第五章 静止图像数据压缩的国际标准
JPEG-静止图像压缩标准
JPEG－静止图像压缩标准国际标准化组织(ID)和国际电报电话咨询委员会(CCITT)联合成立的专家组JPEG(Joint Photographic Experts Group)经过五年艰苦细致地工作后，于1991年3月提出了ISO CDIO918号建议草案:多灰度静止图像的数字压缩编码(通常简称为JPEG标准)。
这是一个适用于彩色和单色多灰度或连续色调静止数字图像的压缩标准。
它包括基于DPCM(差分脉冲编码调制、DCT(离散余弦变换)和Huffman编码的两个部分。
JPEG标准实际上有三个范畴:1)基本顺序过程Baseline Sequential processes) 实现有损图像压缩，重建图像质量达到人眼难以观察出来的要求。
采用的是8x8像素自适应DCT算法、量化及Huffman型的墒编码器。
2)基于DCT的扩展过程(Extended DCT Based Process) 使用累进工作方式，采用自适应算术编码过程。
3)无失真过程(Losslesss Process)采用预测编码及Huffman编码(或算术编码)，可保证重建图像数据与原始图像数据完全相同。
其中的基本顺序过程是JPEG最基本的压缩过程:符合JPEG标准的硬软件编码/解码器都必须支持和实现这个过程。
另两个过程是可选扩展，对一些特定的应用项目有很大实用价值。
(l)JPEG算法基本JPEG算法操作可分成以下三个步骤：通过离散余弦变换(DCT)去除数据冗余;使用量化表对以DCT系数进行量化，量化表是根据人类视觉系统和压缩图像类型的特点进行优化的量化系数矩阵;对量化后的DCT系数进行编码使其熵达到最小，熵编码采用Huffman 可变字长编码。
(2)离散余弦变换JPEG采用8x8子块的二维离散余弦变换算法。
在编码器的输入端，把原始图像(对彩色图像是每个颜色成分)顺序地分割成一系列8x8的子块。
在8x8图像块中，像素值一般变化较平缓，因此具有较低的空间频率。
专转本计算机第五章习题集
第五章数字媒体及应用测试题一、判断题1.Adobe Acrobat是一种流行的数字视频编辑器。
（____）2.ASF文件是由微软公司开发的一种流媒体，主要用于互联网上视频直播、视频点播和视频会议等。
（____）3.DVD与VCD相比其图像和声音的质量、容量均有了较大提高，DVD所采用的视频压缩编码标准是MPEG-2。
（____）4.GB18030是一种既保持与GB2312、GBK兼容，又有利于向UCS/Unicode过渡的汉字编码标准。
（____）5.GB2312国标字符集构成一个二维平面，它分为94行、94列，共有不到6000个简体汉字。
（____）6.GB2312国标字符集由三部分组成：第一部分是字母、数字和各种符号；第二部分为一级常用汉字；第三部分为二级常用汉字。
（____）7.GB2312国标字符集中的3000多个一级常用汉字是按偏旁部首排列的。
（____）8.GBK是我国继GB2312后发布的又一汉字编码标准，它不仅与GB2312标准保持兼容，而且还增加了包括繁体字在内的许多汉字和符号。
（____）9.UCS/Unicode汉字编码与GB2312-80、GBK标准以及GB18030标准都兼容。
（____）10.我国内地发布使用的汉字编码有多种，无论选用哪一种标准，每个汉字均用2字节进行编码。
（____）11.在计算机中不同字体(如宋体、仿宋、楷体、黑体等)的相同汉字其内码也不相同。
（____）12.汉字输入的编码有五笔输入法、拼音输入法等多种，使用不同的方法向计算机输入的同一个汉字，它们的内码是不同的。
（____）13.西方字符在计算机中通常采用ASCII码表示，每个字节存放1个字符。
（____）14.虽然标准.ASCII码是7位的编码，但由于字节是计算机中最基本的处理单位，故一般仍以一个字节来存放一个ASCII字符编码，每个字节中多余出来的一位（最高位）在计算机内部通常保持为0。
（____）15.光学字符识别，即OCR，是将纸介质上的印刷体文字符号自动识别后输入计算机并转换成编码文本的一种技术。
静态JPEG图像压缩标准
基于DCT的顺序编码模式
缺省的量化方式
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基于DCT的顺序编码模式
缺省的量化方式
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基于DCT的顺序编码模式
DC系数和AC系数的编码方式
DCT变换后，能量集中在左上角。 由于两个相邻的8×8子块的DC系数相差很小，
采用DPCM对直流(DC)系数单独编码。 其它63个元素是交流(AC)系数，采用行程编码。 问题: 如何排列这63个系数？
数据压缩的分类
1、按照压缩内容 分为音频数据压缩、静态图像数据压缩、视频数据压
