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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. 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)

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靜態影像壓縮

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Presentation Transcript

  1. 靜態影像壓縮 組別：第五組 主講人：林建邑

  2. 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

  3. 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

  4. 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!!

  5. 影像編碼 影像壓縮 (減短碼長) 影像解譯 影像壓縮流程 原始靜態影像 輸出靜態影像 根據不同的影像格式而有不同的作法

  6. 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

  7. 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

  8. 傅立葉轉換 量化 編碼 Image data Output data 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 0101010…… High-> low equal important High-> low

  9. 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

  10. 一些常見的編碼

  11. 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

  12. 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

  13. 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

  14. JPEG壓縮技術 • 為一失真(lossy)壓縮 • 採用離散餘弦轉換 (Discrete Cosine Transform; 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

  15. 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

  16. Quantization Table Coding Table Tables DCT Quantizer Entropy Coder Data Quantization Table Coding Table Tables Inverse Quantizer Data Entropy Decoder IDCT JPEG編碼、壓縮、解碼流程

  17. 未來展望---JPEG2000 • 應用離散小波轉換技術(Discrete Wavelet 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

  18. 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

  19. 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

  20. 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

  21. 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

  22. 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

  23. 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

  24. 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

  25. GIF動畫實例

  26. 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

  27. 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

  28. 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

  29. 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

  30. 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)。

  31. 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

  32. 測試一、全彩Photo影片

  33. 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

  34. 測試二：全彩圖片 --> 24bit圖形

  35. 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

  36. 測試三：16色矩陣圖形

  37. 測試三…(cont)

  38. 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！

  39. 測試四：128色以上複雜矩陣圖形

  40. 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!

  41. 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

  42. 測試五、文字型GIF透明圖檔

  43. 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

  44. 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

  45. 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

  46. 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

  47. 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/page1.htm • http://www.eplug-cg.com/4_idea/cg_05.htm • http://mti.xidian.edu.cn/multimedia/multi/course1-4-3.html

  48. Thanks for your attention!

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