JPEG图像编码标准
JPEG压缩编码标准
WORD xmin,ymin;
WORD xmax,ymax;
WORD hres;
WORD vres;
char palette[48];
char reserved;
char colour_planes;
WORD bytes_per_line;
WORD palette_type;
i;
LONG
x,y;
int
PcxTag;
unsigned char
LineBuffer[6400];
LPSTR
lpPtr;
HFILE
hfbmp;
if((PCXfp=fopen(PcxFileName,"rb"))==NULL){ //文件没有找到
压缩可分为两大类：第一类压缩过程是可逆的，也就是说，从压缩后的图象能够完全恢复出 原来的图象，信息没有任何丢失，称为无损压缩；第二类压缩过程是不可逆的，无法完全恢 复出原图象，信息有一定的丢失，称为有损压缩。选择哪一类压缩，要折衷考虑，尽管我们 希望能够无损压缩，但是通常有损压缩的压缩比(即原图象占的字节数与压缩后图象占的字 节数之比，压缩比越大，说明压缩效率越高)比无损压缩的高。
S0S1S7S0S1S6S2S2S3S4S5S0S0S1
编
码
后
变
成
000001111000001110010010011100101000000001，共用了 42 比特。我们发现 S0，S1，S2
这三个符号出现的频率比较大，其它符号出现的频率比较小，如果我们采用一种编码方案使
得 S0，S1，S2 的码字短，其它符号的码字长，这样就能够减少占用的比特数。例如，我们
jpeg编码标准
jpeg编码标准JPEG，全称为Joint Photographic Experts Group，是一种广泛应用于图像压缩的标准。
其名称包含三个主要部分：“联合”，“图像”，“专家组”。
专家组是一个处理特殊问题的专家团队，而JPEG 就是这些专家的研究成果被采纳并应用于图像处理的结果。
JPEG编码是一种有损压缩方式，它通过去除图像中的冗余数据来减小文件大小，同时尽可能地保留图像的重要信息，使得图像在查看或打印时仍然具有良好的质量。
这种压缩方式被广泛用于数字图像和视频的传输，包括网络传输和存储等。
二、JPEG编码标准的主要组成部分1. 离散余弦变换（DCT）：JPEG使用了一种特殊的变换方法，称为离散余弦变换。
这种方法将图像从空间域转换到频率域，从而实现了数据的压缩。
通过离散余弦变换，我们可以将高频率部分（也就是图像中的噪声和细节）移除，只保留低频率部分（也就是图像的主要信息）。
2. 量化：在离散余弦变换之后，我们需要对变换后的系数进行量化。
量化过程是将变换后的系数映射到一个有限的离散值集合中。
这个过程有助于进一步减小文件大小，同时尽可能保留图像的质量。
3. 熵编码：熵编码是一种用于减少文件大小的额外技术。
JPEG 使用了一种称为游程编码的技术来进行熵编码，它能够进一步减少文件中的冗余数据。
4. 霍夫曼编码：在JPEG标准中，霍夫曼编码被用于进一步优化文件大小。
它是一种无损的压缩技术，通过创建短的、重复的符号的平均值来减小文件大小。
三、JPEG编码的应用场景JPEG编码广泛应用于数字图像和视频处理领域，如网络传输、存储、打印和显示等。
它尤其适用于需要大量图像或视频数据的场景，如社交媒体、在线购物、视频会议等。
四、JPEG编码的优缺点优点：1. 高压缩率：JPEG编码能够有效地减小图像和视频的文件大小，而不会显著影响图像的质量。
这使得它成为了一种非常实用的技术，尤其是在需要大量数据传输和存储的场景中。
图像视频编码的国际标准以及每种图像和视频编码的技术特点
H.261是ITU-T针对可视电话和会议电视、窄带ISDN等要求实时编解码和低延时应用提出的一个编码标准。该标准包含的比特率为p*64Kbit/s，其中p是一个整数，取值范围为1～30，对应比特率为64Kbit/s～92Mbit/s。
6、H.261
H.261标准大体上分为两种编码模式：帧内模式和帧间模式。对于缓和运动的人头肩像，帧间编码模式将占主导位置；而对画面切换频繁或运动剧烈的序列图像，则帧间编码模式要频繁地向帧内编码模式切换。