缩和其他数据文件压缩等四种类型。 2、按照压缩方式
分为对称压缩和非对称压缩两种类型。
3、按照压缩效果 分为有损压缩与无损压缩两种类型。普通数据文件，
一般采用无损压缩，对于冗余度较小的图像，需要采用 有损压缩。
4、按照算法思想
• JPEG压缩是有损压缩，它利用了人的视觉系统的特 性，使用量化和无损压缩编码相结合来去掉视觉的 冗余信息和数据本身的冗余信息。压缩编码大致分 成以下3个步骤：
1. 正向离散余弦变换(Forward Discrete Cosine Transform, FDCT) 把空间域表示的图像变换成频率域表示的图像。
处理数组 （数据压缩）
存放到数组 （seek、get）
原理
JPEG背景
JPEG(Joint Photographic Experts Group) 由 ISO和IEC两个组织机构联合组成的一个图像专家小 组 负责制定静态的数字图像数据 压缩编码标准
JPEG 标准 该专家组开发的算法称为JPEG算法 JPEG 已经成为国际上通用图像的标准
对于YUV图像: 对于ＹＵＶ采用不同的分辨率, 对每个不同分量的可以采用不同的量化参数和 熵编码表。
图像视频编码的国际标准以及每种图像和视频编码的技术特点
H.261是ITU-T针对可视电话和会议电视、窄带ISDN等要求实时编解码和低延时应用提出的一个编码标准。该标准包含的比特率为p*64Kbit/s，其中p是一个整数，取值范围为1～30，对应比特率为64Kbit/s～92Mbit/s。
6、H.261
H.261标准大体上分为两种编码模式：帧内模式和帧间模式。对于缓和运动的人头肩像，帧间编码模式将占主导位置；而对画面切换频繁或运动剧烈的序列图像，则帧间编码模式要频繁地向帧内编码模式切换。
1）输入/输出图像彩色分量之比可以是4∶2∶0，4∶2∶2，4∶4∶4。
2）输入/输出图像格式不限定。
3）可以直接对隔行扫描视频信号进行处理。
4）在空间分辨率、时间分辨率、信噪比方面的可分级性适合于不同用途的解码图像要求，并可给出传输上不同等级的优先级。
JPEG-2000另一个极其重要的优点就是感兴趣区（ROI，Region Of Interest）特性。用户在处理的图像中可以指定感兴趣区，对这些区域进行压缩时可以指定特定的压缩质量，或在恢复时指定特定的解压缩要求，这给人们带来了极大的方便。在有些情况下，图像中只有一小块区域对用户是有用的，对这些区域采用高压缩比。在保证不丢失重要信息的同时，又能有效地压缩数据量，这就是感兴趣区的编码方案所采取的压缩策略。基于感兴趣区压缩方法的优点，在于它结合了接收方对压缩的主观要求，实现了交互式压缩。
JEPG对图像的压缩有很大的伸缩性，图像质量与比特率的关系如下：
a)15～20比特/像素：与原始图像基本没有区别（transparent quality）。
b)075～15比特/像素：极好（excellent quality），满足大多数应用。
c)05～075比特/像素：好至很好（good to very good quality），满足多数应用。
静态图像压缩标准
静态图像压缩标准静态图像压缩是数字图像处理中的重要技术，它可以减小图像文件的大小，从而节省存储空间和传输带宽。
在图像处理、网页设计、移动应用等领域都有着广泛的应用。
本文将介绍静态图像压缩的标准，包括JPEG、PNG和GIF等常见的压缩格式，以及它们的特点和应用场景。
JPEG压缩是最常见的图像压缩格式之一，它采用了一种有损压缩的算法，可以在一定程度上减小图像文件的大小，同时保持较高的图像质量。
JPEG压缩适用于照片、真彩色图像等复杂图像的压缩，但对于简单的图像或者带有文本、线条的图像，JPEG的压缩效果并不理想。
此外，JPEG压缩的图像文件在多次编辑和保存后会出现压缩失真的问题，因此在需要频繁编辑的图像上不宜使用JPEG格式。
PNG压缩是一种无损压缩的格式，它可以保持图像的原始质量，适用于简单图像、带有透明通道的图像以及需要频繁编辑的图像。
PNG格式的图像文件通常比JPEG格式的大，但在保持图像质量的同时，可以减小文件大小。
因此，PNG格式适用于需要保持图像质量的场景，比如网页设计、图像编辑等领域。
GIF压缩是一种特殊的压缩格式，它主要用于动画图像的压缩。
GIF格式采用了一种无损压缩的算法，可以将多幅图像合成为一个GIF动画文件。
GIF格式的图像文件通常比JPEG和PNG格式的小，适用于网页动画、表情包等场景。
除了上述几种常见的压缩格式外，还有一些新兴的压缩算法和格式，比如WebP、HEIC等，它们在一定程度上优化了图像压缩的效果和文件大小。
在选择图像压缩格式时，需要根据具体的应用场景和要求来进行选择，以达到最佳的压缩效果。
总的来说，静态图像压缩标准包括了JPEG、PNG、GIF等常见的压缩格式，它们各自有着不同的特点和适用场景。
在实际应用中，需要根据具体的需求来选择合适的压缩格式，以达到最佳的压缩效果和图像质量。
希望本文能够对静态图像压缩标准有所帮助，谢谢阅读！。
