静态图象压缩标准JPEG
JPEG及JPEG2000剖析
图3 两维DCT变换方法
2.3 量化
为了达到压缩数据的目的，DCT系数需做量化。量化 是对经过FDCT变换后的频率系数进行量化，这是一个 多到一映射的过程。量化的目的是减小非0系数的幅度 以及增加0值系数的数目，将信号幅值由连续量变成离 散量,在一定的主观保真的前提下，丢掉那些对视觉效 果影响不大的信息。量化是图像质量下降的最主要原 因。 对于有损压缩算法，JPEG算法使用如图4所示的均匀 量化器进行量化，量化步距是量化表的元素，它由系 数所在的位置和每种颜色分量的色调值来确定。
注意：JPEG文件中量化表中的64个值是按z字形顺序排列的
量化的计算公式： 量化值(i,j)＝[T(i,j)／量化矩阵(i,j)] 在解码过程中，逆量化公式为： T(i,j)＝量化值(i,j)量化矩阵(i,j) 效果图
图5 经量化后，源图像（左）与IDCT运算后得到的图像 （右）会产生一定的失真，失真程度视量化等级而定。
（ 1 ） 使 用 正 向 离 散 余 弦 变 换 （ Forward Discrete Cosine （2）使用加权函数对DCT系数进行量化，这个加权函数对于 人的视觉系统是最佳的。
Transform，FDCT）把空间域表示的图变换成频率域表示的图。
（3）使用哈夫曼可变字长编码器对量化系数进行编码。
尺寸分类（符号1 ） 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
码长 2 3 3 3 3 3 4 5 6 7 8 9 00 010 011 100 101 110 1110 11110 111110 1111110 11111110 111111110
码字
亮度DC系数表
JPEG2000静态图像压缩标准
1
第一章 绪论
第一章
绪论
随着现代网络通讯和无线通讯技术的飞速发展，图像压缩技术已经得到了越 来越广泛的应用。与此同时，人们不断追求的高压缩比和尽可能小的图像信息失 真之间的矛盾也日益突出。感兴趣区域（ROI）编码处理方法为解决这一矛盾提 供了一种有效的途径，成为近年来图像处理领域的研究热点之一。 联合图像专家组 （JPEG） 为了更好地满足人们在图像压缩领域的各种应用需 求，于 2000 年 12 月推出了新一代 的静态图像压缩标准——JPEG2000（ ISO 15444）[1]。在制定 JPEG2000 图像压缩标准的过程中，联合图像专家组始终将 能否灵活有效地支持 ROI 编码处理作为衡量该标准的一个重要指标[2]，为实现 ROI 编码提供了一个良好的平台，从而推动着 ROI 编码研究不断丰富、完善， 应用更深入、广泛。
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摘要
感兴趣区域（ ROI ）图像编码处理，是联合图像专家组（ JPEG）新推出的 JPEG2000 静态图像压缩标准中提供的一种新特性。该编码处理方法可以将用户 感兴趣的图像区域（ROI）与背景区域区别开来，并实现对前者优先、优质的编 码操作。 本文主要研究基于 JPEG2000 图像标准的感兴趣区域图像编码的应用算法， 具体工作如下：
第五章 FOVEAL SHIFT 编码方法………..………..….…………...……………..33
静态图像压缩JPEG2000标准
4) JPEG2000能方便的实现对码流的随机存取与处理，保证位错误的鲁棒性。
5) JPEG2000支持所谓的感兴趣区域特性，你可以任意指定图像上你感兴趣区域的压缩质量，还可以选择指定的部份先解压缩，这样我们就可以很方便的突出图片中的重点进行浏览。
(3)JPEG2000图片的压缩
目前有很多公司、机构提供了JPEG2000的压缩工具及编解码器。主要有LuraWave SmartCompress Freeware for Windows、Elecard Wavelet Image Compressor等。其中以LuraTech的LuraWave SmartCompress 及相应编码器生成的LuraWave（lwf）格式最有名。
