图像与视频压缩原理

量化 Quant
熵编码 Entropy encode
Markers
Z字形扫描 Zigzag
直流预测 DC Prediction
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图像压缩基本原理 -- JPEG压缩标准
Quantization
• major reduction • controls ‘quality’
Zig-Zag Scan, Run-length coding
Motion compensation 描述了图像的每 个部分是如何从前一个图像帧中得到的。
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视频压缩基本原理 -- MPEG压缩标准
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视频压缩基本原理 -- 视频编码器框架
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视频压缩基本原理 -- 视频解码器框架
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小结
➢ 视频压缩通过空间与时间域内的冗余信息处理获得 ➢ 某些信息的丢失并不对人的视觉效果造成重要影响 ➢ 信息损失发生在那些步骤？
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图像和视频压缩的本质
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空间冗余信息 时间冗余信息
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图像压缩方法举例
➢ 隔行扫描 ➢ 颜色信号的变换 ➢ 基于视觉特点来抑制高频率部 ➢ 熵编码 ➢ 小波变换
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图像压缩基本原理 -- JPEG压缩标准
图像文件
水平偏移 Level shift
离散余弦变换 FDCT
图像输出 Output buffer
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视频压缩基本原理 – 小波变换
每一幅LLX图像都是上一级LL(X-1)的子图,例如， LL3的数据加上LH3、HL3、HH3就能得到LL2， LL2加上LH2、HL2、HH2就能得到LL1，LL1加 上LH1、HL1、HH1就能得回原图。那么，当图 片不断的分裂下去，就得到了分裂次数加一的分 辨率级数，这样就生成了多种空间分辨率图像， 利于压缩而不产生块状的失真。
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视频压缩基本原理 -- 游程编码
经过Zigzag扫描后，得到的是一个一元数组，然后对数组进行游程编码。 假设一个数组4,0,3,0,0,2,0,6,0,0,7，我们用一个（run,level）来表示， level表示非0数，run表示这个非零数前0的个数。这样上面的数组就变 为：(0,4)(1,3)(2,2)(1,6)(2,7)。 特别的，需要注意(0，0)和(15，0)两个特殊情况，(0，0)表示块结束标 志EOB(End Of Block)，(15，0)表示ZRL，就是连续16个0时用ZRL表 示。
帧内压缩：将每个图像帧作为一个静态图片来压缩 帧间压缩：通过图像帧间冗余减小或者消除的方式来 达到压缩的目的 I 帧：帧间编码，每个帧独立编码 P帧：利用前面的帧与预测进行编码 B帧：使用前后帧预测进行编码
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视频压缩基本原理 -- 视频 压缩标准
Motion estimation 查找最优运动矢量 的过程。
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“Intra-Frame Encoded”
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图像压缩基本原理 -- DCT变换
图像的高频部分对画质影响是不明显的，而低 频则比较明显 越往右下方，频率越高，这样的图像越难以 辨认
图像高频部分确实主要保存图像的轮廓、纹 理
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图像压缩基本原理 -- 量化
量化：将64个DCT系数除以对应的量化步长，然后 四舍五入求出整数值
数字视频技术
数字视频技术
--- 图像与视频压缩技术
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视频压缩技术的重要性
High-Definition Television (HDTV) 1920x1080
30 frames per second (full motion) 8 bits for each three primary colors (RGB)
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Βιβλιοθήκη Baidu
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视频压缩基本原理 -- 影响图像质量的参数
小波变换2次、4次、7次的图像
比特率bitrate：比特率代表用多少位来表示一个 像素，比特率大的时候画质较好。 压缩率比：量化步长越大，压缩比越大，画质也 就差些。
4种DCT分块下的图像
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视频压缩基本原理 -- 图像质量的衡量
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视频压缩基本原理 -- 视频压缩标准
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视频压缩基本原理 – Huffman Encoding
出现概率大的，用短码； 出现概率小的，用长码。
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视频压缩基本原理 – Huffman Encoding
在JPEG中，DCT将图像压缩为8×8 的小块，然后依次放入文件中，这种算法 靠丢弃频率信息实现压缩，因而图像的压缩率越高，频率信息被丢弃的越多。 在极端情况下，JPEG图像只保留了反映图像外貌的基本信息，精细的图像细节 都损失了，这样块状失真就很明显。而离散小波的粗略边缘可以消除DCT压缩 普遍具有的方块效应。
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量化步长是人为规定的，那么怎么去定这个值呢， 实际上，在JPEG基本算法中给出了一套量化表， 这些表是经过广泛实验后计算得出 左上频率最低，向右下递增，所以量化步长的总 体规律也是这样递增，即对频率越高的部分设定 更大的量化步长，进行更大程度的压缩
颜色深度代表了步长
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视频压缩基本原理 -- ZIGZAG 扫描
Total 1.5 Gb/sec! Cable TV: each cable channel is 6 MHz
Max data rate of 19.2 Mb/sec Reduced to 18 Mb/sec w/audio + control …
Compression rate must be ~ 80:1!