1）输入/输出图像彩色分量之比可以是4∶2∶0，4∶2∶2，4∶4∶4。
2）输入/输出图像格式不限定。
3）可以直接对隔行扫描视频信号进行处理。
4）在空间分辨率、时间分辨率、信噪比方面的可分级性适合于不同用途的解码图像要求，并可给出传输上不同等级的优先级。
JPEG-2000另一个极其重要的优点就是感兴趣区（ROI，Region Of Interest）特性。用户在处理的图像中可以指定感兴趣区，对这些区域进行压缩时可以指定特定的压缩质量，或在恢复时指定特定的解压缩要求，这给人们带来了极大的方便。在有些情况下，图像中只有一小块区域对用户是有用的，对这些区域采用高压缩比。在保证不丢失重要信息的同时，又能有效地压缩数据量，这就是感兴趣区的编码方案所采取的压缩策略。基于感兴趣区压缩方法的优点，在于它结合了接收方对压缩的主观要求，实现了交互式压缩。
JEPG对图像的压缩有很大的伸缩性，图像质量与比特率的关系如下：
a)15～20比特/像素：与原始图像基本没有区别（transparent quality）。
b)075～15比特/像素：极好（excellent quality），满足大多数应用。
c)05～075比特/像素：好至很好（good to very good quality），满足多数应用。
JPEG压缩编码标准
9.4 JPEG压缩编码标准JPEG是联合图象专家组(Joint Picture Expert Group)的英文缩写，是国际标准化组织(ISO)和CCITT联合制定的静态图象的压缩编码标准。
和相同图象质量的其它常用文件格式(如GIF，TIFF，PCX)相比，JPEG是目前静态图象中压缩比最高的。
我们给出具体的数据来对比一下。
例图采用Windows95目录下的Clouds.bmp，原图大小为640*480，256色。
用工具SEA(version1.3)将其分别转成24位色BMP、24位色JPEG、GIF(只能转成256色)压缩格式、24位色TIFF压缩格式、24位色TGA压缩格式。
得到的文件大小(以字节为单位)分别为：921,654，17,707，177,152，923,044，768,136。
可见JPEG比其它几种压缩比要高得多，而图象质量都差不多(JPEG处理的颜色只有真彩和灰度图)。
正是由于JPEG的高压缩比，使得它广泛地应用于多媒体和网络程序中，例如HTML语法中选用的图象格式之一就是JPEG(另一种是GIF)。
这是显然的，因为网络的带宽非常宝贵，选用一种高压缩比的文件格式是十分必要的。
JPEG有几种模式，其中最常用的是基于DCT变换的顺序型模式，又称为基线系统(Baseline)，以下将针对这种格式进行讨论。
1.JPEG的压缩原理JPEG的压缩原理其实上面介绍的那些原理的综合，博采众家之长，这也正是JPEG有高压缩比的原因。
其编码器的流程为：图9.3 JPEG编码器流程解码器基本上为上述过程的逆过程：图9.4 解码器流程8×8的图象经过DCT变换后，其低频分量都集中在左上角，高频分量分布在右下角(DCT变换实际上是空间域的低通滤波器)。
由于该低频分量包含了图象的主要信息(如亮度)，而高频与之相比，就不那么重要了，所以我们可以忽略高频分量，从而达到压缩的目的。
如何将高频分量去掉，这就要用到量化，它是产生信息损失的根源。
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。
图像编码中的编码标准与规范解析(五)
图像编码是一种通过使用特定的算法将图像数据转换为二进制码流的过程。
编码标准与规范对于实现高效的图像压缩和解码至关重要。
本文将对几种主要的图像编码标准与规范进行解析。
一、JPEG编码标准JPEG（Joint Photographic Experts Group）是一种广泛应用于静态图像压缩的编码标准。
该标准使用离散余弦变换（DCT）和量化技术对图像进行压缩。
首先，将原始图像划分为不重叠的8x8像素块，每个块经过DCT变换得到频域系数。
然后，通过量化表对频域系数进行量化操作，将高频部分去除。
最后，使用熵编码（如霍夫曼编码）将量化系数编码为二进制码流。
JPEG编码标准在保持图像质量的同时，实现了很高的压缩比。
