JPEG图像编码标准.ppt

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1、JPEG图像编码标准本节主要介绍本节主要介绍JPEGJPEG图像压缩编码算法图像压缩编码算法(DCT(DCT变变换算法换算法)、图像数据文件格式、图像数据文件格式(JFIF(JFIF，JPEGFileJPEGFileInterchangeFormat)InterchangeFormat)。最后，对最后，对JPEG 2000JPEG 2000进行一个简单的介绍。进行一个简单的介绍。3.43.4内容提要内容提纲3.4.1JPEGJPEG标准与标准与JPEGJPEG图像图像3.4.2JPEGJPEG图像格式图像格式3.4.3JPEGJPEG图像压缩编码算法图像压缩编码算法3.4.4JPEG2000J

2、PEG2000简介简介参参 考考 文文 献献JPEG与JPEG图像一、一、ISO/IECJPEG(JointPhotographicExpertsISO/IECJPEG(JointPhotographicExpertsGroup)Group)简介简介二、关于二、关于JPEGJPEG图像图像A、参参 考考 文文 献献3.4.13.4.1一.关于JPEGJPEGJPEG:JointPhotographicExpertsGroup:JointPhotographicExpertsGroup由由ISOISO与与IECIEC于于19861986年联合成立的一个专家委员会年联合成立的一个专家委员会(WG1

3、)(WG1)，其宪章其宪章(charter)(charter)是：是：其中的其中的“Joint”Joint”还有与还有与ITUITU联合的意思联合的意思在过去的十几年中，该委员会制定了一系列的静态连续色在过去的十几年中，该委员会制定了一系列的静态连续色调图像压缩编码标准调图像压缩编码标准(如：有损、无损及接近无损等编码如：有损、无损及接近无损等编码标准标准)，并于，并于19961996年开始制定年开始制定JPEG2000JPEG2000标准。标准。“Digital compression and coding of continuous-tone Digital compression and

4、 coding of continuous-tone still images”still images”2022/12/182022/12/184 4 4 4第第三三章章 图形、图像与视频处理技术图形、图像与视频处理技术关于JPEG(cont.)(cont.)已经发布的标准有：已经发布的标准有：ISO/IEC10918-1|ITU-TRec.T.81:ISO/IEC10918-1|ITU-TRec.T.81:Requirements and guidelinesRequirements and guidelines ISO/IEC10918-2|ITU-TRec.T.83:ISO/IEC10

5、918-2|ITU-TRec.T.83:Compliance testingCompliance testing ISO/IEC10918-3|ITU-TRec.T.84:ISO/IEC10918-3|ITU-TRec.T.84:ExtensionsExtensions ISO/IEC10918-4|ITU-TRec.T.86:ISO/IEC10918-4|ITU-TRec.T.86:Registration of JPEG Registration of JPEG Parameters,Profiles,Tags,Color Spaces,Parameters,Profiles,Tags,C

6、olor Spaces,APPnAPPn Markers,Compression Markers,Compression Types,and Registration Authorities(REGAUT)Types,and Registration Authorities(REGAUT)DIS14495-1|ITU-TDraftRec.T.87:DIS14495-1|ITU-TDraftRec.T.87:Lossless and Near-LosslessLossless and Near-Lossless Compression of Continuous-Tone Still Image

7、s BaselineCompression of Continuous-Tone Still Images BaselineJPEG2000JPEG2000标准标准(草案草案)ISO/IECFCD15444-1:2000|ITU-TRec.T.8002022/12/182022/12/185 5 5 5第第三三章章 图形、图像与视频处理技术图形、图像与视频处理技术二.关于JPEG图像压缩编码算法主要有：压缩编码算法主要有：基于离散余弦变换基于离散余弦变换(DiscreteCosineTransform,DCT)(DiscreteCosineTransform,DCT)的有损压缩的有损压缩(lo

8、ssylossycompression)compression)算法。该算法还包括熵编码算法。该算法还包括熵编码(EntropyCoding),),霍霍夫曼编码夫曼编码(Huffman coding)等算法。等算法。基于预测的无损数据压缩算法。基于预测的无损数据压缩算法。算法所处理的图像为静态连续色调算法所处理的图像为静态连续色调(stillcontinuous-tone)(stillcontinuous-tone)的的彩色或灰度彩色或灰度(grayscale)(grayscale)图像。图像。压缩算法与彩色空间无关，颜色变换不包括在算法中。压缩算法与彩色空间无关，颜色变换不包括在算法中。编码

