视频编码 第五章：混合编码框架

1010(=EOB) 00 01 100 1011 11010
JPEG标准－基本模式

AC的编码方式

举例：0 –7 RRRR = 1 查表得区间号：SSSS = 3 RRRR/SSSS = 1/3 编码长度 10位 VVVV = -7 最后编码: 111 求反得: 000 1111001000 查表得: 1111001
JPEG标准－基本模式
a) DC分量
b) DC和2个最低AC系数
c) DC和9个最低AC系数
d）全部64个系数的恢复结果
JPEG标准－基本模式

Z形扫描
DCT系数量化后，构成一 个稀疏矩阵，用Z（Zigzag） 形扫描将其变成一维数列， 将有利于熵编码。
0 2 3 1 4 8 5 7 6 14 15 27 28 13 16 26 29 42

DC的编码方式（预测+统计）

第一步：求DPCM (差分脉冲调制码)，用当前的DC， 减去前一个子图的DC VVVV ：DIFF = DC - PRE_DC 第二步：根据DIFF求出区间号： SSSS

通过DIFF查区间编号表得出区间号SSSS 根据SSSS查霍夫曼编码表得出SSSS的霍夫曼编码
亮度AC系数码表
JPEG标准－基本模式

符号编码

完成后的编码数组（重排的）是： 1010110 0100 001 0100 0101 100001 0110 100011 001 100011 001 001 100101 11100110 110110 0110 11110100 000 1010

其中空格是为了可阅读性而插入的 完 成 编 码 的 重 排 数 组 的 总 位 数 是 92 ， 不 压 缩 需 要 8x8x8=512位。结果的压缩率是512/92，或5.6:1。
JPEG标准－基本模式
JPEG标准－基本模式

U = –0.1787R – 0.3313G +0.5000B +128 V = 0.5000R – 0.4187G – 0.0813B + 128
JPEG标准－基本模式

如果源图像为640×480的分辨率（即由640×480像素 组成）,则划分后的图像将包含80×60个子块。
JPEG将源图像划分为若干个子块，每个子块包含8×8个像素

将量化后的系数，按之字形重新排序成矢量，全零结尾用特殊 符号EOB

[-26 -3 1 -3 -2 -6 2 -4 1 -4 1 1 5 0 2 0 0 -1 2 0 0 0 0 0 -1 -1 EOB]

DC和AC用不同的方式分别编码 DC的编码方式（预测+统计）：

编码由两部分组成：
区间号编码(SSSS) + 系数预测误差本身编码(VVVV)
JPEG标准－基本模式

亮度的量化模板系数
16 12 14 14 18 24 49 72 11 12 13 17 22 35 64 92 10 14 16 22 37 55 78 95 16 19 24 29 56 64 24 26 40 51 68 81 40 58 57 87 51 60 69 80 61 55 56 62 77 92
图像内容 DCT变换 例
DCT
521 0 0 0 0 0 0 0
100 0 0 0 0 0 0 0
-15 0 0 0 0 0 0 0
8 0 0 0 0 0 0 0
-4 0 0 0 0 0 0 0
-1 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0
922 -150
第三步：对VVVV编码，正数是自己，负数用反码
JPEG标准－基本模式

DC的编码方式（预测+统计）
区间表 范围 0 -1，1 -3，-2，2，3 -7,…,-4，4,…,7 -15,…,-8，8,…,15 -31,…,-16，16,…,31 -63,…,-32，32,…,63 DC差区间 0 1 2 3 4 5 6 AC区间 N/A 1 2 3 4 5 6
JPEG标准－基本模式

量化变换后的数组
-26 1 -3 -4 1 0 0 0 -3 -2 1 1 0 0 0 0 -6 -4 5 2 0 0 0 0 2 0 -1 -1 0 0 0 0 2 0 -1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
第二部分：VVVV：系数本身编码
JPEG标准－基本模式

AC的编码方式
区间AC霍夫曼编码表
行程/区间 编码 0/0 0/1 0/2 0/3 0/4 0/5
长度
行程/区间 编码 4 3 4 6 8 10 0/6 0/7 0/8 0/9 0/A 1/1
长度 111000 12 1111000 14 1111110110 18 1111111110000010 1111111110000011 1100 5
输入图像NxN
颜色空间 转换 分解为8x8 的图像块
压Байду номын сангаас的图像
符号 解码器 反向 量化 DCT 逆向变换 零偏置 转换 合成8x8 的子图
解压图像
颜色空间 转换
JPEG标准－基本模式
JPEG标准－基本模式
JPEG标准－基本模式

颜色空间转换

人眼对亮度更敏感，提取亮度特征，将RGB转换为YUV 模型，编码时对亮度采用特殊编码： Y = 0.299R + 0.5870G + 0.1140B
AC系数的尾码位数表
SSSS 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 AC系数的尾码位数表 0 -1,1 -3, -2, 2, 3 -7～-4, 4～7 -15～-8, 8～15 -31～-16, 16～31 -63～-17, 17～63 -127～-64, 64～127 -255～-128, 128～255 -511～256, 256～511 -1023～-512, 512～1023
JPEG标准－基本模式