二、JPEG2000编码标准JPEG2000是一种新一代的图像编码标准，相对于JPEG编码具有更好的压缩效率和更高的图像质量。
JPEG2000采用波特基函数作为变换基函数，利用小波变换将图像从时域转换到频域。
与JPEG不同的是，JPEG2000允许对不同频率的系数采用不同的量化步长，从而更加灵活地控制压缩质量。
此外，JPEG2000还使用了基于小波系数的区域自适应编码（ROI coding）和可伸缩编码（scalable coding）技术，使得编码结果在不同分辨率和质量需求下都能得到满足。
三、编码标准是一种广泛应用于视频编码的标准。
与JPEG和JPEG2000编码不同，编码标准考虑到了视频中帧与帧之间的相关性。
采用了运动估计和运动补偿技术，通过寻找相邻帧之间的运动矢量，将图像中的运动部分与静态部分分开进行编码。
此外，还引入了新的预测模式和变换方法，如帧内预测、变换和量化等，以提高编码效率。
编码标准在保证视频质量的同时，实现了更高的压缩比。
四、WebP编码规范WebP是一种由Google开发的图像编码规范，旨在替代JPEG和PNG格式，提供更高的压缩效率和更好的图像质量。
WebP采用了无损和有损两种压缩模式。
国际图像压缩标准JPEG
需在量化器的输出与熵编码的输入之间,增加一个 足以存储量化后DCT系数的缓冲区,对缓冲区中存 储的DCT系数多次扫描, 分批编码。 两种累进方式： 频谱选择法 扫描中只对64个DCT变换系数中 某些频带的系数进行编码、传送, 随后对其它频 带编码、传送, 直到全部系数传送完毕为止。 按位逼近法 沿着DCT量化系数有效位方向分段 累进编码。如第1次扫描只取最高有效位的n位 编码、传送, 然后对其余位进行编码、传送。
JPEG 标准是一个适用范围广泛的通用标准。 它不仅仅适于静态图像的压缩，电视图像序列的帧 内图像的压缩编码也常常采用 JPEG 压缩标准。
3.1.1 JPEG标准
JPEG：离散余弦变换(Discrete Cosine Transform，DCT) JPEG2000：小波变换(Wavelet Transform)
幅值rrrrrrrrssssssss7766554433221100第一个字节第一个字节两个非0值间连续零的个数连续零的个数两个非0值间下一个非0值需要的比特数需要的比特数下一个非0值第二个字节第二个字节下一个非0值的实际值下一个非0值的实际值?行程取值范围为115超过15时用扩展符号1150来扩充63个ac系数最多增加3个扩展符号1
15/0表示16个0值系数， (3/2,3)表示从此处开始到zz(30)有3个连续0值系数，
用2位表示zz(30)=3。
亮度符号(3/2,3)的输出代码为111110111 11
JPEG压缩效果评价
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 与原始图象分不出来
(011,11) (101,0111)
JPEG是图像压缩编码标准
JPEG是图像压缩编码标准JPEG（Joint Photographic Experts Group）是一种常见的图像压缩编码标准，它是一种无损压缩技术，可以有效地减小图像文件的大小，同时保持图像的高质量。
JPEG压缩技术广泛应用于数字摄影、网页设计、打印和传真等领域，成为了图像处理中不可或缺的一部分。
JPEG压缩编码标准的原理是基于人眼对图像细节的感知特性，通过去除图像中的冗余信息和不可见细节，从而实现图像的压缩。
在JPEG压缩中，图像被分割成8x8像素的块，然后对每个块进行离散余弦变换（DCT），将图像从空间域转换到频域。
接着，对DCT系数进行量化和编码，最后使用熵编码对图像进行压缩。
这样的压缩方式可以显著减小图像文件的大小，同时保持图像的视觉质量。
JPEG压缩标准的优点之一是可以根据需要选择不同的压缩比，从而在图像质量和文件大小之间取得平衡。
在数字摄影中，用户可以根据拍摄场景和要求选择不同的压缩比，以满足对图像质量和文件大小的需求。
此外，JPEG格式的图像可以在不同的设备和平台上进行广泛的应用和共享，具有很好的兼容性。
然而，JPEG压缩也存在一些缺点。
由于JPEG是一种有损压缩技术，因此在高压缩比下会出现明显的失真和伪影。