9、模型有：顺序编码模型有：顺序(Sequentialencoding)、累进、累进(Progressiveencoding)、无损、无损(Losslessencoding)、层次、层次(Hierarchicalencoding)编码模型。编码模型。2022/12/182022/12/186 6 6 6第第三三章章 图形、图像与视频处理技术图形、图像与视频处理技术JPEG图像格式(一一一一)JPEGJPEG图像格式简介图像格式简介(二二二二)JFIFJFIF(JPEGFileInterchangeFormat(JPEGFileInterchangeFormat，即，即 JPEGJPEG图像文件交换

10、格式图像文件交换格式)(三三)JFIFJFIF格式图像数据分析格式图像数据分析3.4.2（一）（一）JPEG图像格式简介JPEGJPEG图像为静止连续色调图像为静止连续色调(stillcontinuous-tone)(stillcontinuous-tone)图像，有广图像，有广泛的用途。泛的用途。如：数码相机、如：数码相机、WebpageimagesWebpageimages、MPEGMPEG的帧内图像的帧内图像(I(I图像图像)、JPEGJPEG委员会在制定委员会在制定JPEGJPEG标准时，定义了许多标记标准时，定义了许多标记(marker)(marker)来区分和识别图像数据及其相关的

11、信息。但是，到目前为来区分和识别图像数据及其相关的信息。但是，到目前为止，关于止，关于JPEGJPEG文件交换格式明确定义的详细说明，在相关文件交换格式明确定义的详细说明，在相关的的“规范规范”或或“建议建议”(如如ITUT.81)ITUT.81)中没有见到。中没有见到。目前使用的格式为目前使用的格式为JFIFv1.02JFIFv1.02和和TIFFJPEGTIFFJPEG等，其中前者的等，其中前者的使用比较广泛，大多数应用程序均加以支持，其他格式比使用比较广泛，大多数应用程序均加以支持，其他格式比较复杂。较复杂。2022/12/182022/12/188 8 8 8第第三三章章 图形、图像与

12、视频处理技术图形、图像与视频处理技术JPEG图像格式简介(cont.)(cont.)JPEGJPEG文件使用的颜色空间为文件使用的颜色空间为19821982年推荐的电视图像数字化年推荐的电视图像数字化标准标准CCIR601(CCIR601(现为现为ITU-RBT.601)ITU-RBT.601)。在这个色彩空间中，。在这个色彩空间中，每个分量、每个像素的电平规定为每个分量、每个像素的电平规定为255255级，用级，用8 8位代码表示。位代码表示。颜色转换颜色转换 从从RGB转换成转换成YCbCr空间时，使用下面的精确的转换关系：空间时，使用下面的精确的转换关系：Y=256 Ey Cb=256

13、ECb+128 Cr=256 ECr+128其中亮度电平其中亮度电平Ey和色差电平和色差电平ECb和和ECb分别是分别是CCIR 601定义的参数。由于定义的参数。由于Ey的范围是的范围是01，ECb和和ECb的范围是的范围是-0.5+0.5，因此，因此Y,Cb和和Cr的最大值的最大值必须要到必须要到255。于是。于是RGB和和YCbCr之间的转换关系需要按照下面的方法计算。之间的转换关系需要按照下面的方法计算。2022/12/182022/12/189 9 9 9第第三三章章 图形、图像与视频处理技术图形、图像与视频处理技术JPEG图像格式简介(cont.)(cont.)颜色转换颜色转换 从

14、从RGBRGB转换成转换成YCYCbC CrYCbCr(256级级)分量可直接从用分量可直接从用8位表示的位表示的RGB分量计算得到：分量计算得到：Y =0.299 R+0.587 G+0.114 B Cb=-0.1687R-0.3313G+0.5 B+128 Cr=0.5 R-0.4187G-0.0813 B+128需要注意的是：需要注意的是：需要注意的是：需要注意的是：不是所有图像文件格式都按照不是所有图像文件格式都按照R0，G0，B0，Rn，Gn，Bn的次序存储样本数据，因此在的次序存储样本数据，因此在RGB文件转换成文件转换成JFIF文件时需要首文件时需要首先验证先验证RGB的次序。的