图像压缩的国际标准
图像压缩的国际标准图像压缩是数字图像处理中的重要技术，它通过减少图像文件的大小，从而节省存储空间和传输带宽。
随着数字图像在各个领域的广泛应用，图像压缩的国际标准也变得越来越重要。
本文将介绍图像压缩的国际标准，以及这些标准的作用和意义。
首先，图像压缩的国际标准主要由国际标准化组织（ISO）和国际电工委员会（IEC）制定和管理。
ISO/IEC 10918-1是图像压缩的国际标准之一，它定义了一种被广泛使用的图像压缩算法——JPEG。
JPEG算法通过去除图像中的冗余信息和不可见细节，将图像压缩到较小的文件大小，同时保持图像的视觉质量。
这一标准的制定，使得不同厂商生产的设备和软件能够相互兼容，用户可以自由地在不同平台上使用和传输JPEG格式的图像。
其次，图像压缩的国际标准还包括了一些针对特定应用领域的标准。
比如，ISO/IEC 14495-1是针对无损图像压缩的国际标准，它定义了一种无损压缩算法——JPEG-LS。
与JPEG算法不同，JPEG-LS算法能够在不损失图像质量的前提下，将图像文件压缩到更小的尺寸。
这对于医学影像、卫星图像等对图像质量要求较高的领域来说，具有重要的意义。
除了JPEG和JPEG-LS，图像压缩的国际标准还涉及到了其他一些常见的压缩算法，比如PNG、GIF等。
这些标准的制定，不仅促进了图像压缩技术的发展和应用，也为用户提供了更多的选择和便利。
图像压缩的国际标准在实际应用中发挥着重要的作用。
首先，它为不同厂商和开发者提供了统一的规范和标准，使得他们能够更好地进行图像压缩技术的研发和应用。
其次，它为用户提供了更广泛的图像格式支持，使得用户能够更加灵活地处理和传输图像文件。
再次，它促进了图像压缩技术的国际交流与合作，推动了该领域的不断创新和进步。
总之，图像压缩的国际标准对于数字图像处理技术的发展和应用具有重要的意义。
它不仅规范了图像压缩技术的各个方面，也为用户提供了更好的体验和便利。
随着数字图像在各个领域的广泛应用，图像压缩的国际标准将继续发挥着重要的作用，推动着整个行业的发展和进步。
静态图像压缩标准
静态图像压缩标准静态图像压缩是指通过某种算法或技术对图像文件进行处理，以减小文件的体积，同时尽量保持图像质量的技术。
在数字图像处理领域，静态图像压缩是一项非常重要的技术，它涉及到图像文件的存储、传输和显示等方面。
本文将介绍静态图像压缩的标准，包括常见的压缩算法、压缩标准以及其应用。
一、静态图像压缩的基本原理。
静态图像压缩的基本原理是利用图像中的冗余信息和人眼对图像的感知特性，通过一定的算法将图像文件的体积减小，同时尽量保持图像质量。
常见的静态图像压缩算法包括JPEG、PNG、GIF等，它们都采用了不同的压缩原理和方法。
二、静态图像压缩的标准。
1. JPEG压缩标准。
JPEG（Joint Photographic Experts Group）是一种广泛应用的图像压缩标准，它采用了基于DCT（Discrete Cosine Transform）的压缩算法。
JPEG压缩标准在保持图像质量的同时，能够将图像文件的体积减小到较小的程度，适合用于存储和传输静态图像文件。
2. PNG压缩标准。
PNG（Portable Network Graphics）是一种无损压缩的图像格式，它采用了DEFLATE压缩算法。
相比于JPEG，PNG能够更好地保持图像的质量，但文件体积通常会更大一些。
PNG格式适合用于对图像质量要求较高的场景，如图像编辑和网页设计等领域。
3. GIF压缩标准。
GIF（Graphics Interchange Format）是一种支持动画的图像格式，它采用了LZW压缩算法。
GIF格式在保持图像质量的同时，能够实现较高的压缩比，适合用于制作简单的动画和图标等场景。
三、静态图像压缩标准的应用。
静态图像压缩标准在各个领域都有着广泛的应用。
在数字摄影、图像编辑和网页设计等领域，人们经常会用到JPEG和PNG格式的图像文件。
而在制作简单动画和图标时，GIF格式也是一种常见的选择。
总结。
静态图像压缩标准是数字图像处理领域中的重要技术，它通过一定的算法和方法，能够将图像文件的体积减小，同时尽量保持图像质量。
图像压缩的算法及其国际标准
静态图像压缩－DWT变换
二维DWT变换：
原始图像
列变换
行变换
三层DWT分解后的结果：
静态图像压缩－DWT变换
三层DWT分解的结果：
静态图像压缩－分形方法
自相似性：无论几何尺度怎样变化，物体 任何组成部分的形状都以某种方式与整体 相似。 关键在于引入了局部与全部相关去冗余的 思想。 压缩效率与物体本身性质有关。
有 损 压 缩
分形编码（Fractal） 矢量量化（Vector Quantization） 人工神经网络方法（ANN）
静态图像压缩－变换编码
K-L变换
变 换 编 码
离散余弦变换（DCT）
Gabor变换 小波变换（DWT）
静态图像压缩－K-L变换
