39、图像与视频压缩技术详解

图像与视频压缩技术详解

1. JPEG 2000 图像压缩

1.1 JPEG 2000 原理

JPEG 2000 基于变换系数编码的思想，通过对图像像素进行去相关变换，使变换后的系数比原始像素更易于编码。在 JPEG 2000 中使用小波变换，若小波基函数能将大部分重要视觉信息集中在少数系数上，那么其余系数可进行粗量化或截断为零，而不会造成明显的图像失真。

1.2 编码过程

编码过程主要包括以下步骤：
1. 像素电平偏移 ：将图像像素减去 (2^{m}-1)，其中 (2^{m}) 是图像的灰度级数。在常见的 8 位图像中，就是减去 128。
2. 小波变换 ：对图像的行和列进行一维离散小波变换。无损压缩时使用双正交小波，系数为 5 - 3；有损应用中使用 9 - 7 系数的小波。初始分解会得到四个子带，分别是低分辨率近似子带以及水平、垂直和对角频率特征子带。重复分解 (N_{L}) 次，可得到 (N_{L}) 尺度的小波变换，相邻尺度在空间上以 2 的幂次相关。
3. 系数量化 ：使用公式 (q_{b}(u, v) = sign[a_{b}(u, v)] \cdot floor[\frac{|a_{b}(u, v)|}{\Delta_{b}}]) 对小波系数进行量化。量化步长 (\Delta_{b}) 的计算与子带的名义动态范围 (R_{b})、分配给指数和尾数的位数 (e_{b}) 和 (\mu_{b}) 有关。无损压缩时，(\mu_{b} = 0) 且 (R_{b} = e_{b})，(\Delta_{b}