2. JPEG2000标准
随着多媒体应用领域的激增，传统JPEG压缩技术已无法满足人们对多媒体图像资料的要求。因此，更高压缩率以及更多新功能的新一代静态图像压缩技术 JPEG 2000 随之诞生。
JPEG2000标准同样由JPEG 组织负责制定。自1997年3月开始筹划，于2000年3月出台。其标准号为ISO 15444。
(1)JPEG标准的组成部分
JPEG标准包括基于DPCM（差分脉冲编码调制）的无损压缩编码，基于DCT（离散余弦变换）和Fuffman编码的有损压缩算法两个部分。前者不会产生失真，但压缩比很小；后一种算法进行图像压缩信息虽有损失，但压缩比可以很大，例如压缩20倍左右时，人眼基本上看不出失真。目前我们对JPEG标准的应用主要是步骤
JPEG算法操作可分成以下三个基本步骤：
1) 通过离散余弦变换（DCT）去除数据冗余。
2) 使用量化表对DCT系数进行量化，量化表是根据人类视觉系统和压缩图像类型的特点进行优化的量化系数矩阵。
静态JPEG图像压缩标准
基于DCT的顺序编码模式
缺省的量化方式
36
基于DCT的顺序编码模式
缺省的量化方式
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基于DCT的顺序编码模式
DC系数和AC系数的编码方式
DCT变换后，能量集中在左上角。 由于两个相邻的8×8子块的DC系数相差很小，
采用DPCM对直流(DC)系数单独编码。 其它63个元素是交流(AC)系数，采用行程编码。 问题: 如何排列这63个系数？
数据压缩的分类
1、按照压缩内容 分为音频数据压缩、静态图像数据压缩、视频数据压
缩和其他数据文件压缩等四种类型。 2、按照压缩方式
分为对称压缩和非对称压缩两种类型。
3、按照压缩效果 分为有损压缩与无损压缩两种类型。普通数据文件，
一般采用无损压缩，对于冗余度较小的图像，需要采用 有损压缩。
4、按照算法思想
• JPEG压缩是有损压缩，它利用了人的视觉系统的特 性，使用量化和无损压缩编码相结合来去掉视觉的 冗余信息和数据本身的冗余信息。压缩编码大致分 成以下3个步骤：
1. 正向离散余弦变换(Forward Discrete Cosine Transform, FDCT) 把空间域表示的图像变换成频率域表示的图像。
处理数组 （数据压缩）
存放到数组 （seek、get）
原理
JPEG背景
JPEG(Joint Photographic Experts Group) 由 ISO和IEC两个组织机构联合组成的一个图像专家小 组 负责制定静态的数字图像数据 压缩编码标准
JPEG 标准 该专家组开发的算法称为JPEG算法 JPEG 已经成为国际上通用图像的标准
对于YUV图像: 对于ＹＵＶ采用不同的分辨率, 对每个不同分量的可以采用不同的量化参数和 熵编码表。
2023军队文职公开招聘笔试《艺术设计》备考真题库及答案
2023军队文职公开招聘笔试《艺术设计》备考真题库及答案学校:________ 班级:________ 姓名:________ 考号:________一、单选题(45题)1.静态图像压缩标准JPEG2000中使用的是（）算法A.离散余弦变换B.K-L变换C.离散正弦变换D.离散小波变换2. 在艺术的本质问题上，提出“美是生活”观点的是( )A.黑格尔B.普洛丁C.车尔尼雪夫斯基D.柏拉图3.主要应用在现代包装设计、商业美术设计、书籍装帧设计中的是（）。
A.新古典组合字体B.手写组合字体C.透视组合字体D.雕刻组合字体4.在Flash中，（）是指图形物体的位臵、大小及透明度发生变化。
A.形状补间动画B.动作补间动画C.逐帧动画D.引导动画5.在中国美学史上，自然美开始作为独立的审美形态出现在( )A.先秦B.秦汉C.魏晋D.隋唐6.以下关于摄像头的说法中，正确的是（）。
A.摄像头与计算机相连，所以只有数字摄像头B.摄像头分为数字摄像头和模拟摄像头两大类C.摄像头就是摄像用的，所以只有模拟摄像头D.摄像头并不区分数字的和模拟的，是一样的7.一幅256×256的图像，若灰度级数为16，则存储它所需的比特数是：（）A.256KB.512KC.1MD.2M8.（）被视为德国现代设计之父。
