基于JPEG标准的16 bit图像有损压缩应用

doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2016106

摘要/Abstract

摘要：

给出了16 bit图像有损压缩的原理和详细流程。由于16 bit图像数据量大而JPEG并不支持16 bit图像的压缩，这使得其在存储和传输方面有很多不便。在JPEG压缩方案的基础上，对统计模型进行了扩展（分别对DC差分值编码的统计模型表和AC系数编码的统计模型表进行了一定的改变和扩充），使其能够处理位深度为16 的数据，从而实现了16 bit图像的有损压缩。图像量化过程中所使用的量化表是基于JPEG 默认的8 位亮度图像量化表生成的。所采用的编码器为QM 算术编码器，解压后的图像质量评价标准采用客观评价标准PSNR。

关键词: 16bit图像有损压缩, DC差分值编码的统计模型, AC系数编码的统计模型, QM算术编码器

Abstract:

The principle and detailed process of 16 bit image lossy compression were given. The data of 16 bit image is large and JPEG does not support the 16 bit image compression，which makes it inconvenience in 16 bit image’s storage and transmission. Based on the scheme of JPEG compression，the statistical model was expended （improving the tables of statistical model for DC coefficient coding and statistical model for AC coefficient coding respectively）. This made it can deal with the data of 16 bit and realized the ideal of the compression of 16 bit static images. The quantization table used was generated based on the Luminance quantization table in JPEG. The encoder adopted was QM arithmetic encoder. An objective evaluation standard PSNR was chosen to evaluate the quality of the decompressed images.

Key words: 16 bit image lossy compression, statistical model for DC coefficient coding, statistical model for AC coefficient coding, QM arithmetic encoder

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图/表 9

图1

表1

图2

表2

表3

表4

图2

图3

表5

参考文献 8

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参数名称	8 bit	12 bit	16 bit
S	0～255	0～4 095	-32 767～32 767
DC	0～2 040	0～32 760	-262 136～262 136
Diff	-2 040～2 040	-32 760～32 760	-524 272～524 272
Sz	0～2 039	0～32 759	0～524 271

前后关系索引	值	编码判断
S0	根据Da值有5种状态	Diff=0
SS	S0+1	Diff的符号判断
SP	S0+2	Sz＜1 且 Diff＞0
SN	S0+3	Sz＜1 且 Diff＞0
X1	20	Sz＜2
X2	X1+1	Sz＜4
X3	X1+2	Sz＜8
…	…	…
Xi	X1+（i-1）	Sz＜2ⁱ
…	…	…
X19	X1+18	Sz＜2¹⁹
M2	X2+18	Sz＜4时的补充比特
M3	X3+18	Sz＜8时的补充比特
…	…	…
Mi	Mi+18	Sz＜2ⁱ时的补充比特
…	…	…
M19	M19+18	Sz＜2¹⁹时的补充比特

组编号	最大边界值（M）	Sz的范围	补充比特数
0	1	0	0
1	2	1	0
2	4	2，3	1
3	8	4，…，7	2
4	16	8，…，15	3
5	32	16，…，31	4
6	64	32，…，63	5
7	128	64，…，127	6
8	256	128，…，255	7
9	512	256，…，511	8
10	1 024	512，…，1 023	9
11	2 048	1 024，…，2 047	10
12	4 096	2 048，…，4 095	11
13	8 192	4 096，…，8 191	12
14	16 384	8 192，…，16 383	13
15	32 768	16 384，…，32 767	14
16	65 536	32 768，…，65 535	15
17	131 072	65 536，…，131 071	16
18	262 144	131 072，…，262 143	17
19	524 288	262 144，…，524 288	18

前后关系索引	值	编码判断
SE	3·（k-1）	k=EOB
S0	SE+1	V=0
SS	固定推断	V符号判断
SN，SP	S0+1	Sz＜1
X1	S0+1	Sz＜2
X2	根据k的值有两种状态	Sz＜4
X3	X2+1	Sz＜8
…	…	…
Xi	X2+（i-2）	Sz＜2ⁱ
…	…	…
X19	X2+17	Sz＜2¹⁹
M2	X2+18	Sz＜4时的补充比特
M3	X3+18	Sz＜8时的补充比特
…	…	…
Mi	Mi+18	Sz＜2ⁱ时的补充比特
…	…	…
M19	X19+18	Sz＜2¹⁹时的补充比特

图3（a）			图3（b）			图3（c）
Q	压缩比	PSNR/dB	Q	压缩比	PSNR/dB	Q	压缩比	PSNR/dB
100	2.184 889	76.707 236	100	2.003 617	71.929 983	100	2.094 369	75.362 163
90	3.198 758	75.259 943	90	2.931 357	71.023 849	90	3.172 682	75.206 111
70	4.467 297	73.189 765	70	3.950 824	70.253 962	70	4.410 176	73.062 759
50	5.447 484	70.597 621	50	4.725 236	68.794 452	50	5.339 543	70.534 809
30	6.855 152	67.282 415	30	5.835 759	66.189 520	30	6.692 216	67.260 552
10	13.395 992	60.692 269	10	10.807 665	58.624 309	10	12.747 401	60.703 333
5	21.868 733	57.103 305	5	19.821 838	55.306 014	5	20.677 541	57.135 182