K－L变换是最佳变换，将原始信号中相关 性很强的空域变换到相关性彻底去除 的变换域； 无快速算法而难以实现。
动态图像编码（Video Coding）
静态图像压缩
静 态 图 像 压 缩 无损压缩（Lossless Compression）
有损压缩（Lossy Compression）
静态图像压缩－无损压缩
差分脉冲调制方法（DPCM）
去除相关 无 损 压 缩 统计编码
分层内插法（HINT） 差分金字塔方法（DP） 多重自回归方法（MAR）
H.261： 第一个高效视频编码标准算法。图像编码的其他 几个国际标准（如JPEG、MPEG、CCIR723等）都是由它 演变而来的。 1984年12月，CCITT第15研究组成立了“可视电话编码专 家组”，并在1988年提出了视频编码器的H.261建议。它 的目标是P×64K（P=1～30）码率的视频编码标准，以 满足ISDN日益发展的需要。主要应用对象是视频会议的 图像传输。它的视频压缩算法必须能够实时操作，解码 延迟要短，当P=1或2时，只支持帧速率较小的可视电话， 当P>=6时，则可支持电视会议。 H.261建议的原理结构的要点是：采用运动补偿进行帧间 预测，以利用图像在时域的相关性；对帧间预测误差以 8×8或者16×16为宏块，进行DCT变换，以利用图像在 空域上的相关性；接着对DCT变换系数设置自适应量化 器，以利用人们的视觉特性；再采用Huffman熵编码，获 得压缩码流。
静态图像的国际压缩标准JPEG.
数组T中每个元素称为变换系数，这些系数都有明确 的物理意义：
- i=0,j=0的值称为DC系数，它与数组的平均值有关。 - 其余的值称为AC系数。随着i和j值的增加，相应系数分别 代表逐步增加的水平空间频率分量和垂直空间频率分量的 大小。
Hale Waihona Puke 离散余弦变换方法研究较早，技术成熟，图像压缩实践证明 DCT是许多图像的最佳变换，将88图像的空间表达式转换为 频率域，只需要少量的数据点来表示图像。 DCT算法的性能很好，可以进行高效的运算，在硬件和软件中 都容易实现。它的快速算法已可由专用芯片来实现，因而被 广泛采用。
量化
DCT变换的作用是使空间域的能量重新分布， 降低图像的相关性。DCT变换本身并不能达到 数据压缩的作用。 要实现图像压缩，需要选择适当的比特分配方 案和量化方法。 量化的作用是在保证主观图像质量的前提下， 丢掉那些对视觉效果影响不大的信息。 量化是一种降低精度的过程，所以是有损的。
JPEG标准中采用线性均匀量化器，量化过程为 对64个DCT系数除以量化步长并取整，量化步 长由量化表(量化矩阵)决定。 量化的计算公式： 量化值(ｉ,ｊ)＝T(ｉ,ｊ)／量化矩阵(ｉ,ｊ) 由公式可见，当量化值较大时，可以保证所有 较高频率的分量实际上都将被四舍五入为０。 仅在高频系数很大时才将其编码为非０值，但 这种情况很少出现。
N 1 N 1
T (i, j )
C (i ), C ( j )
1 2
, 当i, j 0
C (i), C ( j ) 1 否则
The pixel values are shifted into the zero-centered interval (–128, 127). 在逆向离散余弦变换后，对重 构图像中的每个样本值数据要加上128。 This transformation must be carried out 64 times per data unit. The result is 64 coefficients. DCT对一 个8×8的矩阵Ｐ进行处理，得到一个8×8的频率系 数矩阵。 物理意义：将信号从一种表达形式（空间域，即图 像的像素值）变成另一种等同的表达形式（频率域， 即频率系数），并且这种变换过程是可逆的。
静态图像的国际压缩标准JPEG
一个被放大的 8×8个像素的 子块
表示图像灰度 （或颜色）的矩 阵
经过离散余弦变 换后的频率系数 矩阵T
如果P矩阵中所有的值都是一样的，将对应一幅只包含一种颜 色没有任何变化的图像。这时所有的AC系数对应余弦函数的 和，它们将相互消去，所有的AC系数都为0。
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。
构图像中的每个样本值数据要加上128。
This transformation must be carried out 64 times per data unit. The result is 64 coefficients. DCT对一 个8×8的矩阵Ｐ进行处理，得到一个8×8的频率系 数矩阵。
格式
The encoded data stream has a fixed interchange format
- encoded image data - the chosen parameters - tables of the coding process.