15、次序。2022/12/182022/12/1810 10 10 10第第三三章章 图形、图像与视频处理技术图形、图像与视频处理技术JPEG图像格式简介(cont.)(cont.)颜色转换颜色转换 从从YCYCbC Cr 转换成转换成RGBRGBRGB分量可直接从分量可直接从YCbCr(256级级)分量计算得到：分量计算得到：R=Y+1.402(Cr-128)G=Y-0.34414(Cb-128)-0.71414(Cr-128)B=Y+1.772(Cb-128)在在JFIF文件格式中，图像样本的存放顺序是从左到右和从上到下。文件格式中，图像样本的存放顺序是从左到右和从上到下。这就是说这就是说JF

16、IFJFIF文件中的第一个图像样本是图像左上角的样本文件中的第一个图像样本是图像左上角的样本文件中的第一个图像样本是图像左上角的样本文件中的第一个图像样本是图像左上角的样本。2022/12/182022/12/1811 11 11 11第第三三章章 图形、图像与视频处理技术图形、图像与视频处理技术RGBYCbCrRGBYCbCr2022/12/182022/12/1812 12 12 12第第三三章章 图形、图像与视频处理技术图形、图像与视频处理技术JPEG图像格式简介(cont.)(cont.)JPEGJPEG的主要标记的主要标记(marker)(marker)下面为其中的下面为其中的8 8

17、个主要标记个主要标记标记名标记名标记值标记值含义含义SOISOI0 xD80 xD8图像开始图像开始APP0APP00 xE00 xE0JFIF应用数据块应用数据块APPnAPPn0 xE1-0 xEF0 xE1-0 xEF其他的应用数据块其他的应用数据块(n,115)DQTDQT0 xDB0 xDB量化表量化表SOF0SOF00 xC00 xC0帧开始帧开始DHTDHT0 xC40 xC4霍夫曼霍夫曼(Huffman)表表SOSSOS0 xDA0 xDA扫描线开始扫描线开始EOIEOI0 xD90 xD9图像结束图像结束2022/12/182022/12/1813 1313 13第第三三章章

18、 图形、图像与视频处理技术图形、图像与视频处理技术JPEG图像格式简介(cont.)(cont.)附表：附表：JPEGJPEG定义的标记列表定义的标记列表Symbol(符号符号)Code Assignment(标记代码标记代码)Description(说明说明)Start Of Frame markers,non-hierarchical Huffman codingSOF00 xFFC0BaselineDCTSOF10 xFFC1ExtendedsequentialDCTSOF20 xFFC2ProgressiveDCTSOF30 xFFC3Spatial(sequential)lossle

19、ssStart Of Frame markers,hierarchical Huffman codingSOF50 xFFC5DifferentialsequentialDCTSOF60 xFFC6DifferentialprogressiveDCTSOF70 xFFC7Differentialspatiallossless2022/12/182022/12/1814 14 14 14第第三三章章 图形、图像与视频处理技术图形、图像与视频处理技术JPEG图像格式简介(cont.)(cont.)附表：附表：JPEGJPEG定义的标记列表定义的标记列表(续续)Start Of Frame mark

20、ers,hierarchical arithmetic codingSOF130 xFFCDDifferentialsequentialDCTSOF140 xFFCEDifferentialprogressiveDCTSOF150 xFFCFDifferentialspatialLosslessHuffman table specificationDHT0 xFFC4DefineHuffmantable(s)arithmetic coding conditioning specificationDAC0 xFFCCDefinearithmeticconditioningtableRestart

21、 interval terminationRSTm0 xFFD00 xFFD7Restartwithmodulo8counterm2022/12/182022/12/1815 15 15 15第第三三章章 图形、图像与视频处理技术图形、图像与视频处理技术JPEG图像格式简介(cont.)(cont.)附表：附表：JPEGJPEG定义的标记列表定义的标记列表(续续)Other markerSOI0 xFFD8StartofimageEOI0 xFFD9EndofimageSOS0 xFFDAStartofscanDQT0 xFFDBDefinequantizationtable(s)DNL0 x

