jpeg編碼介紹

1、JPEG編碼介紹編碼介紹JPEG是一個(gè)比較成熟的圖像有損壓縮格式，圖片經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)化變?yōu)镴PEG圖像后，僅會(huì)丟失人眼不易察覺(jué)的一些細(xì)節(jié)，在圖像的清晰與大小中找到了一個(gè)很好的平衡點(diǎn)。JPEG是JointPhotographicExptsGroup的英文縮寫(xiě)，中文稱(chēng)之為聯(lián)合圖像專(zhuān)家小組。該小組隸屬于ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織，主要負(fù)責(zé)定制靜態(tài)數(shù)字圖像的編碼方法，即所謂的JPEG算法。JPEG專(zhuān)家組開(kāi)發(fā)了兩種基本的壓縮算法、兩種熵編碼方法、四種編碼模式。

2、在實(shí)際應(yīng)用中，JPEG圖像編碼算法使用的大多是離散余弦變換、Huffman編碼、順序編碼模式，被人們稱(chēng)為JPEG的基本系統(tǒng)。下面將依次介紹JPEG編碼的主要過(guò)程。（1）顏色模式轉(zhuǎn)換JPEG采用的是YCrCb顏色空間，而B(niǎo)MP采用的是RGB顏色空間，要想對(duì)BMP圖片進(jìn)行壓縮，首先需要進(jìn)行顏色空間的轉(zhuǎn)換。YCrCb顏色空間中，Y代表亮度，CrCb則代表色度和飽和度(也有人將CbCr兩者統(tǒng)稱(chēng)為色度)，三者通常以YUV來(lái)表示，即用U代表Cb，用

3、V代表Cr。RGB和YCrCb之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系如下所示：Y=0.299R0.587G0.114BCb=0.1687R0.3313G0.5B128Cr=0.5R=0.418G0.0813B128一般來(lái)說(shuō)，C值(包括CbCr)應(yīng)該是一個(gè)有符號(hào)的數(shù)字但這里通過(guò)加上128，使其變?yōu)?位的無(wú)符號(hào)整數(shù)，從而方便數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和計(jì)算。R=Y1.402(Cr128)G=Y0.34414(Cb128)0.71414(Cr128)B=Y1.772(Cb128)（

4、2）采樣研究發(fā)現(xiàn)，人眼對(duì)亮度變換的敏感度要比對(duì)色彩變換的敏感度高出很多。因此，我們可以認(rèn)為Y分量要比CbCr分量重要的多。在BMP圖片中，RGB三個(gè)分量各采用一個(gè)字節(jié)進(jìn)行采樣；而JPEG圖片中，通常采用兩種采樣方式：YUV411和YUV422，它們所代表的意義是YCbCr三個(gè)分量的數(shù)據(jù)取樣比例一般是4：1：1或者4：2：2（4：1：1含義就是：在2x2的單元中，本應(yīng)分別有4個(gè)Y，4個(gè)U，4個(gè)V值，用12個(gè)字節(jié)進(jìn)行存儲(chǔ)。經(jīng)過(guò)4:1:1采樣

5、處理后，每個(gè)單元中的值分別有4個(gè)Y、1個(gè)U、1個(gè)V，只要用6個(gè)字節(jié)就可以存儲(chǔ)了）。這樣的采樣方式，雖然損失了一定的精度但也在人眼不太察覺(jué)到的范圍內(nèi)減小了數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)量。當(dāng)然，JPEG格式里面也允許將每個(gè)點(diǎn)的UV值都記錄下來(lái)。（3）分塊由于后面的DCT變換是是對(duì)8x8的子塊進(jìn)行處理的，因此，在進(jìn)行DCT變換之前必須把源圖象數(shù)據(jù)進(jìn)行分塊。源圖象中每點(diǎn)的3個(gè)分量是交替出現(xiàn)的，先要把這3個(gè)分量分開(kāi)，存放到3張表中去。然后由左及右，由上到下依次讀取

6、8x8的子塊，存放在長(zhǎng)度為64的表中，即可以進(jìn)行DCT變換。注意，編碼時(shí)，程序從源數(shù)據(jù)中讀取一個(gè)8x8的數(shù)據(jù)塊后，進(jìn)行DCT變換，量化，編碼，然后再讀取、處理下一個(gè)88的數(shù)據(jù)塊。JPEG編碼是以每8x8個(gè)點(diǎn)為一個(gè)單位進(jìn)行處理的.所以如果原始圖片的長(zhǎng)寬不是8的倍數(shù)都需要先補(bǔ)成8的倍數(shù)使其可以進(jìn)行一塊塊的處理。將原始圖像數(shù)據(jù)分為88不難發(fā)現(xiàn)，這種數(shù)據(jù)的掃描、保存、讀取方式，是從88矩陣的左上角開(kāi)始，按照英文字母Z的形狀進(jìn)行掃描的，一般將其稱(chēng)

7、之為Zigzag掃描排序。（6）量化圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為DCT頻率系數(shù)之后，還要進(jìn)行量化階段，才能進(jìn)入編碼過(guò)程。量化階段需要兩個(gè)88量化矩陣數(shù)據(jù)，一個(gè)是專(zhuān)門(mén)處理亮度的頻率系數(shù)，另一個(gè)則是針對(duì)色度的頻率系數(shù)，將頻率系數(shù)除以量化矩陣的值之后取整，即完成了量化過(guò)程。當(dāng)頻率系數(shù)經(jīng)過(guò)量化之后，將頻率系數(shù)由浮點(diǎn)數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)檎麛?shù)，這才便于執(zhí)行最后的編碼。不難發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)量化階段之后，所有的數(shù)據(jù)只保留了整數(shù)近似值，也就再度損失了一些數(shù)據(jù)內(nèi)容。在JPEG算法中，由于

8、對(duì)亮度和色度的精度要求不同，分別對(duì)亮度和色度采用不同的量化表。前者細(xì)量化，后者粗量化。下面是JPEG標(biāo)準(zhǔn)定義的質(zhì)量為50%的量化矩陣：（7）DC系數(shù)的差分脈沖調(diào)制編碼88的圖像塊經(jīng)過(guò)DCT變換之后得到的DC系數(shù)有兩個(gè)特點(diǎn)：①系數(shù)的數(shù)值比較大；②相鄰的88圖像塊的DC系數(shù)值變化不大；根據(jù)這兩個(gè)特點(diǎn)，DC系數(shù)一般采用差分脈沖調(diào)制編碼DPCM（DifferencePulseCodeModulation），即：取同一個(gè)圖像分量中每個(gè)DC值與前一