静止图像的压缩，电视图像序列的帧内图像的压缩编码，也常采用JPEG压缩方法。可用于多媒体CD-ROM，彩色图像传真，图文档案管理等。 JPEG包括有损压缩(DCT为基础)和无损压缩(采用预测压缩方法)两种编码方案。 压缩比 —— 10:1--100:1 (一般压缩比≯40:1) 试验表明，经压缩25倍还原后的彩色图像与原图相比 ，对非行家来说很难加以区别。 在损失某些图像信息的情况下 ，JPEG可以把图像压缩比提的更高。例如当把 30:1 的压缩比用于一个全彩色的图像帧时，要求的图像存储空间就从1000K降至33K ，而数据传输率则降至每秒1MB，这就降到了目前大多数存储设备可以处理的范围内了。 2 图像预处理（数据结构） 3 编解码系统 在JPEG中，定义了三种编码系统 1）用于无失真应用场合的无损系统 2）基于DCT的有损编码基本系统 3）用于高压缩比、高精度或渐进重建应用 的扩展编码系统 （2）. 基于DCT的基本编码系统 图像子块的划分 离散余弦变换 量化处理 DC系数的编码和AC系数的行程编码 熵编码 基本系统的编解码 基于DCT的编码过程 图象子块的划分 子块的大小 ---8×8像元 目的： 提高相关性 640×480大小 标准图象，划分结果有4800个子块 色彩子采样 减少子块个数 离散余弦变换(DCT) 子块8x8的DCT系数 量化 JPEG推荐的量化表 JPEG使用的颜色是YCrCb格式。Y分量代表了亮度信息，CrCb分量代表了色差信息。相比而言，Y分量更重要一些。可以对Y采用细量化，对CrCb采用粗量化，可进一步提高压缩比。所以量化表通常有两张，一张是针对Y的，一张是针对CrCb的. JPEG基本算法的量化表是从广泛的实验中得出来的。 下表分别给出了JPEG标准所推荐的亮度量化表和色度量化表。 编码 直流系数（DC）的编码因为图像中相邻块之间有很强的相关性，JPEG标准对DC系数采用DPCM编码(差分编码)方法，即对相邻的8×8像素块之间的DC系数的差值进行编码，可以提高压缩比。这个差值可用公式表示为： 差分编码和行程编码 编码后得到两类数码形式： AC分量－行程码 DC分量－差分码 变长码集合 JPEG 建议： 在基本系统中使用哈夫曼 (Huffman)编码 图2.13 AC系数行程编码码字 为了进一步达到压缩数据的目的，需要对DC码和AC行程编码的码字再作基于统计特性的熵编码（entropy coding）。 JPEG建议使用两种熵编码方法：哈夫曼编码和自适应二进制算术编码。熵编码可分成两步进行，首先把DC码行程码字转换成中间符号序列，然后给这些符号赋以变长码字。 基于DCT的解码过程 4. 基于DCT的累进操作方式编码 顺序方式： 每个图像分量的编码一次扫描完成的； 累进方式： 图像分量编码要经过多次扫描才完成。 累进方式 第一次扫描只进行一次粗糙图像的扫描压缩， 以相对于总的传输时间快得多的时间传输粗糙图像， 并重建一帧质量较低的可识别图像； 在随后的扫描中再对图像作较细的压缩， 这时只传递增加的信息，可重建一幅质量提高一些的图像。这样不断累进， 直到满意的图像为止。 需在量化器的输出与熵编码的输入之间，增加一个足以存储量化后DCT系数的缓冲区，对缓冲区中存储的DCT系数多次扫描， 分批编码。 5. 基于DCT的分层操作方式 (1)把原始图像空间分辨率降低。 (2)对已降低分辨率的图像采用基于DCT的顺序方式、累进方式或无失真预测编码中的任何一种编码方法进行编码。 (3)对低分辨率的图像解码，重建图像，使用插值滤波器，对它插值，恢复图像的水平和垂直分辨率。 (4)把分辨率已升高的图像作为原始图像的预测值，对它们的差值采用基于DCT的顺序方式、累进方式或用无失真方式进行编码。 (5)重复(3)、(4)直到图像达到完整的分辨率编码。 JPEG举例 在一般的图像处理软件中，对一幅图像按JPEG格式进行压缩时，用户可以选择压缩品质因子（Quality Factor）。 Photoshop图像软件按四大类质量（低、中、高、最佳），把压缩品质分为0—12等级