特别是在连续的编辑和保存过程中，图像的质量会逐渐下降，出现“JPEG失真”。
因此，在图像处理中需要注意选择合适的压缩比，避免过度压缩导致图像质量下降。
另外，JPEG格式不支持透明度和动画等高级特性，对于一些特殊的图像处理需求可能不够灵活。
在这种情况下，可以考虑使用其他图像格式，如PNG和GIF，来满足特定的需求。
总的来说，JPEG作为一种图像压缩编码标准，具有广泛的应用和重要的意义。
它在数字摄影、网页设计、打印和传真等领域发挥着重要作用，为图像处理和传输提供了有效的解决方案。
然而，在使用JPEG格式进行图像处理时，需要注意选择合适的压缩比，避免过度压缩导致图像质量下降。
同时，也需要根据具体的需求考虑使用其他图像格式来满足特定的需求。
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SOF0
SOF1 SOF2
0xFFC0
0xFFC1 0xFFC2
Baseline DCT
Extended sequential DCT Progressive DCT
SOF3
SOF5 SOF6 SOF7
0xFFC3
0xFFC5 0xFFC6 0xFFC7
Spatial (sequential) lossless
JPEG图像压缩编码算法
JPEG 2000简介
参考文献
§3.4.1
JPEG与JPEG图像
一、ISO/IEC JPEG (Joint Photographic Experts Group)简介 二、关于JPEG图像
A、参 考 文 献
一. 关于JPEG
• •
JPEG : Joint Photographic Experts Group 由ISO与IEC于1986年联合成立的一个专家委员会(WG1)， 其宪章(charter)是：
0xE0
0xE1 - 0xEF 0xDB 0xC0 0xC4 0xDA 0xD9
第三章 图形、图像与视频处理技术
JPEG图像格式简介 (cont.)
•
附表：JPEG定义的标记列表
Symbol (符号) Code Assignment (标记代码) Description (说明)
Start Of Frame markers, non-hierarchical Huffman coding
第三 图形、图像与视频处理技术 4
2013年9月10日
关于JPEG (cont.)
•
已经发布的标准有：
ISO/IEC 10918-1 | ITU-T Rec. T.81 : Requirements and guidelines ISO/IEC 10918-2 | ITU-T Rec. T.83 : Compliance testing
•
JPEG2000标准(草案)
ISO/IEC FCD15444-1: 2000 | ITU-T Rec. T.800
2013年9月10日
第三章 图形、图像与视频处理技术
5
二. 关于JPEG图像
•
压缩编码算法主要有：
基于离散余弦变换(Discrete Cosine Transform, DCT)的有损压缩 (lossy compression)算法。该算法还包括熵编码(Entropy Coding),霍 夫曼编码(Huffman coding)等算法。 基于预测的无损数据压缩算法。
14
JPEG图像格式简介 (cont.)
•
附表：JPEG定义的标记列表(续)
Start Of Frame markers, hierarchical arithmetic coding SOF13 SOF14 SOF15 DHT 0xFFCD 0xFFCE 0xFFCF Differential sequential DCT Differential progressive DCT Differential spatial Lossless
在JFIF文件格式中，图像样本的存放顺序是从左到右和从上到下。
这就是说JFIF文件中的第一个图像样本是图像左上角的样本。
2013年9月10日
第三章 图形、图像与视频处理技术
11
RGB YCbCr
RGB
2013年9月10日 第三章 图形、图像与视频处理技术
YCbCr
12
JPEG图像格式简介 (cont.)