A.沃尔特·提格B.安迪·沃霍尔C.彼得·贝伦斯D.阿尔托9.西方园林是以法国为代表的欧洲园林，最早形成于公元前5世纪的（）A.古罗马B.古希腊C.古埃及D.文艺复兴时期10.在Authorware中，如果希望使用任意形状的响应区域来响应用户的操作，应使用（）响应类型。
A.按钮响应B.热对象响应C.目标区响应D.热区域响应11.在Authorware中，当用声音图标中的音乐做为背景音时，其执行方式需设为（）。
A.返回B.等待直到完成C.同时D.以上选项都不对12.功能是实用性产品设计的核心……用、经济、美观”的功能设计三原则。
jpeg压缩编码标准
JPEG压缩编码标准是国际标准化组织（ISO）和CCITT联合制定的静态图像的压缩编码标准。
它主要采用预测编码、离散余弦变换以及熵编码的联合编码方式，以去除冗余的图像和彩色数据，属于有损压缩格式。
JPEG压缩编码标准是面向连续色调静止图像的压缩编码标准，具有较高的压缩比，是目前静态图像中压缩比最高的。
它能够将图像压缩在很小的储存空间，一定程度上会造成图像数据的损伤。
JPEG压缩编码标准有多种类型，包括标准JPEG格式、渐进式JPEG格式和JPEG2000格式。
其中，标准JPEG格式在网页下载时只能由上而下依序显示图像，直到图像资料全部下载完毕，才能看到图像全貌；渐进式JPEG格式在网页下载时，先呈现出图像的粗略外观后，再慢慢地呈现出完整的内容；JPEG2000格式是新一代的影像压缩法，压缩品质更高，并可改善在无线传输时，常因信号不稳造成马赛克现象及位置错乱的情况，改善传输的品质。
总之，JPEG压缩编码标准是一种广泛应用于图像处理领域的压缩编码标准，具有较高的压缩比和多种类型，能够满足不同应用场景的需求。
静态图像压缩标准
静态图像压缩标准静态图像压缩是数字图像处理中的重要技术，它可以减小图像文件的大小，从而节省存储空间和传输带宽。
在图像处理、网页设计、移动应用等领域都有着广泛的应用。
本文将介绍静态图像压缩的标准，包括JPEG、PNG和GIF等常见的压缩格式，以及它们的特点和应用场景。
JPEG压缩是最常见的图像压缩格式之一，它采用了一种有损压缩的算法，可以在一定程度上减小图像文件的大小，同时保持较高的图像质量。
JPEG压缩适用于照片、真彩色图像等复杂图像的压缩，但对于简单的图像或者带有文本、线条的图像，JPEG的压缩效果并不理想。
此外，JPEG压缩的图像文件在多次编辑和保存后会出现压缩失真的问题，因此在需要频繁编辑的图像上不宜使用JPEG格式。
PNG压缩是一种无损压缩的格式，它可以保持图像的原始质量，适用于简单图像、带有透明通道的图像以及需要频繁编辑的图像。
PNG格式的图像文件通常比JPEG格式的大，但在保持图像质量的同时，可以减小文件大小。
因此，PNG格式适用于需要保持图像质量的场景，比如网页设计、图像编辑等领域。
GIF压缩是一种特殊的压缩格式，它主要用于动画图像的压缩。
GIF格式采用了一种无损压缩的算法，可以将多幅图像合成为一个GIF动画文件。
GIF格式的图像文件通常比JPEG和PNG格式的小，适用于网页动画、表情包等场景。
除了上述几种常见的压缩格式外，还有一些新兴的压缩算法和格式，比如WebP、HEIC等，它们在一定程度上优化了图像压缩的效果和文件大小。
在选择图像压缩格式时，需要根据具体的应用场景和要求来进行选择，以达到最佳的压缩效果。
总的来说，静态图像压缩标准包括了JPEG、PNG、GIF等常见的压缩格式，它们各自有着不同的特点和适用场景。
在实际应用中，需要根据具体的需求来选择合适的压缩格式，以达到最佳的压缩效果和图像质量。
希望本文能够对静态图像压缩标准有所帮助，谢谢阅读！。
图像处理之JPEG编码原理