22、FFDCDefinenumberoflinesDRI0 xFFDDDefinerestartintervalDHP0 xFFDEDefinehierarchicalprogressionEXP0 xFFDFExpandreferenceimage(s)APPn0 xFFE00 xFFEFReservedforapplicationuseJPGn0 xFFF00 xFFFDReservedforJPEGextensionCOM0 xFFFECommentReserved markersTEM0 xFF01FortemporaryuseinarithmeticcodingRES0 xFF020 x

23、FFBFReserved2022/12/182022/12/1816 16 16 16第第三三章章 图形、图像与视频处理技术图形、图像与视频处理技术JPEG图像格式简介(cont.)(cont.)附表：附表：APP0APP0域的详细结构域的详细结构 偏移偏移长度长度内容内容块的名称块的名称说明说明02byte0 xFFD8(StartofImage,SOI)图像开始22byte0 xFFE0APP0(JFIFapplicationsegment)JFIF应用数据块42byteslengthofAPP0blockAPP0块的长度65bytesJFIF+0识别APP0标记111byte主要版本号(

24、如版本1.02中的1)121byte次要版本号(如版本1.02中的02)131byteX和Y的密度单位units=0：无单位units=1：点数/英寸units=2：点数/厘米142bytes水平方向像素密度162bytes垂直方向像素密度181byte缩略图水平像素数目191byte缩略图垂直像素数目3n缩略RGB位图(n为缩略图的像素数)OptionalJFIFextensionAPP0markersegment(s)任选的JFIF扩展APP0标记段2byte0 xFFD9(EOI)end-of-file图像文件结束标记2022/12/182022/12/1817 17 17 17第第三三

25、章章 图形、图像与视频处理技术图形、图像与视频处理技术（二）JFIF文件格式JFIFJFIF:JPEGFileInterchangeFormat(:JPEGFileInterchangeFormat(JPEGJPEG文件交文件交换格式换格式)该格式由该格式由EricHamiltonEricHamilton于于19921992年提出，已经成为事年提出，已经成为事实上实上(defacto)(defacto)的的JPEGJPEG图像文件交换格式标准。图像文件交换格式标准。该格式直接使用该格式直接使用JPEGJPEG专家组为专家组为JPEGJPEG图像定义的诸图像定义的诸多多标记标记(marker)(

26、marker)。JPEGJPEG的每个标记都由的每个标记都由两个两个字节字节组成，前一个字节的值固定为组成，前一个字节的值固定为0 xFF(0 xFF(JPEG文件的文件的字节是按正序字节是按正序(big(big endianendian)排列的排列的)。每个标记之前。每个标记之前还可以添加数目不限的还可以添加数目不限的0 xFF0 xFF填充字节填充字节(fillbyte)(fillbyte)。2022/12/182022/12/1818 18 18 18第第三三章章 图形、图像与视频处理技术图形、图像与视频处理技术JFIF文件结构(cont.)(cont.)JFIF特性：使用JPEG压缩算

27、法使用JPEG交换格式的图像数据压缩表示法PC或Mac或Unix工作站均兼容标准的颜色空间:一个或三个颜色分量。(对于三个颜色分量，采用YCbCr(CCIR601-256级)规范)APP0标记用于指定计量单位制、X,Y像素的密度以及缩略图的细节APP0标记同样用于指定JFIF的扩展方法APP0标记还用于指定其他与应用相关的信息2022/12/182022/12/1819 19 19 19第第三三章章 图形、图像与视频处理技术图形、图像与视频处理技术JFIF文件结构(cont.)(cont.)JPEGJPEG文件由下面的文件由下面的8 8个部分组成个部分组成(1)(1)图像开始图像开始SOI(S

28、tart of Image)SOI(Start of Image)标记标记(2)APP0(2)APP0标记标记(Marker)(Marker)APP0 APP0长度长度(length)(length)标识符标识符(identifier)(identifier)版本号版本号(version)(version)X X和和Y Y的密度单位的密度单位 (units=0(units=0：无单位；：无单位；units=1units=1：点数：点数/英寸；英寸；units=2units=2：点数：点数/厘米厘米)X X方向像素密度方向像素密度(X density)(X density)Y Y方向像素密度方向

29、像素密度(Y density)(Y density)缩略图水平像素数目缩略图水平像素数目(thumbnail horizontal pixels)(thumbnail horizontal pixels)缩略图垂直像素数目缩略图垂直像素数目(thumbnail vertical pixels)(thumbnail vertical pixels)缩略图缩略图RGBRGB位图位图(thumbnail RGB bitmap)(thumbnail RGB bitmap)(3)(3)APPnAPPn标记标记(Markers)(Markers)，其中，其中n=1n=115(15(任选任选)APPnAPP

