多媒體技術(shù)第三課ppt課件

3.7 靜態(tài)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)JPEG,JPEG Joint Photographic Experts Group 壓縮方法： 1.基于DPCM的無(wú)失真編碼 低壓縮比 2.基于DCT的有失真壓縮 （順序方式） 3.基于DCT的累進(jìn)操作方式 4.基于DCT的分層操作方式,1,一、基于DPCM的無(wú)失真編碼,壓縮比2:1,2,二、基于DCT的有失真壓縮（順序方式）,DCT,量化器,量化表,圖像按順序分成8×8子塊，并將取值范圍0,2P-1變換為- 2P-1, 2P-1-1（有符號(hào)數(shù)）,進(jìn)行DCT變換。 P：樣本定義的精度。 對(duì)基于DCT的編碼，p取8或12 對(duì)基于DPCM的編碼，p取216。,3,三、基于DCT的累進(jìn)操作方式 對(duì)DCT系數(shù)進(jìn)行多次掃描，分批編碼。圖像通過(guò)累進(jìn)由粗 至細(xì)。 頻譜選擇法：按頻帶分批編碼。 一次掃描，只對(duì)64個(gè)DCT系數(shù)中某些頻帶的系數(shù)進(jìn)行編碼，傳遞，在隨后的掃描中，對(duì)其他頻帶的系數(shù)編碼、傳遞，直到全部系數(shù)處理完畢為止。 按位逼近法：按位分段編碼。 沿著DCT量化系數(shù)有效位方向分段累進(jìn)編碼。第一次掃描只取最高有效位的n位編碼、傳遞，然后對(duì)其余位進(jìn)行編碼、傳遞。,4,四、基于DCT的分層操作方式 （1）將原圖像分辨率降低； （2）按對(duì)降低分辨率的圖像進(jìn)行編碼； （3）對(duì)低分辨率的編碼圖像解碼插值重建，升高分辨率； （4）將分辨率升高的圖像作為原圖像的預(yù)測(cè)值，取其差值進(jìn)行編碼； （5）重復(fù)（3）（4），直到達(dá)到完整的分辨率。 適于用低分辨率設(shè)備處理高分辨率圖像。,5,JPEG-2000主要特點(diǎn),單分量（如灰度）和多分量（如彩色）數(shù)據(jù)的有失真或無(wú)失真壓縮； 特定區(qū)域編碼； 按照逼真度或分辨率的分層圖像恢復(fù)； 圖像中特定區(qū)域的隨機(jī)訪問(wèn)； 優(yōu)異的壓縮性能，特別是在高壓縮比時(shí)； 良好的誤差恢復(fù)特性。 與JPEG相比，有更大的靈活性。特別是對(duì)原始數(shù) 據(jù)和壓縮比特流的組織，實(shí)現(xiàn)直接從壓縮比特流 中提取并恢復(fù)低分辨率或高分辨率圖像，不必對(duì) 全部比特流解碼。,6,3.8運(yùn)動(dòng)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)MPEG,MPEG-Moving Picture Experts Group 運(yùn)動(dòng)圖像：靜態(tài)圖像的序列。 一、MPEG1視頻數(shù)據(jù)流的結(jié)構(gòu),圖像,切片,宏塊,Y,亮度像素,色度像素,7,圖像序列層：由序列頭、一個(gè)或多個(gè)圖像組和序列結(jié)束碼組成。 圖像組層：由頭信息、一幀或連續(xù)若干圖像組成的可以隨機(jī)訪問(wèn)的一段以及結(jié)束碼組成。 圖像層：包含頭信息和一幀圖像所有的編碼數(shù)據(jù)。 切片層：由一個(gè)或多個(gè)相鄰的宏塊組成。 宏塊層：由四個(gè)亮度塊和兩個(gè)色度塊構(gòu)成。 塊層：MPEG-1中最小的編碼單位。包括DCT系數(shù)和塊結(jié)束標(biāo)志。,8,二、MPEG-1視頻編碼方法 MPEG-1：圖像及伴音的壓縮傳輸速率：1.5Mbps 亮度分辨率：亮度360×240，色度180 ×120 1.幀的類(lèi)型 I(intra picture)幀：圖像數(shù)據(jù)流的隨機(jī)存取點(diǎn)，幀內(nèi)空間壓縮，基于DCT的編碼，1-2比特/像素。 P(predicted picture)幀：由前一個(gè)I幀或P幀預(yù)測(cè)得到的幀。 B(bidirectional picture)幀：前后作參照進(jìn)行預(yù)測(cè)，雙向預(yù)測(cè)幀,圖像組幀結(jié)構(gòu),9,2.運(yùn)動(dòng)序列流 I B B P B B P B B P B B P B B I B B P B B P B B P B B P B B 顯示順序不同于編解碼順序。在B幀之前必須先恢復(fù)參照幀。 解碼順序?yàn)椋?I P B B P B B P幀和B幀采用運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。