靜態影像壓縮

靜態影像壓縮

組別：第五組主講人：林建邑

大綱簡介影像編碼 JPEG 影像格式壓縮 GIF 影像格式壓縮 PNG 影像格式壓縮各壓縮格式的結果比較結論

影像壓縮 Why? 節省電腦的空間

若圖片以 BMP 格式儲存，則其大小為 56(header) ＋寬度 * 高度 *3 (Bytes) 以 800*600 的 BMP 圖檔而言，其大小為 1,

440,056 bytes=1.37Mb ，而同大小的 JPEG檔大約只需 120Kb!!

影像壓縮流程

影像編碼影像壓縮(減短碼長 )

影像解譯

根據不同的影像格式而有不同的作法

原始靜態影像

輸出靜態影像

壓縮技術分類失真 (lossy) 壓縮

經過壓縮與解壓縮還原之後的影像會有失真產生

壓縮率較高無失真 (lossless) 壓縮

經過壓縮與解壓縮還原之後的影像與原始影像相比完全沒有失真產生

壓縮率較低

影像編碼流程靜態影像的編碼流程

傅立葉轉換 : 將影像轉換到 freq domain 量化 : 刪除不重要的訊息編碼 : 有效率的將資料的 code 作簡化

傅立葉轉換量化編碼Image

data

Output

data

equal important

High-> low High-> low

0101010……

常用的編碼方式等碼長

優點：碼產生容易缺點：效率較低

可變碼長出現機率越高，碼長越短效率較高

一些常見的編碼輸入碼 Natur

eGray B1 B2 S2

x1 000 111 C0 C00 00

x2 001 110 C1 C01 01

x3 010 100 C0C0 C10 10

x4 011 101 C0C1 C11 1100

x5 100 001 C1C0 C00C00

1101

x6 101 000 C1C1 C00C01

1110

x7 110 010 C0C0C0

C00C10

111100

x8 111 011 C0C0C1

C00C11

111101

Huffman Code

目前所知效率最高的編碼方式

比 Bn 和 Sn 的編碼更能表現出資料發生的或然率

建立二元樹，根據資料的出現機率，分配給它們不同的碼長

JPEG

命名：由 Joint Photographic Experts Group 所

發展的技術簡介：

支援 24 位元全彩影像，一千六百多萬色，影像品質很高

可以根據需求調整壓縮比

JPEG 壓縮技術為一失真 (lossy) 壓縮採用離散餘弦轉換 (Discrete Cosine Tra

nsform; DCT) 的技術壓縮率高，壓縮 30 倍仍能獲得高品質應用於一般圖片、多媒體，為網路上最

流行的影像格式

JPEG 壓縮機制將原影像切成 8*8 的影像方塊用 DCT 將影像轉到 freq domain 將各成分量化 Zigzag 排列

以 Huffman Code 編碼

JPEG 編碼、壓縮、解碼流程

DCT Quantizer DataEntropy Coder

Coding TableQuantization

TableTables

DataTables

Entropy DecoderInverse

Quantizer IDCT

Coding Table

QuantizationTable

未來展望 ---JPEG2000 應用離散小波轉換技術 (Discrete Wavel

et Transform, DWT) 壓縮效率比 JPEG 更高同時支援失真壓縮以及無失真壓縮可支援多種解析度 ROI (Range of Interest)概念

GIF (Graphic Interface Format)

起源： CompuServe 在 1987 年為了方便在不同

的平台之間交換影像而建立的簡介：

僅能支援 256種色彩針對每個影像本身的色彩而建立區域色盤，降低失真程度

GIF 的壓縮方式 256 色調色盤

在調色盤中存入 256個真實色彩，供一個 GIF文件使用

如果超過 256 色，系统就會選取使用頻率最高的顏色，而忽略掉使用比較少的顏色，將其近似為調色板中的某個顏色

以 RLE 進行壓縮

RLE (Run-Length Encoding)

動機：在一張圖片中，「同一行」上的連續像素通

常具有相同的顏色

原理： 00000011188888888888811111000 壓縮後 60311285130

RLE…(cont)

特性：如果在圖形中有相同顏色的區塊越多，則壓

縮率越高非破壞型 (lossless) 壓縮

缺點：如果顏色漸變太快，處理後的檔案會比原始

檔大，必須搭配其他演算法使用

GIF 格式適用範圍適用於儲存與壓縮文字形式的影像、線稿與美工圖案

這類影像並不需要上百萬色，它們可在最小的損失下 (甚至 lossless!)輕鬆地存成 GIF

GIF 的其他應用支援動畫 ---GIF 最強大的功能之一 !!