30、n长度长度(length)(length)由于详细信息由于详细信息(application specific information)(application specific information)2022/12/182022/12/1820202020第第三三章章 图形、图像与视频处理技术图形、图像与视频处理技术JFIF文件结构(cont.)(cont.)JPEGJPEG文件由下面的文件由下面的8 8个部分组成个部分组成(续续)(4)一个或者多个量化表一个或者多个量化表DQT(define quantization table)量化表长度量化表长度(quantization table

31、length)量化表数目量化表数目(quantization table number)量化表量化表(quantization table)(5)帧图像开始帧图像开始SOF0(Start of Frame)帧开始长度帧开始长度(start of frame length)精度精度(precision)，每个颜色分量每个像素的位数，每个颜色分量每个像素的位数 (bits per pixel per color component)图像高度图像高度(image height)图像宽度图像宽度(image width)颜色分量数颜色分量数(number of color components)对每个

32、颜色分量对每个颜色分量(for each component)ID 垂直方向的样本因子垂直方向的样本因子(vertical sample factor)水平方向的样本因子水平方向的样本因子(horizontal sample factor)量化表号量化表号(quantization table#)2022/12/182022/12/1821 21 21 21第第三三章章 图形、图像与视频处理技术图形、图像与视频处理技术JFIF文件结构(cont.)(cont.)JPEGJPEG文件由下面的文件由下面的8 8个部分组成个部分组成(续续)(6)一个或者多个霍夫曼表一个或者多个霍夫曼表DHT(Def

33、ine Huffman Table)霍夫曼表的长度霍夫曼表的长度(Huffman table length)类型、类型、AC或者或者DC(Type,AC or DC)索引索引(Index)位表位表(bits table)值表值表(value table)(7)扫描开始扫描开始SOS(Start of Scan)扫描开始长度扫描开始长度(start of scan length)颜色分量数颜色分量数(number of color components)每个颜色分量每个颜色分量 ID 交流系数表号交流系数表号(AC table#)直流系数表号直流系数表号(DC table#)压缩图像数据压缩图像

34、数据(compressed image data)(8)图像结束图像结束EOI(End of Image)2022/12/182022/12/1822222222第第三三章章 图形、图像与视频处理技术图形、图像与视频处理技术（三）JFIF格式图像数据分析一个一个 1616像素图像图像(JFIF(JFIF格式格式)数据数据sampleimage(1616Pixels)markerblocks:000000 0001e0文件类型标识2022/12/182022/12/1823232323第第三三章章 图形、图像与视频处理技术图形、图像与视频处理技术JFIF格式图像数据分析(cont.)(cont.

35、)一个一个 1616像素图像图像(JFIF(JFIF格式格式)数据数据blocks:0001f0 000350originalBitmapimagesampleimage(1616Pixels)2022/12/182022/12/1824242424第第三三章章 图形、图像与视频处理技术图形、图像与视频处理技术参考文献 GregoryK.Wallace.GregoryK.Wallace.TheJPEGStillPictureCompressionStandardTheJPEGStillPictureCompressionStandard.Communications of the ACM.19

36、91,34(4):3044.StillPictureInterchangeFileFormat(SPIFF)StillPictureInterchangeFileFormat(SPIFF)EricHamiltonEricHamilton.JPEGFileInterchangeFormatJPEGFileInterchangeFormat,Version1.02.1992.ITURecommendationT.81:ITURecommendationT.81:INFORMATIONTECHNOLOGYINFORMATIONTECHNOLOGYDIGITALCOMPRESSIONANDCODING

37、OFCONTINUOUS-TONEDIGITALCOMPRESSIONANDCODINGOFCONTINUOUS-TONESTILLIMAGESREQUIREMENTSANDGUIDELINESSTILLIMAGESREQUIREMENTSANDGUIDELINES.JPEGimagecompressionFAQ,part1&2.JPEGimagecompressionFAQ,part1&2.http:/www.faqs.org/faqs/jpeg-faq/A.A.SkodrasSkodras,C.,C.ChristopoulosChristopoulos,andT.,andT.Ebrahim