,運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測(cè)是一種降低時(shí)間冗余度的有效方法。 該技術(shù)假設(shè)每一幀圖像都是以過(guò)去某一幀圖像為原型并經(jīng)過(guò)變換得到的。這種變換是局部的，即圖像上各點(diǎn)的位移方向和大小不必相同。要求運(yùn)動(dòng)向量值必須正確編碼。 改善了隨機(jī)訪問(wèn)性能，提高了運(yùn)動(dòng)視頻圖像的質(zhì)量。,10,P幀的編碼：P幀允許以前一個(gè)I幀或P幀為參考進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測(cè)。 B幀的編碼：一種雙向預(yù)測(cè)或插值編碼，可以看作一種時(shí)間上的多分辨率技術(shù)。先對(duì)I幀和P幀進(jìn)行編碼，然后通過(guò)從重建的I幀和P幀插值得到其余的幀，并對(duì)插值誤差進(jìn)行DCT變換編碼。,11,MPEG-1視頻編碼器框圖,圖像序列,MPEG流,12,三、MPEG的發(fā)展,MPEG-1（ISO/IEC 11172） 輸出速率：1.5Mbps 標(biāo)準(zhǔn)交換格式（SIF）的圖像： 亮度360×240/ 360×288，色度180 ×120/ 180×144 源輸入格式的電視： NTSC 352像素×240行/幀×30幀 PAL 352像素×288行/幀×25幀 ISO/IEC 11172-1規(guī)定圖像、聲音及其他相關(guān)數(shù)據(jù)的同步 ISO/IEC 11172-2規(guī)定視頻圖像的編碼和解碼 ISO/IEC 11172-3規(guī)定聲音的編碼和解碼 ISO/IEC 11172-4測(cè)試 ISO/IEC 11172-5軟件模擬,13,2. MPEG-2（ISO/IEC 13818） 高質(zhì)量圖像和聲音編碼標(biāo)準(zhǔn),圖像基本編碼算法與MPEG-1 相同。 標(biāo)準(zhǔn)分成10個(gè)組成部分，規(guī)定了 數(shù)據(jù)的同步 數(shù)據(jù)流的組合 圖像數(shù)據(jù)的編碼解碼 聲音數(shù)據(jù)的編碼解碼（MPEG-1聲音的擴(kuò)充） 一致性測(cè)試、 軟件模擬 軟件管理 數(shù)據(jù)流的存儲(chǔ)媒體命令和控制擴(kuò)展協(xié)議、 多聲道聲音的編碼算法標(biāo)準(zhǔn)（先進(jìn)聲音編碼）、 解碼器實(shí)時(shí)接口擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)（適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流）等。,14,MPEG-2主要特點(diǎn),允許隔行掃描和逐行掃描輸入，高清晰度輸入，以及三種不同的色度亞取樣方案（4：2：0、4：2：2、4：4：4）； 空間和時(shí)間上的分辨率可調(diào)整編碼； 適應(yīng)隔行掃描的預(yù)測(cè)方法和塊掃描方式。,MPEG-2的電視圖像配置見(jiàn)下表：,15,16,3. MPEG-4 (ISO/IEC 14496) 目的：建立可應(yīng)用于移動(dòng)通信和PSTN低速率多媒體通信 標(biāo)準(zhǔn)，支持可視電話、電子郵件等。 特點(diǎn)：提供基于內(nèi)容的交互、高效壓縮和通用訪問(wèn)性。 原理： 視頻場(chǎng)景為視頻對(duì)象的組合。視頻對(duì)象具有形狀、 運(yùn)動(dòng)和紋理等屬性。 因而在運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償、DCT和變長(zhǎng)編碼的基礎(chǔ)上采用形狀編碼，編碼器的輸入不是視頻幀，而是視頻對(duì)象平面(VOP)。,17,視頻碼流的語(yǔ)法分成五個(gè)層次： 視頻會(huì)話(VS)：視頻序列由若干VS組成。 視頻對(duì)象(VO) ： VS由若干VO組成。 視頻對(duì)象層 (VOL)： VOL對(duì)應(yīng)一個(gè)VO的不同空間和時(shí)間分辨率， 一個(gè)VO可有若干個(gè)VOL。 視頻對(duì)象平面組(GOV)：可選層，提供隨機(jī)訪問(wèn)、重同步和數(shù)據(jù)恢復(fù)能力，由若干VOP 組成。 視頻對(duì)象平面(VOP)：為VO或VOL特定時(shí)刻的瞬像，分為I、P、B和S四種。 S- VOP為全景圖編碼。,18,MPEG-4算法方框圖,19,4. MPEG-7多媒體內(nèi)容描述接口 目的：用于多媒體信息的管理和檢索。 建立與內(nèi)容相聯(lián)系的標(biāo)準(zhǔn)化的描述。,20,