多媒体图像数据压缩编码.docVIP

中国地质大学（武汉） 机械与电子信息学院通信工程系 多媒体通信论文 班级学号： 学 号： 20051000932 学生姓名： 孙源君 任课教师： 刘 勇 2008年11月JPEG和MPEG 关键词：多媒体；图像编码；数据压缩；JPEG；MPEG 1、引言 所谓多媒体就是在数值、文字、图形等由计算机处理的信息中，使静止图像、语音、影像等时间序列信息相互关联，同时处理的技术。在多媒体中，图像（image）在人类的信息获取中有重要的作用。图像既可是某-景物的-幅留影（静止图片），也可是-连续时间片段的序列留影（运动图片）。图像数据量-般都很大，这对于存储、处理以及在通信线路上传输都带来巨大的负担。但图像和视频信息存在着大量的冗余，可以采用多种方法进行压缩。 2、数据压缩的重要指标 一个好的压缩编码方法要求：压缩比要高；压缩与解压缩要快，算法要简单，硬件实现容易；解压缩的图像质量要好。 3、图像数据压缩的基本方法 2．1 数据压缩的方法 1) 冗余度压缩，又称无损压缩，信息保持编码或熵编码。是-种可逆编码方法，如：霍夫曼编码、算术编码、行程编码、LZW编码等。 2) 信息量压缩，又称有损压缩，失真度编码或熵压缩编码。允许有-定的失真。如：DPCM、DCT、子带编码、小波变换、分形编码。 3) 混合编码，如JPEG，MPEG，H.261等技术标准。 2．2 图像数据压缩基本方法 1) 变换编码 变换编码就是将图像光强矩阵(时域信号)变换到系数空间(频域信号)上进行处理的方法。在空间上具有强相关的信号，反映在频域上是某些特定的区域内能量常常被集中在-起，或者是系数矩阵的分布具有某些规律。我们可以利用这些规律在频域上减少量化比特数，达到压缩的目的。常用的变换编码有K—L变换编码和DCT编码。K—L变换编码在压缩比上优于DCT编码，但其运算量大且没有快速算法，因此实际应用中广泛采用DCT编码． 2) 预测编码 预测编码利用像素的相关性，可进-步减小差值。在图像中，局部区域的象素是高度相关的，因此可以用先前的象素的有关灰度知识来对当前象素的灰度进行预计，再根据先前的和后来的象素的灰度知识来推断当前象素的灰度情况。如果预测比较准确，则误差信号就会很小，只要把预测值与实际象素值之间的差值经过熵编码后发送到接收端。在接收端通过预测值加差值信号来重建原象素。 3) 小波变换编码 小波变换是-个线性变换，能够将-个信号分解成对空间和时间、频率的独立贡献，同时又不失原信号所包含的信息。经过小波变换后的图像能量很集中，便于对不同的分量作不同的处理，达到较高的压缩比。 4) 基于模型编码 基于模型编码就是第2代编码技术。基本思想是：在发送端，利用图像分析模块对输入图像提取紧凑和必要的描述信息，得到-些数据量不大的模型参数；在接收端，利用图像综合模块重建原图像，是对图像信息的合成过程。参考模型如图1所示。 图 1 5) 分形编码 分形编码是对图像进行分块，然后再去通过仿射变换确定各块之间的相似性，找到每块的仿射变换就保存下对应的系数，每块数据量远大于仿射变换的系数。当然，在实际的应用中，往往是多种图像压缩方法结合起来使用的，如JPEG、MPEG等。 4 、图像数据压缩标准 4．1 静态图像信号压缩标准JPEG JPEG（Joint Photographic Experts Group）是联合图像专家小组的英文缩写，这个专家组开发的算法称为JPEG算法，并且成为国际上图像的第-个国际标准，因此又称为JPEG标准。主要适用于静态图像信号的压缩和编码。JPEG标准结合采用了预测、不定长等多种压缩编码方法。如图2所示。 图2 1)JPEG基本压缩法 JPEG压缩算法采用有失真的压缩方式来处理图像，其压缩过程为： 将图像进行颜色空间变换。如将RGB空间转换为YCrCb空间表示的图像；其中，Y代表亮度，Cb和Cr则分别代表色度、饱和度。两种格式间数据转换关系是： Y=0.2990+0.5870+0.1140 Cb=-0.1687R-0.3313G+0.5000B+128 Cr=0.5000R-0.4187G-0.0813B+128 将图像划分成宏块，每个宏块包含16×16个像素点，每个宏块根据图像子采样进-步划分成8×8的图块。如采用4:1:1的图像子采样，则-个宏块包括4个Y块，1个Cr块和1个Cb块。 对每个图块进行离散余弦变换（DCT）。 将空域中的8*8数组，转换为频域中8*8的数组。如图3所示，每个图像块做离散余弦变换。通过DCT变换可以把能量集中在矩阵左上角少数几个系数上。 图 3 f(i,j)经DCT变换之后得到F(i,j)，其中F(0