源圖像

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源圖像(Source video)即被數字圖像編輯和壓縮應用程式訪問的原始圖像。源圖像可以是錄像帶,雷射盤,或動態腳本,也可以是現有的數字圖像檔案。

源圖像數據

單分量源圖像數據

在單分量源圖像數據中,認為源圖像數據是僅具有灰度的單分量數據。源圖像經採集數位化後就可以產生源圖像數據。在有失真的基於DCT的編碼中,每次取8×8個樣本進行處理,而在無失真一維線性預測編碼中,每次取一個樣本進行處理。將一次處理的數據叫做一個數據單元(或數據單位)。

在單一分量的源圖像數據的編碼中,編碼過程是一個數據單元接一個數據單元順序進行的。

多分量源圖像數據

除了單分量源圖像數據外,今後遇到更多的是多分量源圖像數據,其中彩色圖像數據是最常見的一種,因此,JPEG的專家們更注重多分量源圖像數據。JPEG規定了多分量源圖像處理的兩種方式:非交插方式和交插方式。

(1)非交插方式

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假定源圖像由三個分量A、B、C組成,如右圖所示。

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非交插方式處理就是先將A分量的所有數據處理(在這裡就是JPEG編碼)完後,再處理B分量的所有數據,最後再處理C分量。其處理順序是。

用非交插方式處理彩色圖像並不好,因為在恢復圖像時會使某一彩色先恢復,從而產生強的彩色。

(2)交插方式

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交插方式是對構成圖像的各分量在處理過程中穿插進行處理。例如,處理完A分量的一個數據單元後,就去處理B分量的一個數據單元,再去處理C分量的一個數據單元。處理過程交插進行,右圖所示的三個分量源圖像數據的交插處理順序是: 。

在交插處理不同分量的數據時,要調用不同的量化表和哈夫曼表。例如,處理亮度時,要調用亮度相對應的表,而當處理色差時,又需要調用色差所對應的表。

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另外,在交插處理不同分量時,有可能遇到源圖像各分量大小不同的情況。例如,在上圖中,若分量B和分量C只有分量A的一半,也就是說A有n個數據單元,B和C只有n/2個數據單元,此時的交插處理可以按如下順序進行:。

源圖像數據的精度

JPEG規定,對於基本的DCT編碼過程,每個數據樣本的精度為8位(bit);對於擴展的DCT編碼過程,數據樣本的精度為8位或12位。很顯然,採用12位數據精度進行編碼必然要花費更多的處理時間。

對於無失真編碼,JPEG標準規定,數據樣本的精度為2位到16位。由用戶根據自己的套用需要進行選擇。

源圖像的預處理

矩形片劃分

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對源圖像進行矩形片劃分可參照如右圖所示的坐標系進行,該坐

標系是一個高解析度的矩形柵格,稱為參考格(reference grid),其原點為(0,0)。圖像區域的左上角坐標為(XOsiz,YOsiz),右下角坐標為(Xsiz-1,Ysiz-1)。矩形片的劃分如下圖所示。

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第一個矩形片(標號為)的左上角坐標為(XTOsiz,YTOsiz),此參數通常稱為矩形片相對於原點的坐標偏移,參數XTOsiz和YTOsiz需滿足

O≤XTosiz≤XOsiz,O≤YTOsiz≤YOsiz

除了源圖像邊界處的矩形片外,位於源圖像內部的矩形片均具有相同的尺寸XTsiz X YTsiz,參數XTsiz和YTsiz需滿足

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XTsiz+XTOsiz>XOsiz,YTsiz十YTOsizYOsiz

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如右圖可見,所有的矩形片在坐標系中以光柵掃描順序排列,這種位置分布便於對壓縮域的圖像進行某些空域操作,例如,若對右圖所示的圖像進行裁剪,由矩形片構成目標圖像,則無需對這些矩形片進行重新編碼,只需將圖像的左上角坐標改為矩形片的左上角坐標,即將(XTOsiz+XTsiz,YTOsiz+YTsiz)的值賦予(XOsiz,YOsiz),將圖像的右下角坐標改為矩形片的右下角坐標,即將(XT0siz+4×XTsiz,YTOsiz+3×YTsiz)的值賦予(Xsiz-1,Ysiz-1),將矩形片的坐標偏移改為矩形片的左上角坐標,即將(XTOsiz+XTsiz,YTOsiz+YTsiz)的值賦予(XTOsiz,YTOsiz)即可。這種坐標系統通常稱為畫布坐標系統。

矩形片的大小可由用戶任意確定,但尺寸過小通常會影響圖像的壓縮效果,尤其在低碼率時,重建圖像會出現較為嚴重的片邊界效應,故矩形片尺寸一般不小於128×128。

DC平移

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一幅源圖像可以包含一個或多個分量,例如灰度圖像只有一個亮度分量,而RGB彩色圖像具有紅、綠、藍三個分量。JPEG 2000允許一幅源圖像最多可以包含個分量。所有的分量在源圖像中具有相同的空間範圍,但是代表不同的光譜或輔助信息不同的分量可以具有不同的解析度(如用亮度一色度空間來表示一幅圖像時,亮度分量通常比色度分量的取樣率要高),分量的樣值可以是無符號整數,也可以是有符號整數,其位深(取樣精度)為1比特~38比特。若圖像樣值的位深為B,對於無符號整數表示,其動態範圍為(0,);對於有符號整數表示,其動態範圍為()。

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類似於JPEG,對於分量的無符號樣值,預處理時需要對其進行DC平移。設樣值位深為B,DC平移時則將該分量中的所有樣值均減去。編碼時,各分量樣值的符號特性(有/無符號)和位深,由壓縮碼流SIZ標記段中的一個8比特參數Ssiz表示。對於第個分量,相應參數的最高位表示樣值有/無符號(0表示無符號,1表示有符號);的低7位表示樣值的位深。在解碼端進行反向電平平移時,設第個分量為無符號整數表示,則將該分量中的所有樣值均加上。

分量變換

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用於RGB圖像的兩種分量變換:可逆的分量變換(RCT)和不可逆的分量變換(ICT)。這裡可逆與不可逆主要針對有無精度損失而言:可逆分量變換是整贊到整數的有限精度計算,該過程不會有精度損失;不可逆分量變換是實數到實數的變換.運算過程中會有精度損失。因此,不可逆分量變換隻可用於有損壓縮,而可逆分量變換既可用於有損壓縮,也可用於無損壓縮。

如右圖所示,是RCT和ICT的正反變換公式。

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