简化的中间格式 标准的非简化格式
- a maximum of four components can be encoded using the interleaved mode.
- Each MCU can contain at most ten data units.
静态图像压缩标准JPEG
02
JPEG压缩算法原理
离散余弦变换（DCT）
离散余弦变换（DCT）是一种将图像从空间域变换到频域的算法，通过将图像分解 为余弦函数的和，实现图像数据的压缩。
DCT将图像分为8x8的块，对每个块进行DCT变换，将每个像素点的灰度值转换 为一系列余弦函数的系数，保留主要的低频分量，去除次要的细节分量，达到压 缩的目的。
2
JPEG压缩算法能够有效地去除图像中的冗余信息， 减小图像文件大小，同时保持较高的图像质量。
3
在数字相机中，JPEG压缩技术广泛应用于各种型 号和品牌的相机中，成为存储图像的默认格式之 一。
网络传输中的JPEG图像压缩
01
在网络传输中，由于带宽限制 和传输效率的需求，需要对图 像进行压缩以减小传输时间和 数据量。
逐行采样（Progressive mode）
图像从粗糙到精细的顺序进行采样，先输出低分辨率的图像，然后逐渐增加分辨率。
顺序采样（Sequential mode）
图像按照像素的顺序逐行进行采样，每一行都采样一次。
分层采样（Tiled mode）
将图像分成若干个小的区域，每个区域独立进行采样。
量化表（Quantization Table）
静态图像压缩标准JPEG
• JPEG标准概述 • JPEG压缩算法原理 • JPEG标准的主要技术参数 • JPEG标准与其他图像压缩标准的比较 • JPEG标准的应用案例
01
JPEG标准概述
JPEG标准的发展历程
01
02
03
1986年
JPEG标准第一版发布，支 持基本压缩算法。
大学计算机理论第五章练习
大学计算机理论第五章练习第五章一、判断1. MPEG-1标准只用于压缩音频信息，而不能压缩视频信息。
（判断）N2. 金融系统采用实时复制技术将本地数据传输到异地的数据中心进行备份，将有利于信息安全和灾难恢复。
（判断）N3. 人眼对颜色信号变化的敏感程度较高，所以视频信号数字化时色度信号的取样频率可以比亮度信号的取样频率低一些，以减少数字视频的数据量。
（判断）Y4. 数字摄像机是一种离线的数字视频获取设备。
（判断）Y5. 数字视盘DVD采用MPEG－3作为视频压缩标准。
（判断）N6. 文本处理强调的是使用计算机对文本中所含文字信息的形、音、义等进行分析和处理。
文语转换(语音合成)不属于文本处理。
（判断）N7. 与文本编辑不同的是，文本处理是对文本中包景物，为此首先需要在计算机中描述该景物（建模），然后再把它绘制出来，与此相关的技术称为数字图像处理。
（判断）Y15. 我国有些城市已开通了数字有线电视，只要用户家中配置了互动机顶盒，就能回看近几天已播的电视节目，这就是VOD（点播电视）的一种应用。
（判断）Y16. 在利用计算机生成图形的过程中，描述景物形状结构的过程称为"绘制",也叫图像合成。
（判断）N17. 声卡在计算机中用于完成声音的输入与输出，即输入时将声音信号数字化，输出时重建声音信号。
Y18. GB18030是一种既保持与GB2312、GBK兼容，又有利于向UCS/Unicode过渡的汉字编码标准。
Y19. HTML文件是一种使用超文本标记语言进行描述的文本文件，因此使用Windows中的记事本也可以编辑HTML文件。
Y20. 汉字输入的编码方法有字音编码、字形编码、形音编码等多种，使用不同方法向计算机输入的同一个汉字，它们的内码是不同的。
N21. BMP图像文件格式是windows操作系统的标准图像格式，可以被大多数软件支持。
N22. 数字信号处理器是声卡的核心部件之一，它实现数字声音的编码、解码等功能。
第五章 静止图像数据压缩的国际标准
像专家小组的缩写 2.用于静止图像数据压缩的编码算法为JPEG算法 3.JPEG算法是一种用于静止图像压缩的国际标准 4.JPEG的应用有效地促进了静止图像的传递、存储的发展
二、JPEG算法中图像通信
（三）可逆处理 1.预测处理 2.原图像的采样精度为Nbit（2≤N≤16） 3.顺序显示 4.哈夫曼编码或算术编码。
四、JPEG算法的应用
