版权归原作者所有,如有侵权,请联系我们

[科普中国]-源图像

科学百科
原创
科学百科为用户提供权威科普内容,打造知识科普阵地
收藏
源图像数据单分量源图像数据

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