图像与视频压缩原理

,数字视频技术- 图像与视频压缩技术,数字视频技术,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) 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!,图像和视频压缩的本质,空间冗余信息,时间冗余信息,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,图像压缩基本原理 - JPEG压缩标准,图像压缩基本原理 - JPEG压缩标准,Zig-Zag Scan, Run-length coding,“Intra-Frame Encoded”,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,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,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,视频压缩基本原理 - ZIGZAG 扫描,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。,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。,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。,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。,视频压缩基本原理 - 影响图像质量的参数,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,小波变换2次、4次、7次的图像,视频压缩基本原理 - 图像质量的衡量,视频压缩基本原理 - 视频压缩标准,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,视频压缩基本原理 - 视频 压缩标准,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。,Motion estimation 查找最优运动矢量的过程。,视频压缩基本原理 - MPEG压缩标准,视频压缩基本原理 - 视频编码器框架,视频压缩基本原理 - 视频解码器框架,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？,