1.彩色静止图像传送系统 2.简易会议系统 3.静止图像检索、图像数据库系统、电子美术馆图书
馆
4.远程监视系统 5.视盘 6.彩色电传
三、各种编码处理的功能 比较
各种编码处理的必备功能： （一）基本处理 1.DCT是一种最基本的处理 2.原图像的采样精度为8bit 3.顺序显示 4.哈夫曼编码。
（二）扩张处理 1.DCT是一种最基本的处理 2.原图像的采样精度为8bit或12bit 3. 顺序显示或累进显示 4.哈夫曼编码或算术编码。
2.图像质量要求高，压缩编码的压缩比较低 3.JPEG可以允许用户对图像质量进行选择
一、JPEG压缩
1.DCT：基于离散余弦变换的压缩方式，是一种不可逆 的有失真编码，并可进一步分为：具有基本功能的基 本处理（DCT基本系统）；具有扩张功能的扩张处理 （DCT扩张系统）
2.DPCM：基于二维空间的差分脉冲代码调制的压缩方 式，是一种可逆的无失真编码。
7.印刷图像的遥控鉴定装置 8.图像显示系统 9.数字写真传递系统 10.商品介绍、电视购物完整的图像所需时间较长， (a)
软拷贝通信---从图像库中检索信息时，希望及时判断所
检索的图像是否为所需的图像，使用顺序显示是不合适的
国际图像压缩标准JPEG
亮度分量DC系数举例
亮度DC系数举例 编码步骤 DC(0,0)0 DC系数值 DC差值 中间符号 熵和幅度编码 150 150 (8,150) (111110,10010110) DC(0,0)1 155 5 (3,5) (100,101) DC(0,0)2 149 -6 (3,-6) (100,001) DC(0,0)3 152 3 (2,3) DC(0,0)4 144 -8 (4,-8)
3.1.2 JPEG2000简介
基于Internet的多媒体应用给图像编码提出了新的 要求. 2000年12月公布JPEG 2000标准(ISO 15444), 其目标是在高压缩率情况下保证图像传输质量。 JPEG中采用DCT变换考察整个时域过程的频域 特征或整个频域过程的时域特征。JPEG2000采用 以小波变换为主的多分辨率编码方式。 JPEG2000统一了面向静态图像和二值图像的编码 方式, 是既支持低比率压缩又支持高比率压缩的通 用编码方式。
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。 两种累进方式： 频谱选择法 扫描中只对64个DCT变换系数中 某些频带的系数进行编码、传送, 随后对其它频 带编码、传送, 直到全部系数传送完毕为止。 按位逼近法 沿着DCT量化系数有效位方向分段 累进编码。如第1次扫描只取最高有效位的n位 编码、传送, 然后对其余位进行编码、传送。
JPEG 标准是一个适用范围广泛的通用标准。 它不仅仅适于静态图像的压缩，电视图像序列的帧 内图像的压缩编码也常常采用 JPEG 压缩标准。
3.1.1 JPEG标准
JPEG：离散余弦变换(Discrete Cosine Transform，DCT) JPEG2000：小波变换(Wavelet Transform)
静止图像压缩的新标准——JPEG 200O
静止图像压缩的新标准——JPEG 200O
刘荣科;张晓林;廖小涛
【期刊名称】《遥测遥控》
【年(卷),期】2001(022)001
【摘要】JPEG 2000是国际标准组织ISO/IEC正在制定的静止图像传输标准。
文中介绍JPEG 2000的背景、主要目标，重点对JPEG 2000的几个关键技术进行了说明，最后展望JPEG2000的应用前景。
【总页数】6页(P21-26)
【作者】刘荣科;张晓林;廖小涛
【作者单位】北京航空航天大学电子工程系北京 100083;北京航空航天大学电子工程系北京 100083;北京航空航天大学电子工程系北京 100083
【正文语种】中文
【中图分类】TN919
【相关文献】
1.谈目前最新静止图像压缩编码技术-JPEG2000 [J], 杨燕翔;吴全玉
2.静止图像压缩标准JPEG和JPEG2000的多尺度模式 [J], 周晓燕;王继成
3.基于JPEG标准的静止图像压缩 [J], 阴国富;李云飞
4.静止图像压缩标准JPEG IP核的设计与实现 [J], 张志晓;于映
5.基于JPEG标准静止图像压缩算法的分析与研究 [J], 张明
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图像压缩的国际标准和主要图像格式_ver2.0
