在单分量源图像数据中,认为源图像数据是仅具有灰度的单分量数据。源图像经采集数字化后就可以产生源图像数据。在有失真的基于DCT的编码中,每次取8×8个样本进行处理,而在无失真一维线性预测编码中,每次取一个样本进行处理。将一次处理的数据叫做一个数据单元(或数据单位)。
在单一分量的源图像数据的编码中,编码过程是一个数据单元接一个数据单元顺序进行的。
多分量源图像数据除了单分量源图像数据外,今后遇到更多的是多分量源图像数据,其中彩色图像数据是最常见的一种,因此,JPEG的专家们更注重多分量源图像数据。JPEG规定了多分量源图像处理的两种方式:非交插方式和交插方式。
(1)非交插方式
假定源图像由三个分量A、B、C组成,如右图所示。
非交插方式处理就是先将A分量的所有数据处理(在这里就是JPEG编码)完后,再处理B分量的所有数据,最后再处理C分量。其处理顺序是。
用非交插方式处理彩色图像并不好,因为在恢复图像时会使某一彩色先恢复,从而产生强的彩色。
(2)交插方式
交插方式是对构成图像的各分量在处理过程中穿插进行处理。例如,处理完A分量的一个数据单元后,就去处理B分量的一个数据单元,再去处理C分量的一个数据单元。处理过程交插进行,右图所示的三个分量源图像数据的交插处理顺序是: 。
在交插处理不同分量的数据时,要调用不同的量化表和哈夫曼表。例如,处理亮度时,要调用亮度相对应的表,而当处理色差时,又需要调用色差所对应的表。
另外,在交插处理不同分量时,有可能遇到源图像各分量大小不同的情况。例如,在上图中,若分量B和分量C只有分量A的一半,也就是说A有n个数据单元,B和C只有n/2个数据单元,此时的交插处理可以按如下顺序进行:。
源图像数据的精度JPEG规定,对于基本的DCT编码过程,每个数据样本的精度为8位(bit);对于扩展的DCT编码过程,数据样本的精度为8位或12位。很显然,采用12位数据精度进行编码必然要花费更多的处理时间。
对于无失真编码,JPEG标准规定,数据样本的精度为2位到16位。由用户根据自己的应用需要进行选择。1
源图像的预处理矩形片划分对源图像进行矩形片划分可参照如右图所示的坐标系进行,该坐
标系是一个高分辨率的矩形栅格,称为参考格(reference grid),其原点为(0,0)。图像区域的左上角坐标为(XOsiz,YOsiz),右下角坐标为(Xsiz-1,Ysiz-1)。矩形片的划分如下图所示。
第一个矩形片(标号为)的左上角坐标为(XTOsiz,YTOsiz),此参数通常称为矩形片相对于原点的坐标偏移,参数XTOsiz和YTOsiz需满足
O≤XTosiz≤XOsiz,O≤YTOsiz≤YOsiz
除了源图像边界处的矩形片外,位于源图像内部的矩形片均具有相同的尺寸XTsiz X YTsiz,参数XTsiz和YTsiz需满足
XTsiz+XTOsiz>XOsiz,YTsiz十YTOsiz YOsiz
如右图可见,所有的矩形片在坐标系中以光栅扫描顺序排列,这种位置分布便于对压缩域的图像进行某些空域操作,例如,若对右图所示的图像进行裁剪,由矩形片构成目标图像,则无需对这些矩形片进行重新编码,只需将图像的左上角坐标改为矩形片的左上角坐标,即将(XTOsiz+XTsiz,YTOsiz+YTsiz)的值赋予(XOsiz,YOsiz),将图像的右下角坐标改为矩形片的右下角坐标,即将(XT0siz+4×XTsiz,YTOsiz+3×YTsiz)的值赋予(Xsiz-1,Ysiz-1),将矩形片的坐标偏移改为矩形片的左上角坐标,即将(XTOsiz+XTsiz,YTOsiz+YTsiz)的值赋予(XTOsiz,YTOsiz)即可。这种坐标系统通常称为画布坐标系统。
矩形片的大小可由用户任意确定,但尺寸过小通常会影响图像的压缩效果,尤其在低码率时,重建图像会出现较为严重的片边界效应,故矩形片尺寸一般不小于128×128。
DC平移一幅源图像可以包含一个或多个分量,例如灰度图像只有一个亮度分量,而RGB彩色图像具有红、绿、蓝三个分量。JPEG 2000允许一幅源图像最多可以包含个分量。所有的分量在源图像中具有相同的空间范围,但是代表不同的光谱或辅助信息不同的分量可以具有不同的分辨率(如用亮度一色度空间来表示一幅图像时,亮度分量通常比色度分量的取样率要高),分量的样值可以是无符号整数,也可以是有符号整数,其位深(取样精度)为1比特~38比特。若图像样值的位深为B,对于无符号整数表示,其动态范围为(0,);对于有符号整数表示,其动态范围为()。
类似于JPEG,对于分量的无符号样值,预处理时需要对其进行DC平移。设样值位深为B,DC平移时则将该分量中的所有样值均减去。编码时,各分量样值的符号特性(有/无符号)和位深,由压缩码流SIZ标记段中的一个8比特参数Ssiz表示。对于第个分量,相应参数的最高位表示样值有/无符号(0表示无符号,1表示有符号);的低7位表示样值的位深。在解码端进行反向电平平移时,设第 个分量为无符号整数表示,则将该分量中的所有样值均加上。
分量变换用于RGB图像的两种分量变换:可逆的分量变换(RCT)和不可逆的分量变换(ICT)。这里可逆与不可逆主要针对有无精度损失而言:可逆分量变换是整赞到整数的有限精度计算,该过程不会有精度损失;不可逆分量变换是实数到实数的变换.运算过程中会有精度损失。因此,不可逆分量变换只可用于有损压缩,而可逆分量变换既可用于有损压缩,也可用于无损压缩。
如右图所示,是RCT和ICT的正反变换公式。2