38、iEbrahimi.JEPG2000StillImageJEPG2000StillImageCompressionStandardCompressionStandard.IEEE Signal Processing Magazine,2001.2022/12/182022/12/1825252525第第三三章章 图形、图像与视频处理技术图形、图像与视频处理技术JPEG图像压缩编码JPEG图像压缩编码算法概要JPEG图像压缩编码算法的主要步骤基于基于DCTDCT的算法的算法举例基于DCT的扩展编码(累进、分层编码)3.4.3算法概要JPEGJPEG专家组开发了两种基本的压缩算法：专家组开发了两种

39、基本的压缩算法：以离散余弦变换以离散余弦变换(DiscreteCosineTransform(DiscreteCosineTransform，DCT)DCT)为基为基础的有损压缩算法础的有损压缩算法 以预测技术为基础的无损压缩算法以预测技术为基础的无损压缩算法算法的特点算法的特点JPEG有损压缩算法利用了人的视角系统的特性，使用量化和无损压缩编码相结合来去掉视角的冗余信息和数据本身的冗余信息。在压缩比为25:1的情况下，压缩后还原得到的图像与原始图像相比较，非图像专家难于找出它们之间的区别，因此得到了广泛的应用。JPEG算法与彩色空间无关，因此“RGB到YUV变换”和“YUV到RGB变换”不包

40、含在JPEG算法中。JPEG算法处理的彩色图像是单独的彩色分量图像，因此它可以压缩来自不同彩色空间的数据，如RGB,YCbCr和CMYK。1.1.2022/12/182022/12/1827272727第第三三章章 图形、图像与视频处理技术图形、图像与视频处理技术算法概要(cont.)(cont.)压缩编码大致分成三个步骤：压缩编码大致分成三个步骤：使用正向离散余弦变换使用正向离散余弦变换(f forwardorwardd discreteiscretec cosineosinet transformransform，FDCT)FDCT)把空间域表示的图变换成频率域表示的图。把空间域表示的图变

41、换成频率域表示的图。使用加权函数对使用加权函数对DCTDCT系数进行量化，这个加权函数对系数进行量化，这个加权函数对于人的视觉系统是最佳的。于人的视觉系统是最佳的。使用霍夫曼可变字长编码器对量化系数进行编码。使用霍夫曼可变字长编码器对量化系数进行编码。译码或者叫做解压缩的过程与压缩编码过程正好译码或者叫做解压缩的过程与压缩编码过程正好相反。相反。2022/12/182022/12/1828282828第第三三章章 图形、图像与视频处理技术图形、图像与视频处理技术算法概要(cont.)(cont.)JPEGJPEG压缩编码压缩编码-解压缩算法框图解压缩算法框图2022/12/182022/12/

42、1829292929第第三三章章 图形、图像与视频处理技术图形、图像与视频处理技术主要计算步骤JPEGJPEG压缩编码算法的主要计算步骤如下：压缩编码算法的主要计算步骤如下：正向离散余弦变换正向离散余弦变换(FDCT)(FDCT)量化量化(quantization)(quantization)Z Z字形编码字形编码(zigzagscan)(zigzagscan)使用差分脉冲编码调制使用差分脉冲编码调制(differentialpulsecode(differentialpulsecodemodulationmodulation，DPCM)DPCM)对直流系数对直流系数(DC)(DC)进行编码进

43、行编码 使用行程长度编码使用行程长度编码(run-lengthencoding(run-lengthencoding，RLE)RLE)对交流系对交流系数数(AC)(AC)进行编码进行编码 熵编码熵编码(entropycoding)(entropycoding)2.2.2022/12/182022/12/1830303030第第三三章章 图形、图像与视频处理技术图形、图像与视频处理技术主要计算步骤：正向离散余弦变换正向离散余弦变换(FDCT)(FDCT)2022/12/182022/12/1831 3131 31第第三三章章 图形、图像与视频处理技术图形、图像与视频处理技术主要计算步骤：（con

44、t.cont.）正向离散余弦变换正向离散余弦变换(FDCT)(FDCT)f(i,j)经变换之后，经变换之后，F(0,0)是是直流系数直流系数(DC,即即64个空域图像采样值的个空域图像采样值的平均值平均值)，其他为，其他为交流系数交流系数(AC)。2022/12/182022/12/1832323232第第三三章章 图形、图像与视频处理技术图形、图像与视频处理技术计算步骤：（cont.cont.）正向离散余弦变换正向离散余弦变换(FDCT)(FDCT)2022/12/182022/12/1833333333第第三三章章 图形、图像与视频处理技术图形、图像与视频处理技术计算步骤：量化量化(Qua