第2讲 绪论（2）
1.5.3 静止图象压缩国际标准
1. JPEG 基本系统：
交流分量（AC）用变长码编码 直流分量（DC）系数用相对差值进行编码
第2讲 绪论（2）
童卫青 华东师范大学 计算机系
第8页
1.5.3 静止图象压缩国际标准
2. JPEG2000 对JPEG标准进行更新换代，2000年问世 提高低码率时对图象的压缩质量 增加了许多功能： 根据图象质量、视觉感受和分辨率进 行渐进传输，可对码流随机存取和处理
第2讲 绪论（2） 童卫青 华东师范大学 计算机系 第14页
1.5.4 运动图象压缩国际标准
编（解）码序列的结构
在每个I-帧后面接续若干个P-帧，I-帧独立编
码，而P-帧则参照上一帧编码
第2讲 绪论（2） 童卫青 华东师范大学 计算机系 第15页
1.5.4 运动图象压缩国际标准
3. MPEG-1 （ISO/IEC 11172） Coding of moving pictures and associated audio for digital storage media at up to about 1.5 Mbit/s 1988年 ~ 1992年 基本步骤： (1) DCT压缩，以减少帧内冗余度 (2) 运动估计，以减少帧间冗余度
打印字符的扫描图象：可提高1.1 ~ 1.5倍 计算机生成的打印字符图象：可提高约5倍
第2讲 绪论（2）
用抖动或半调表示的“灰度”图象：可提高2 ~ 30倍
可用于渐进（累进）的传输与重建应用
童卫青 华东师范大学 计算机系 第6页
1.5.3 静止图象压缩国际标准
图像压缩的算法及其国际标准
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静态图像压缩－编码的概念
典型的：电报用“莫尔斯”码 e t a … z 0.0005 --.. 概率 0.1031 0.0796 0.0642 . .-
静态图像压缩－Huffman编码
1 将信源符号出现的概率按递减顺序排列； 2 将两个最小概率相加，继续之，大的在上 部， 小的在下部； 3 每一对组合中，上面为1，下面为零；或反之； 4 画出每个信源符号概率到1的路径，记下路径的1 和0； 5 由右到左，写下这些符号，即为Huffman码。
静态图像压缩－VQ方法
核心思想：利用码书（Code Book）进行信息的传递和存 储。 编码思路：码书就是一种人为制定的映射，按照一定的 准则把n维空间划分为若干子空间，然后把图像各象素的 输入值分配到各组中，每组用一个n维矢量来表示。这组 矢量和相应的序号构成码书； 工作时码书在发送端和接收端各有一本，每输入一个象 素数据就根据距离最小原则确定重建矢量，查出相应的序 号送出，达到压缩的目的。 特点：压缩效率较高； 码书的训练非常重要。
H.261： 第一个高效视频编码标准算法。图像编码的其他 几个国际标准（如JPEG、MPEG、CCIR723等）都是由它 演变而来的。 1984年12月，CCITT第15研究组成立了“可视电话编码专 家组”，并在1988年提出了视频编码器的H.261建议。它 的目标是P×64K（P=1～30）码率的视频编码标准，以 满足ISDN日益发展的需要。主要应用对象是视频会议的 图像传输。它的视频压缩算法必须能够实时操作，解码 延迟要短，当P=1或2时，只支持帧速率较小的可视电话， 当P>=6时，则可支持电视会议。 H.261建议的原理结构的要点是：采用运动补偿进行帧间 预测，以利用图像在时域的相关性；对帧间预测误差以 8×8或者16×16为宏块，进行DCT变换，以利用图像在 空域上的相关性；接着对DCT变换系数设置自适应量化 器，以利用人们的视觉特性；再采用Huffman熵编码，获 得压缩码流。
多媒体数据压缩编码的国际标准
多媒体数据压缩编码的国际标准国际标准化协会( ISO)，国际电子学委员会(IEC)，国际电信协会(ITU)等国际组织，于90年代领导制定了三个重要的多媒体国际标准，①JPEG标准，②H.261标准；③MPEG 标准。
我们在概述中只对这三个标准的制定做简单的介绍：静态图像压缩编码的国际标准（JPEG）联合图像专家小组，多年来一直致力于标准化工作，他们开发研制出，连续色调、多级灰度、静止图像的数字图像压缩编码方法。
这个压缩编码方法称为JPEG算法。
