數位影像壓縮 技術簡介

數位影像壓縮數位影像壓縮技術簡介技術簡介第四組 陳孝賢第四組 陳孝賢

OutlineOutline 什麼是影像什麼是影像 為什麼要壓縮為什麼要壓縮 數位影像的構成及色彩系統數位影像的構成及色彩系統 數位靜態影像壓縮技術的種類數位靜態影像壓縮技術的種類 JPEGJPEG 基本原理介紹基本原理介紹 其他技術簡介其他技術簡介

什麼是影像什麼是影像 看看前面的螢幕的圖看看前面的螢幕的圖 你所看到的東西就是影像你所看到的東西就是影像

什麼是影像什麼是影像 那麼影像有什麼分別嗎？那麼影像有什麼分別嗎？

類比影像類比影像 還記得古早的錄影帶嗎還記得古早的錄影帶嗎 照相機、攝影機照相機、攝影機 ((膠捲膠捲 )) Continuous ImageContinuous Image

數位影像數位影像 現今電腦的儲存格式現今電腦的儲存格式 DVDDVD 、、 VCDVCD 等產品的格式等產品的格式 Discrete ImageDiscrete Image

為什麼要壓縮為什麼要壓縮 因為檔案大小可以小一些因為檔案大小可以小一些 ~~~~~~

檔案變小的好處：檔案變小的好處： 儲存比較不佔空間儲存比較不佔空間 ((相機也可多拍幾張相機也可多拍幾張 )) 瀏覽網頁圖片也可以加快瀏覽網頁圖片也可以加快 檔案傳送比較快檔案傳送比較快

數位影像的數位影像的構構成及色彩系統成及色彩系統

數位影像的構成數位影像的構成 數位影像是由許多點所構成數位影像是由許多點所構成 我們把這些點稱作我們把這些點稱作 pipicture cture elelementement

簡稱簡稱 pixelpixel 每個每個 pixelpixel 的值在各個色彩系統中的意義各有些的值在各個色彩系統中的意義各有些不同不同 在一般情形下在一般情形下

單色系統中用單色系統中用 88 個個 bits(1bits(1 個 個 byte)byte) 來代表來代表 彩色系統中用彩色系統中用 2424 個個 bits(3bits(3 個 個 byte)byte) 來代表來代表

數位影像的構成數位影像的構成 單色系統單色系統

每個每個 pixelpixel 的值的值就代表亮度就代表亮度 (0(0 最暗最暗 ~255~255 最亮最亮 ))

數位影像的構成數位影像的構成 彩色系統彩色系統

有多種表示法有多種表示法 RGBRGB 、、 YUV(YCbCr)YUV(YCbCr) 、、 YIQYIQ 、、 HSVHSV 、、 xvYCC …xvYCC … RGBRGB 系統系統

光的三原色光的三原色 (( 紅綠藍紅綠藍 )) 知道吧知道吧 !! 黑色為黑色為 (0,0,0)(0,0,0) 、白色為、白色為 (255,255,255)(255,255,255)

YY 系統系統 (YUV(YUV 、、 YIQ)YIQ) YY 代表的就是亮度代表的就是亮度 後面兩個後面兩個 bytebyte 則是儲存色彩資訊則是儲存色彩資訊 (Ex(Ex ：彩度、濃度：彩度、濃度 )) 失真壓縮會用這些格式失真壓縮會用這些格式

數位影像的構成數位影像的構成 同樣的色彩，在不同系統中用不同的值來表示同樣的色彩，在不同系統中用不同的值來表示

數位影像的構成數位影像的構成 RGBRGB 系統系統

數位影像的構成數位影像的構成 YUV (YCbCr)YUV (YCbCr) 系統系統

轉換函數轉換函數

數位靜態影像壓縮技術數位靜態影像壓縮技術的種類與介紹的種類與介紹

數位影像壓縮技術的種類數位影像壓縮技術的種類 主要分為兩大類主要分為兩大類

無失真無失真 (Lossless)(Lossless) 壓縮後解壓縮回來圖片資料和之前完全相同壓縮後解壓縮回來圖片資料和之前完全相同 壓縮率較低壓縮率較低

有失真有失真 (Lossy)(Lossy) 壓縮後解壓縮回來圖片資料和之前會有差別壓縮後解壓縮回來圖片資料和之前會有差別 壓縮率高壓縮率高

JPEGJPEG 基本原理介紹基本原理介紹 為什麼要介紹為什麼要介紹 JPEG?JPEG?