上表中，Y 表示亮度，U 和 V 分别表示色差，是构成彩色的两个分量。 YUV 表示法的意 义在于其亮度信号(Y)和色度信号(U、V)相互独立，由 Y 信号分量构成的灰度图像与用 U、V 信号构成的另两幅单色图像之间没有关联。因此可以对这些单色图分别进行编码。仅使用亮 度信息时可以构成我们平时见到的黑白灰度图像。 由于所有的显示器最终都只能以像素方式显示图像， 所以无论任何色彩空间的图像信息 在进行显示时都必须转换到 RGB 空间，也就是还原 RGB 分量。 在显像管方式的电视机中，考虑了人眼的视觉特性和阴极射线管(CRT)的非线性特性之 后，RGB 和 YUV 的对应关系用下面关系式近似表示为：
0.114 R Y 0.299 0.587 U = − 0.147 − 0.289 0.436 G 0 . 615 0 . 515 0 . 100 V − − B
即： Y=0.3R+0.59G+0.11B U=B-Y V=R-Y 计算机所使用的数字域色彩空间与电视所使用的模拟色彩空间不同，它们的分量使用 Y、Cr 和 Cb 来表示，与 RGB 空间的转换关系如下：
图 1 重构误差与分块大小之间的关系
可以看出，从重构误差来说， DCT 比 DFT 和 WHT 的效果要好。DCT 优于 DFT 的另一个原 因是由于 DFT 的边缘振铃（ Gibbs 现象使相邻图像分块之间的边界变得可见）小，减少了边 缘效应。再者， DCT 的固有周期比 DFT 长一倍，边界不间断。如下图的比较。
2)
DFT、WHT、DCT 的基是固定的，与输入无关。在与输入无关的各种变换中，非正弦变换 （如 WHT）最容易实现，正弦变换（如 DFT 和 DCT）的信息压缩能力更接近最佳的 KLT 方 法。DFT 是复空间的正交变换（系数是复数），DCT 是欧式空间的正交变换（系数是实数）， 因此 DFT 的系数比 DCT 多一倍。不过实数的 DFT 的系数是共扼对称的， 实际所需的存储空间 与 DCT 相同。 图像压缩的质量不但与所使用的变换方式有关，还和分块大小有关。最常采用的分块尺 寸为 8×8 和 16×16。下图显示了以不同分块方式进行变换所产生的图像重构误差。下图是 在首先计算分块变换后，截取 75%的系数，然后对得到的数组进行反变换来重构图像所得到 的数据。
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2.基于DCT的有失真压缩编码 （重点）
包括两种不同的系统，基本系统和增强 系统，增强系统是基本系统的扩充。 基于DCT编码器的工作原理框图见图2.9 。
编码器 源图象数 据（8*8）
FDCT
量化器
熵编码器
压缩图 象数据
表说明
表说明
图2.9
基于DCT编码过程
基于DCT的有失真压缩编码 五个步骤：
直流分量DC （1）.64个变换系数经量化后，坐标 u=v=0 的 F(0,0) 称 DC 系数，即直流分 量。是64个空域图象采样值的平均值。 （2）.JPEG的量化后的DC系数采用 DPCM编码，即对DIFF=DC i –DC i-1编码。 如图：教材29页，图2.11。 （3）.采用这种编码方式的原因：相 邻8*8块之间DC系数有较强相关性。
(4).熵编码
为了进一步压缩数据，需对DC码和AC行 程编码的码字再做基于统计特性的熵编 码。 JPEG建议的熵编码是Huffman编码和自 适应二进制编码。 输入：DC码和AC行程编码的码字。 输出：压缩后的数据。
熵编码可分成两步进行
（1）先把DC码和形பைடு நூலகம்编码转换成中间符 号序列。
交流分量 其余63个交流系数（AC）采用行程编 码。（Z字型扫描）可增加行程中连续0 的个数。 如图：
AC01 DC ●●●●●●●● ●●●●●●●● ●●●●●●●● ●●●●●●●● ●●●●●●●● ●●●●●●●● ●●●●●●●● ●●●●●●●●
AC77
例2.3 假设AC系数扫描结果中包含 “…,3,0,0,0,0,0,12,0,0,0…”数据，则对它 的行程编码的结果为“…,(5,4),(12),…”, 其中(5,4)占用一个字节存放，(12)占用4 位存放。
1. 原始图象分割成8*8子块 2.离散余弦变换 3.量化处理 4. DC系数的编码和AC系数的行程编 码 5.熵编码
