连续的实对称函数的付立叶变换中只含余弦项,因此余弦变换与付立叶变换一样有明确的物理意义。DCT是先将整体图像分成N*N像素块,然后对N*N像素块逐一进行DCT变换。由于大多数图像的高频分量较小,相应于图像高频分量的系数经常为零,加上人眼对高频成分的失真不太敏感,所以可用更粗的量化。因此,传送变换系数的数码率要大大小于传送图像像素所用的数码率。到达接收端后通过反离散余弦变换回到样值,虽然会有一定的失真,但人眼是可以接受的。
2.4 图像的量化
图像的量化就是将取样后图像的每个样点的取值范围分成若干区间,并仅用一个数值代表每个区间中的所有取值。
量化时,量化值与实际值会产生误差,这种误差称为量化误差或量化噪声。可用信噪比来度量,但量化噪声与一般噪声是有区别的:
1)量化噪声由输入信号引起,可根据输入信号推测出来,而一般噪声与输入信号无任何直接关系。
2)量化误差是量化器高阶非线性失真的产物,是高阶非线性的特例。
量化分为标量量化和矢量量化。
在JPEG中将浮点型数表示的变换结果用标量量化后的整型数表示,随之而引起的误差在经过反向离散余弦变换而传递到图像,由于人眼对对这个误差几乎是察觉不到的,所以量化的过程是可行的。同时,为了达到更高的压缩比,又尽可能地保持原来图像的质量,JPEG通过多次实验,结合人眼的视觉特性,有针对性地设计相应的量化表。这种针对性是指对在图像中占有较大能量的低频成分,赋予较小的量化间隔和较多的比特以较为精确地表示原来的系数值,这样以达到尽量保持原始图像的视觉效果的前提下,获得较高的压缩比。
为了达到压缩数据的目的,对DCT系数需作量化处理。量化的作用是在保持一定质量前提下,丢弃图像中对视觉效果影响不大的信息。量化是多对一映射,是造成DCT编码信息损失的根源。JPEG标准中采用线性均匀量化器,量化过程为对64个DCT系数除以量化步长并四舍五入取整,量化步长由量化表决定。量化表元素因DCT系数位置和彩色分量的不同而取不同值。量化表为8x8矩阵,与DCT变换系数一一对应。量化表一般由用户规定JPEG标准中给出了参考值,并作为编码器的一个输入。量化表中元素为1到255之间的任意整数,规定了其所对应DCT系数的量化步长。DCT变换系数除以量化表中对应位置的量化步长,并去掉小数部分,其他变为零,从而达到了压缩的目的。
在JPEG量化过程中,量化表中的某个对应值用于相对应的系数值进行量化处理。量化过程就是简单地将变换系数除以量化阶后再取整。如果用C(k,1)表示量化后的系数,量化处理
从灵活性的角度出发,JPEG从没有规定量化表,仅是推荐了亮度和灰度两个量化表。根据具体要求可以构造专用的量化表,所推荐的量化表是针对灰度为8的图像源。使用该量化表,图像可达到失真不明显的主观质量。因此,只要线性地改变量化表中的量化阶就可控制重建图像质量以及相应的压缩比,在JPEG中通过调整一个公共因子来实现。
量化后的DCT变换值,低能量区域被量化成零,而高能量区域即低频区则保留下来,这样只要将保留下的低频值进行编码,就可以在允许误差的条件下存储图像的重要信息以用来还原图像。
量化是对经过FDCT变换后的频率系数进行量化,量化的目的是减小非“0”系数的幅度以及增加“0”值系数的数目,量化是图像质量下降的最主要原因
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游程编码
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