集大成集大成 不太難不太難

HistoryHistory Joint Photographic Experts GroupJoint Photographic Experts Group organized in 1986, issuing a standard in 1992 organized in 1986, issuing a standard in 1992 which was approved in 1994 as ISO 10918-1 which was approved in 1994 as ISO 10918-1

JPEGJPEG 基本原理介紹基本原理介紹 流程圖：流程圖：

JPEGJPEG 基本原理介紹基本原理介紹 DCTDCT

Discrete Cosine TransformDiscrete Cosine Transform 基本上就和基本上就和 Fourier TransformFourier Transform 差不多，是將差不多，是將訊號轉到訊號轉到 Frequency DomainFrequency Domain 2D-DCT2D-DCT

JPEGJPEG 基本原理介紹基本原理介紹 DCTDCT

JPEGJPEG 基本原理介紹基本原理介紹 QuantizationQuantization

在在 8x8 Block8x8 Block中中 pixelpixel 的值除以的值除以 TableTable 中對應的值中對應的值 (( 四捨五入四捨五入 )) JPEGJPEG 中唯一中唯一 LossyLossy 的部分的部分 低頻的部分低頻的部分 QuantizeQuantize係數比較小，高頻比較大係數比較小，高頻比較大 Quantization TableQuantization Table

JPEGJPEG 基本原理介紹基本原理介紹 Run Length EncodingRun Length Encoding

以以 00 為基準為基準 (5,(5,00,-7,,-7,0,0,00,0,0,3,,3,0,00,0,1)->(0/5,,1)->(0/5,11/-7,/-7,33/3,/3,22/1)/1) 00越多越連續就能夠縮的越小越多越連續就能夠縮的越小 確保確保 00能夠連續：能夠連續： Zig-ZagZig-Zag

JPEGJPEG 基本原理介紹基本原理介紹 Huffman CodingHuffman Coding

根據出現頻率建構的根據出現頻率建構的 binary treebinary tree 簡單來說，出現次數越多的，簡單來說，出現次數越多的， codecode越短；次數越少的，越短；次數越少的，codecode 越長越長 轉成轉成 binarybinary 格式格式 aoe -> 00010001aoe -> 00010001

JPEGJPEG使用的是預先建好的使用的是預先建好的 TableTable

JPEGJPEG 基本原理介紹基本原理介紹

其他技術其他技術 GIF GIF

GGraphics raphics IInterchange nterchange FFormat ormat Lempel-Ziv-Welch EncodingLempel-Ziv-Welch Encoding 只可以儲存只可以儲存 256256 色色 支援動畫支援動畫 UnisysUnisys公司於公司於 19831983 年年 66月月 2020日申請專利日申請專利

PNGPNG PPortable ortable NNetwork etwork GGraphicsraphics 為了對抗為了對抗 GIFGIF專利而出現專利而出現 非專利無損數據壓縮演算法非專利無損數據壓縮演算法 ((名為名為 deflation)deflation) 支援全彩支援全彩

其他技術其他技術 JPEG2000JPEG2000

Joint Photographic Experts GroupJoint Photographic Experts Group 離散小波轉換技術 (Discrete Wavelet Transform, DWT) 壓縮效率比 JPEG更高 漸進傳輸 同時支援失真壓縮以及無失真壓縮 ROI (Range of Interest)概念

Thanks For Listening!!Thanks For Listening!!