零偏置转换

对于灰度级是2n的像素，通过减去2n-1，替换像素本身 对于n=8，即将0～255的值域，通过减去128，转换为 值域在-128～127之间的值

目的：使像素的绝对值出现3位10进制的概率大大减少
JPEG标准－基本模式

压缩下列8x8子图
52 63 62 63 67 79 85 87 55 59 59 58 61 65 71 79 61 66 68 71 68 60 64 69 66 90 113 122 104 70 59 68 70 109 144 154 126 77 55 65 61 85 104 106 88 68 61 76 64 69 66 70 68 58 65 78 73 72 73 69 70 75 83 94
混合编码框架
主要内容

混合编码框架 JPEG标准
研究意义与国内外现状分析
混合编码框架
统计编码
变换编码
预测编码
混合编码框架

混合编码框架
变换编码 预测编码 统计编码
预测编码
变换编码
统计编码
JPEG标准

JPEG是“联合图像专家组”（Joint Photographic Expert Group）的简称，成立于1986年
最后的编码为: 101+0110= 1010110 长度为7位 解码时如果VVVV部分首位为0为负数
JPEG标准－基本模式

符号编码

AC的编码方式
编码由两部分组成： 区间号编码(RRRR/SSSS)+系数本身(VVVV) 第一部分：RRRR：该系数前值为0的系数的个数
SSSS：区间号
12 17 25 30 41 43
9 11 18 24 31 40 44 53 10 19 23 32 39 45 52 54 20 22 33 38 46 51 55 60 21 34 37 47 50 56 59 61 35 36 48 49 57 58 62 63
JPEG标准－基本模式

符号编码
JPEG标准－基本模式

DCT变换

频域变换产生64个系数 第一个系数称为直流系数（DC系数） 其余的63个系数称为交流系数（AC系数）
JPEG标准－基本模式

正向DCT变换（N = 8）后变成
-415 7 -46 -50 11 -10 -4 -1 -29 -21 8 13 -8 1 -1 -1 -62 -62 77 35 -13 3 2 -1 25 9 -25 -15 -2 -3 -1 -2 55 11 -30 -9 -1 -1 2 -1 -20 -7 10 6 1 0 -3 -1 -1 -6 7 0 -4 2 1 0 3 6 -5 3 1 -1 -2 -1
JPEG标准－基本模式

零偏置转换后
-76 -65 -66 -65 -61 -49 -43 -41 -73 -69 -69 -70 -67 -63 -57 -49 -67 -62 -60 -57 -60 -68 -64 -59 -62 -38 -15 -6 -24 -58 -69 -60 -58 -19 16 26 -2 -51 -73 -63 -67 -43 -24 -22 -40 -65 -67 -52 -64 -59 -62 -58 -60 -70 -63 -50 -55 -56 -55 -59 -58 -53 -45 -34
-25 6 2 -3 -4 6 -2 0
-5 2 -3 -6 2 5 4 2
-6 4 2 3 1 1 -1 3
-12 1 -1 3 2 4 1 0
-6 3 -2 3 0 2 4 -3
-1 3 0 2 0 1 3 -1
DCT
-208 -29 -19 0 0 -1 0
-10 31 1 -5 -4 1 1
JPEG标准－基本模式

DC的编码方式（预测+统计）
区间DC霍夫曼编码表 区间 0 1 2 3 4 5 编码 00 010 011 100 101 110 长度 3 4 5 6 7 8 区间 6 7 8 9 A B 编码 长度
1110 10 11110 12 111110 14 1111110 16 11111110 18 111111110 20
JPEG标准－基本模式

DC的编码方式（预测+统计）

例子：DC = -26 PRE_DC = -17 DIFF = -26 -（-17）= -9 用-9查区间表得： VVVV = -9 求反: SSSS = 4 用4查霍夫曼编码表得：霍夫曼编码：101 二进制编码为: 1001 1001 = 0110 PreDC DC -17 -26
JPEG标准－基本模式

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：
∆DC i = DC i − DC i −1
JPEG标准－基本模式

是一个由ISO和CCITT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，这个专家组制定的标 准已成为国际上通用的标准，被称为JPEG标准。

JPEG是一个适用范围很广的静态图像数据压缩标准，既可用于灰度 图像又可用于彩色图像。JPEG不仅适于静止图像的压缩，视频的帧 内图像的压缩编码，也常采用此算法。
109 103 104 113
87 103 121 120 101 98 112 100 103 99
JPEG标准－基本模式

色度的量化模板系数
17 18 24 47 99 99 99 99 18 21 26 66 99 99 99 99 24 26 56 99 99 99 99 99 47 66 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99
JPEG标准

1991年３月正式提交，编号为ISO 10918 连续色调静止图像的数字压缩编码 JPEG标准中定义了四种操作模式：

基本（顺序）模式 DCT累进模式 分级模式 预测无损模式

1999年推出了JPEG2000标准
JPEG标准－基本模式

JPEG压缩流程
压缩图像
零偏置 转换 DCT 正向变换 量化器 符号 编码器