信息论与编码期末论文

《信息论与编码》期末考察报告

题目JPEG编码

学生姓名蒲亚洁

学号***********

院系电子工程

专业通信工程

二Ｏ一三年一月八日

JPEG编码

蒲亚洁

滨江学院电子工程系通信工程专业10级3班

摘要：本文介绍了JPEG。JPEG是一种针对相片影像而广泛使用的一种失真压缩标准方法。JPEG 标准指定了一系列实现静态图像压缩编码的方法,这些方法的选择决定于具体应用的要求及性能价格比的考虑。这些方法基本上可以分为两种：一种是采用以离散余弦变换(DCT)为基础的有损压缩算法，另一种是采用以预测技术为基础的无损压缩算法。使用有损压缩算法时在压缩比为25﹕1 的情况下压缩后还原的图像与原始图像相比较非图像专家难以找到它们的区别因此得到了广泛的应用。

JPEG采取多种编码方式，包含有行程编码(Run Length Coding)和哈夫曼(Huffman)编码，有很高的压缩比。在编码前，先对数据进行分块，离散余弦变换（DCT）及量化，保留能量大的低频信号，丢弃高频信号以达到压缩。解码时，进行熵解码，反量化，反离散余弦变换（IDCT）。

关键词：有损压缩算法；无损压缩算法；失真压缩标准方法；哈夫曼编码;有损压缩；JPEG

Abstract：This paper introduced JPEG.JPEG is a widely used for photo image of a standard method for compression distortion. JPEG standard specifies a series of static image compression coding method, these methods of selection determines the specific application requirements and performance

considerations. These methods generally can be divided into two kinds: one is using a discrete cosine transform (DCT) based on lossy compression algorithm, another is using a lossless compression algorithm based on prediction technology. When using lossy compression algorithms in the compression ratio of 25: 1 compressed restored image and non-image compared to the original image experts struggling to find their difference therefore is widely applied. JPEG multiple encoding contains the run length encoding (Run Length Coding), and Huffman (Huffman) encoding, a very high compression ratio. Before encoding, chunked data first, discrete cosine transform (DCT) and quantified, retain the energy of low-frequency signals, discarding high frequency signals in order to achieve compression. When decoding, entropy decoding, inverse quantization and inverse discrete cosine transform (IDCT).

Keywords: A lossy compression algorithm;Llossy compression algorithm;Lossy compression standard method;Huffman coding;Lossy compression;JPEG

1、引言

信息时代，人们对使用计算机获取信息、处理信息的依赖性越来越高。计算机系统面临的是数值、文字、语言、音乐、图形、动画、静图像、电视视频图像等多种媒体。数字化的视频和音频信号的数量之大是惊人的，对于电视画面的分辨率640×480的彩色图像，30帧/s，则一秒钟的数据量为：640×480×24×30＝221.12M，所以播放时，需要221Mbps的通信回路。存储时，1张CD可存640M，则仅可以存放 2.89s的数据。

大数据量的图像信息会给存储器的存储容量，通信干线信道的带宽，以及计算机的处理速度增加极大的压力。单纯靠增加存储器容量，提高信

道带宽以及计算机的处理速度等方法来解决这个问题是不现实的，这时就要考虑压缩。

2、JPEG整个编码过程实现

jpeg整个的编码过程实现：

8*8的源图像数据变为范围为 -128~127

对转换范围后的数据进行DCT变换，并四舍五入取接近的整数，公式为FDCT变换公式。一共得到 64个 DCT 变换系数。u=0且v=0 时，称为DC系数，是64个图像采样平均值。剩下的63个系数称为AC系数。

对这64个DCT变换系数根据亮度量化表和色度量化表进行量化。

对量化后的系数进行采用zig-zag（“Z”字形）扫描，然后对量化后的DC系数进行 DPCM 编码，对量化后的AC系数进行行程编码。

对DPCM编码后的DC系数和行程编码后的AC系数继续进行熵编码，最后得到压缩后的图像数据。

FDCT变换公式：

每个8*8二维源图像采集数据块，实际上是64点离散信号，该信号是空间二维参数x和y的函数。离散余弦的变换的的每个变换系数值由64个输入信号唯一确定。在频域平面上变换系数是二维频域变量u和v的函数。对应于u=0，v=0的系数，称作直流分量，即DC系数，其余63个系数称作AC系数，即交流分量[1]。

图像基础知识

在图像处理中，为了利用人的视角特性，从而降低数据量，通常把 RGB 空间表示的彩色图像变换到其他色彩空间。现在常用的色彩空间变换有三种：YIQ，YUV 和 YCrCb。每一种色彩空间都产生一种亮度分量信号和两种色度分量信号，而每一种变换使用的参数都是为了适应某种类型的显示设备。

YIQ：用于NTSC彩色电视制式

YUV：用于PAL和SECAM彩色电视制式

YCbCr：用于计算机显示器

这三种彩色空间变换都会产生一种亮度分量信号和两种色度分量信