JPEG算法被确定为JPEG国际标准，它是国际上，彩色、灰度、静止图像的第一个国际标准。
JPEG标准是一个适用范围广泛的通用标准。
它不仅适于静图像的压缩；电视图像序列的帧内图像的压缩编码，也常采用JPEG压缩标准。
在JPEG编码中用到了我们已学过的变换编码、预测编码和熵编码等原理和方法。
这一章前面几节讲的内容是这一部分的基础。
因此我们把重点放在JPEG的编码算法的具体实现上。
JPEG 标准定义了两种基本压缩算法：一是：基于DCT 变换有失真的压缩算法。
二是：基于空间预测编码DPCM的无失真压缩算法。
我们将重点讲述基于DCT变换有失真的压缩算法。
1．基于离散余弦变换（DCT）的有失真压缩编码（1）基于DCT的有失真编码处理过程图基于DCT解码器处理步骤首先来看"基于DCT的编码器处理步骤"图。
从这幅图我们可以看出JPEG编码的处理过程，从总的来说是这样的：对于一幅图像首先将其分成许多个"8×8"的小块，也就是每个小块有8×8=64个像素；分成多少个小块要看图像的分辨率，分辨率高，分的块就多，分辨率小，分的块就少。
然后对（每一个）8×8的块进行DCT变换（二维），经过DCT变换后就得到频域的64个离散余弦变换系数，得到64个离散余弦变换系数后，要对这64个系数进行量化，量化是根据"表说明"也就是量化表进行的，量化表是JPEG组织根据人的眼睛视觉特性规定好的，直接用量化表去除得到的64个系数就是量化，量化后得到的仍是一个（8×8）64的系数，而这一系数已是低频集中在左上角的一个8×8的系数了。
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（二）扩张处理 1.DCT是一种最基本的处理 2.原图像的采样精度为8bit或12bit 3. 顺序显示或累进显示 4.哈夫曼编码或算术编码。
（三）可逆处理 1.预测处理 2.原图像的采样精度为Nbit（2≤N≤16） 3.顺序显示 4.哈夫曼编码或算术编码。
二、JPEG算法中图像通信的要求
1.顺序显示与累进显示 以静止图像作为对象的图像通信有两种不 同的类型：硬拷贝通信与软拷贝通信 硬拷贝通信：指记录在纸上的图像通信； 软拷贝通信：指呈现在显示屏幕上的图像 通信 图像检索服务系统：将图像预置于图像数 据库中，根据用户的需要，可对图像数据 库的图像进行检索服务的系统。
硬拷贝通信中，图像通常是采取自上而下 逐行扫描的方式给予呈现---顺序显示， 特点是存储容量较少，呈现一幅完整的图 像所需时间较长，(a)
软拷贝通信---从图像库中检索信息时，希 望及时判断所检索的图像是否为所需的图 像，使用顺序显示是不合适的 累进显示：先给出一幅分辨率较低的轮廓 图像，它能及早地帮助用户了解图像的基 本内容，帮助用户进行判断，
四、JPEG算法的应用
1.彩色静止图像传送系统 2.简易会议系统 3.静止图像检索、图像数据库系统、电子 美术馆图书馆 4.远程监视系统 5.视盘 6.彩色电传
7.印刷图像的遥控鉴定装置 8.图像显示系统 9.数字写真传递系统 10.商品介绍、电视购物系统。
二、基本处理及扩张处理
DCT是一种用于图像压缩的高效编码方式 基本处理系统中必须具有支持DCT的编码和 解码功能 1.能处理精度为8bit的图像 2.能以顺序显示的方式呈现解码后的再生 图像 3.支持以哈夫曼编码实现熵编码。 JPEG算法中，扩张功能的代表是累进显示 功能，以及多种可选择功能。
三、各种编码处理的功能比较
第五章 静止图像数据 压缩的国际标准
第一节 JPEG简介
一、JPEG
1.JPEG是joint photographic expert group 联合影像专家小组的缩写 2.用于静止图像数据压缩的编码算法为 JPEG算法 3.JPEG算法是一种用于静止图像压缩的国 际标准 4.JPEG的应用有效地促进了静止的选择
1.图像编码的压缩比较高，必将给图像带 来一定的失真 2.图像质量要求高，压缩编码的压缩比较 低 3.JPEG可以允许用户对图像质量进行选择
第二节 JPEG算法概述
一、JPEG压缩
1.DCT：基于离散余弦变换的压缩方式，是 一种不可逆的有失真编码，并可进一步分 为：具有基本功能的基本处理（DCT基本系 统）；具有扩张功能的扩张处理（DCT扩张 系统） 2.DPCM：基于二维空间的差分脉冲代码调 制的压缩方式，是一种可逆的无失真编码。