Huffman table specification
0xFFC4 Define Huffman table(s)
arithmetic coding conditioning specification
DAC 0xFFCC Define arithmetic conditioning table
Restart interval termination RSTm 0xFFD0～0xFFD7 Restart with modulo 8 counter m
从RGB转换成YCbCr空间时，使用下面的精确的转换关系： Y = 256 × E'y Cb = 256 × [E'Cb] + 128 Cr = 256 × [E'Cr] + 128 其中亮度电平E'y和色差电平E'Cb和E'Cb分别是CCIR 601定义的参数。由于 E'y的范围是0～1，E'Cb和E'Cb的范围是-0.5～+0.5，因此Y, Cb和Cr的最大 值必须要到255。于是RGB和YCbCr之间的转换关系需要按照下面的方法 计算。
ISO/IEC 10918-3 | ITU-T Rec. T.84: Extensions
ISO/IEC 10918-4 | ITU-T Rec. T.86: Registration of JPEG Parameters, Profiles, Tags, Color Spaces, APPn Markers, Compression Types, and Registration Authorities (REGAUT) DIS 14495-1 | ITU-T Draft Rec. T.87 : Lossless and Near-Lossless Compression of Continuous-Tone Still Images – Baseline
2013年9月10日 第三章 图形、图像与视频处理技术 9
•
JPEG图像格式简介 (cont.)
•
颜色转换
从RGB转换成YCbCr
YCbCr(256级)分量可直接从用8位表示的RGB分量计算得到： Y = 0.299 R + 0.587 G + 0.114 B
Cb = - 0.1687R - 0.3313G + 0.5 B + 128
§3.4
JPEG图像编码标 准
内容提要
本节主要介绍JPEG图像压缩编码算法(DCT变 换算法)、图像数据文件格式 (JFIF，JPEG File Interchange Format)。 最后，对JPEG 2000进行一个简单的介绍。
内容提纲
3.4.1 3.4.2 3.4.3 3.4.4
JPEG标准与JPEG图像 JPEG图像格式
0xFF01 0xFF02～0xFFBF
For temporary use in arithmetic coding Reserved
2013年9月10日
第三章 图形、图像与视频处理技术
16
JPEG图像格式简介 (cont.)
•
0 2 4 6 11 12 13
附表：APP0域的详细结构
偏移 长度 2 byte 2 byte 2 bytes 5 bytes 1 byte 1 byte 1 byte 内容 0xFFD8 0xFFE0 (Start of Image, SOI) APP0(JFIF application segment) length of APP0 block "JFIF"+"0" <Major version> <Minor version> <Units for the X and Y densities> 块的名称 图像开始 JFIF应用数据块 APP0块的长度 识别APP0标记 主要版本号(如版本1.02中的1) 次要版本号(如版本1.02中的02) X和Y的密度单位 units=0：无单位 units=1：点数/英寸 units=2：点数/厘米 水平方向像素密度 垂直方向像素密度 缩略图水平像素数目 缩略图垂直像素数目 缩略RGB位图(n为缩略图的像素数) 任选的JFIF扩展APP0标记段 说明
0xFFD9
0xFFDA 0xFFDB 0xFFDC 0xFFDD 0xFFDE 0xFFDF 0xFFE0～0xFFEF 0xFFF0～0xFFFD 0xFFFE
End of image
Start of scan Define quantization table(s) Define number of lines Define restart interval Define hierarchical progression Expand reference image(s) Reserved for application use Reserved for JPEG extension Comment
“Digital compression and coding of continuous-tone still
images”
• •
其中的“Joint”还有与ITU联合的意思
在过去的十几年中，该委员会制定了一系列的静态连续色 调图像压缩编码标准(如：有损、无损及接近无损等编码 标准)，并于1996年开始制定JPEG 2000标准。
Differential sequential DCT Differential progressive DCT Differential spatial lossless
Start Of Frame markers, hierarchical Huffman coding
2013年9月10日
第三章 图形、图像与视频处理技术
第三章 图形、图像与视频处理技术 6
2013年9月10日
§3.4.2
JPEG图像格式
(一) JPEG图像格式简介 (二) JFIF (JPEG File Interchange Format，即 JPEG图像文件交换格式) (三) JFIF格式图像数据分析
（一）JPEG图像格式简介