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) 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 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

壓縮技術分類 失真(lossy)壓縮 無失真(lossless)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 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

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 0101010…… equal important High-> low High-> low

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 Nature Gray B1 B2 S2 x1 000 111 C0 C00 00 x2 001 110 C1 010 100 C0C0 C10 10 x4 011 101 C0C1 C11 1100 x5 C1C0 C00C00 1101 x6 C1C1 C00C01 1110 x7 C0C0C0 C00C10 111100 x8 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

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

JPEG 命名： 簡介： 由Joint Photographic Experts Group所發展的技術 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 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

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 Data Entropy Coder Coding Table Quantization Table Tables Entropy Decoder Inverse IDCT

未來展望---JPEG2000 應用離散小波轉換技術(Discrete Wavelet Transform, DWT) 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

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

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 以RLE 進行壓縮 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： 缺點： 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 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

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

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

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： 不支援動態格式---唯一不支援的GIF功能 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： 要求相片品質的影像： 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 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)。

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

測試一、全彩Photo影片

測試一結果 畫質： 檔案大小： 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 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： 檔案大小： JPG50以下，PNG>JPG JPG75以上，PNG≒JPG 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

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 PNG缺點 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 繪圖軟體的支援程度不足

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

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

Thanks for your attention!