45、ntization)(Quantization)量化是对经过量化是对经过FDCTFDCT变换后的频率系数进行量化，其目变换后的频率系数进行量化，其目的是减小非的是减小非“0”0”系数的幅度以及增加系数的幅度以及增加“0”0”值系数的值系数的数目。数目。对于有损压缩算法，使用均匀量化器进行量化。量化对于有损压缩算法，使用均匀量化器进行量化。量化步距是按照系数所在的位置和每种颜色分量的色调值步距是按照系数所在的位置和每种颜色分量的色调值来确定。来确定。2022/12/182022/12/1834343434第第三三章章 图形、图像与视频处理技术图形、图像与视频处理技术计算步骤：（cont.cont

46、.）量化量化(Quantization)(Quantization)因为人眼对亮度信号比对色差信号更敏感，因此使用因为人眼对亮度信号比对色差信号更敏感，因此使用了两种量化表：了两种量化表：亮度亮度量化值和量化值和色差色差量化值。量化值。由于人眼对低频分量的图像比对高频分量的图像更敏由于人眼对低频分量的图像比对高频分量的图像更敏感，因此图中的左上角的量化步距要比右下角的量化感，因此图中的左上角的量化步距要比右下角的量化步距小。步距小。（亮度量化值表）（色度量化值）2022/12/182022/12/1835353535第第三三章章 图形、图像与视频处理技术图形、图像与视频处理技术计算步骤：Z Z

47、字形编排字形编排(ZigzagScan)(ZigzagScan)量化后的系数要重新编排，目的是为了增加连续的量化后的系数要重新编排，目的是为了增加连续的“0”0”系数的个数，就是系数的个数，就是“0”0”的游程长度，方法是按的游程长度，方法是按照照Z Z字形的式样编排，其结果是把一个字形的式样编排，其结果是把一个8888的矩阵变成的矩阵变成一个一个164164的矢量，频率较低的系数放在矢量的顶部。的矢量，频率较低的系数放在矢量的顶部。0 01 15 56 614141515272728282 24 47 7131316162626292942423 38 8121217172525303041

48、4143439 9111118182424313140404444535310101919232332323939454552525454202022223333383846465151555560602121343437374747505056565959616135353636484849495757585862626363量化DCT系数的序号2022/12/182022/12/1836363636第第三三章章 图形、图像与视频处理技术图形、图像与视频处理技术计算步骤：直流系数直流系数(DC)(DC)的编码的编码 DCDC系数的特点系数的特点：8888图像块经过图像块经过DCTDCT变换之

49、后得到的变换之后得到的DCDC直流系数有两个特点，一是系数的数值比较大，二直流系数有两个特点，一是系数的数值比较大，二是相邻是相邻8888图像块的图像块的DCDC系数值变化不大。系数值变化不大。JPEGJPEG算法使用了差分脉冲调制编码算法使用了差分脉冲调制编码(DPCM)(DPCM)技术，对相技术，对相邻图像块之间量化邻图像块之间量化DCDC系数的差值系数的差值(Delta)(Delta)进行编码。进行编码。DCi-1DCiblocki-1blocki2022/12/182022/12/1837373737第第三三章章 图形、图像与视频处理技术图形、图像与视频处理技术计算步骤：交流系数交流系

50、数(AC)(AC)的编码的编码 ACAC系数的特点系数的特点：164164矢量中包含有许多矢量中包含有许多“0”0”系数，系数，并且许多并且许多“0”0”是连续的。是连续的。JPEGJPEG使用非常简单和直观的游程长度编码使用非常简单和直观的游程长度编码(RLE)(RLE)对它们对它们进行编码。进行编码。JPEGJPEG使用了使用了1 1个字节的高个字节的高4 4位来表示连续位来表示连续“0”0”的个数，的个数，而使用它的低而使用它的低4 4位来表示编码下一个非位来表示编码下一个非“0”0”系数所需系数所需要的位数，跟在它后面的是量化要的位数，跟在它后面的是量化ACAC系数的数值。系数的数值。