(1).分成8*8子块
原始图象顺序分割成8*8子块 （共64小块，其中每一块可以作为一个整 体对待）
(2).离散余弦变换
离散余弦正变换 （FDCT） 采样精度为P位（二进制），把[0,2p-1] 范围的无符号数变成[-2p-1,2p-1]的有符 号数，作为离散余弦正变换(forward DCT,FDCT)的输入 输出：经FDCT后输出64个基信号的幅 值，即DCT系数。
(3).量化处理
输入：对FDCT输出的DCT系数进行量化处 理 关键：找最小量化失真（误差）的量化器。 作用：在一定主观保真度图象质量前提下， 丢掉那些对视觉影响不大的信息，通过量化 可调节数据压缩比。 输出：DC系数（直流）和AC系数（交流）
JPEG采用线性均匀量化器，定义 为对64个DCT系数除以量化步长，再四舍 五入取整。 F (u,v) = Integer Round [F(u,v) / Q(u,v)] Q(u,v)：量化器步长，是量化表的元素。
Q
量化表 量化表系数随DCT系数的位置和彩色 分量不同有不同的值，尺寸为8*8，与64 个变换系数一一对应。
例子参见教材P28表2.2和2.3表。
(3).DC系数的编码和AC系数的 行程编码
输入：量化后的DC系数和AC系数。
输出：经DPCM编码后的DC系数，和经 行程编码后的AC系数。
JPEG定义两种相互独立的基本压缩算法。
1.一种是基于DCT的有失真压缩算法。 2.另一种是基于空间线性预测技术 (DPCM)的无失真压缩算法。
1.基于DPCM的无失真编码
为了满足无失真压缩的需要， JPEG 选择的一种简单的预测编码方式。 优点：硬件容易实现，图象重建质量好 缺点：压缩比太低（2：1）
4.基于DCT的分层操作方式
用于： 在必须使用低分辨率的设备来存取或观 察高分辨率图象的应用中，这种方式 非常有效。
课后作业
1。教材第69页，第5题 2。思考：JPEG还有哪些可以改进的地方？
The End
谢谢大家！
(5).压缩比和图象质量
压缩效果（比特/象素） 0.25~0.50 0.50~0.75 0.75~1.5 1.2~2.0 质量 中~好 好~很好 极~好 与原始图象分不出
3.基于DCT的累进操作方式编 码
以累进的方式对图像进行多次的扫描压 缩。
两种累进方式
（1）.频谱选择法 一次扫描中只对64个DCT变换系数中 某些频带的系数进行编码。 （2）.按位逼近法 沿着DCT量化系数有效位方向分段累 进编码。
（2）然后给这些符号赋予变长码字。
（1）.熵编码的中间格式 符号1：（行程，尺寸） 符号2：（幅值） 行程：前后两个非零AC系数之间连续0 的个数 尺寸：后一个非零AC系数幅值编码所需 比特数 幅值：用以表示非零AC系数的幅值。范 围：
直流分量DC也有类似于AC系数的编码格 式： 符号1：（尺寸） 符号2：（幅值） 尺寸：DC差值的幅值编码所需比特数。 幅值：DC的幅值，范围：
（2）可变长度熵编码 将63个AC系数表示为符号1和符号2的 序列，其中行程长度超过15时，有多个 符号1，块结束（EOB）时仅有以个符号 1(0,0)。 可变长度熵编码就是对上述序列进行 变长编码。
五个步骤的关系
前一个步骤的输出是下一个步骤的输入。 过程： 原始图象 分成8*8块 DCT系数 量化后的DCT系数 编码的DC系数和行程编码的AC系数 熵编码
2.3 静态图象压缩标准JPEG
主讲人：黄一华
看下面这两幅图片：
图片1 Bmp 格式（900K）
图片2 JPEG格式（40K）
你能分辨哪一幅是Bmp格式，哪一幅是JPEG格式吗？
为什么会有如此大的差距呢？
JPEG采用了图象压缩的技术
本节重点内容
JPEG标准的基本系统中压缩过程有哪几 步，以及各步的工作原理是什么？
2.3.1 JPEG标准的主要内容
JPEG标准选定ADCT作为静态图象压缩 的标准化算法 本标准有两大分类。
第一类方式以DCT为基础 缺点：含有量化过程、非可逆 优点：变换系数较少，还原质量高 第二类方式以二维空间DPCM为基础 缺点：压缩率低 优点：可完全复原
2.3.2 JPEG静态图象压缩算法