將多幅的 GIF 圖案合為一個檔案，然後依序顯示

目前網路上的動畫幾乎都屬於 GIF 格式

GIF動畫實例

使用 GIF 的注意事項將過渡色的數量減至最低 ---減少顏色失真

顏色要以水平方向連續存放，盡量在垂直方向作顏色的漸變

--- 增加壓縮率

PNG (Portable Network Graphics)

起源： GIF 的專利所屬公司Unisy 要求有支援 GIF軟體的作者須繳交權利金

Thomas Boutell 、 Tom Lane 等人為了取代 GIF 所發展

非官方名稱： PNG’s Not GIF

PNG…(cont)

特點：支援了大部分 GIF 和 JPEG 的功能額外還支援用於遮罩的 alpha 色頻、色彩校正的 gamma 、並可儲存 48 位元的彩色影像 (JPEG 最多只能儲存 24 位元 ) 、 CRC Check、可定義的階層顯示、壓縮方式可以隨時擴充等

不支援動態格式 --- 唯一不支援的 GIF 功能

PNG 應用文字或線稿：

可使用類似 GIF 的色彩縮減選項，並以非破壞型的壓縮來建立較小的檔案

要求相片品質的影像：可以使用類似 JPEG 的壓縮模式來進行儲

存，這也是非破壞型的壓縮模式 ( 和 JPEG 不同， JPEG 可從少量破壞到完全破壞 )。

測試一、全彩 Photo 影片

測試一結果畫質：

由於 Photoshop似乎沒有對 PNG 以及 GIF的壓縮格式分別作最佳化，所以畫質幾乎完全沒有差異

檔案大小： GIF平均圖檔只要 PNG 的 80%大小，在全

彩複雜圖形的壓縮上保有一定的優勢

測試二：全彩圖片 --> 24bit 圖形

測試二結果畫質：

JPG50 以下， PNG>JPG JPG75 以上， PNG JPG≒

檔案大小： JPG 的大小遠小於 PNG ，在壓縮全彩圖片

的能力上遠優於 PNG

測試三： 16 色矩陣圖形

測試三… (cont)

測試三結果 PNG 的圖形壓縮方式與 GIF並不相同 GIF在橫狀圖形有極高的壓縮度越複雜的矩陣， PNG 壓縮的比值越高。

到了 16 色的漸層矩陣時， PNG 的壓縮比甚至是 GIF 的 1 倍多！

測試四： 128 色以上複雜矩陣圖形

測試四結果 PNG在『色塊』的壓縮上特別強大

對於複雜的排列方式以及高達 128 色的色階， PNG在壓縮比上約是 GIF 的 1 倍多 !

測試五、文字型 GIF透明圖檔 GIF文字 --- 把文字轉成圖形，以往用來

解決字碼通用以及排版問題

現在 GIF文字不流行了，但是用透明 GIF來解決排版問題，卻還是相當常見的用法

測試五、文字型 GIF透明圖檔

測試五結果不論是 GIF 或是 PNG在透明色上都相當正確

在圖形大小上， PNG保持著自測試三以來的優勢，依舊小幅領先 GIF 約 15%左右

取代 GIF ? PNG 優點

在圖表型圖片上， PNG 有極高的壓縮率幾乎擁有 GIF 所有的功能

PNG 缺點繪圖軟體的支援程度不足不支援動畫，是取代 GIF 的最大隱憂

結論 GIF適用於橫向顏色變化較少的情況，並且支援動畫功能

PNG擅長複雜色塊的壓縮 JPEG 可以提供高品質的圖形 (如相片 )

壓縮，壓縮能力也很強

參考資料連國珍，”數位影像處理”，儒林出版社 http://www.ulead.com.tw/learning/web4/p

age1.htm http://www.eplug-cg.com/4_idea/cg_05.ht

m http://mti.xidian.edu.cn/multimedia/multi/

course1-4-3.html

靜態影像壓縮

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