基于JPEG标准的静态图像压缩算法研究
图像压缩算法的研究
图像压缩算法的研究近年来，由于技术的发展，我们在社会中使用的图片日益增多，如今图片文件的大小也越来越庞大，但是在网络传输上几乎所有的系统都不能满足数据传输的要求，这使得图像压缩变得尤为重要。
为了解决图像压缩的问题，图像压缩算法在最近几十年里发展迅速，其中最常用的图像压缩算法是JPEG（Joint Photographic Experts Group）和PNG（Portable Network Graphics）。
JPEG压缩算法是一种基于DCT（离散余弦变换）的数字图像压缩算法，其原理是将图像的RGB像素值分别映射到DCT域上，可以得到相应的DCT系数，而DCT系数是描述图像特征的数值，因此可以利用DCT系数来进行图像压缩，从而实现图像文件大小的压缩。
JPEG算法可以将原来的24位图像失真压缩到16位以下，也就是说能够将原来完整的图像压缩到1/24，但是可能会出现失真现象。
PNG图像压缩算法是一种基于无损压缩的图像压缩算法，原理是将图像像素进行分类，添加字节，然后将每一个像素的值存储在字节中，类似于JPEG算法，从而达到压缩图片的效果。
和JPEG算法不同的是，PNG算法没有失真的现象，可以完全的保持原有的颜色，从而实现更好的压缩效果。
此外，还有一种比较新的算法叫做JPEG 2000算法，该算法在JPEG算法的基础上进行了改进，采用了无损压缩技术，有助于更好的保持图像的清晰度，但处理速度比JPEG算法要慢。
另外，在现代电脑技术发展过程中，还开发了HEVC（高效率视频编码）算法，它主要用于视频压缩，采用了许多新的编码方法，能够显著提高压缩比，它的特点是在压缩的情况下，可以保持较高的视频质量，这在视频应用中也很受欢迎。
综上所述，目前流行的图像压缩算法主要有JPEG、PNG和HEVC。
JPEG算法简单易懂，但存在失真现象；PNG算法可以完全保持原有图像的色彩；而HEVC算法可以实现更高的压缩比，但是处理速度比较慢。
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
JPEGExifTIFF格式解读（1）：JEPG图片压缩与存储原理分析
JPEGExifTIFF格式解读（1）：JEPG图⽚压缩与存储原理分析JPEG⽂件简介JPEG的全称是JointPhotographicExpertsGroup（联合图像专家⼩组），它是⼀种常⽤的图像存储格式， jpg/jpeg是24位的图像⽂件格式，也是⼀种⾼效率的压缩格式，⽂件格式是JPEG（联合图像专家组）标准的产物，该图像压缩标准是国际电信联盟（International Telecommunication Union，ITU）、国际标准化组织（International Organization for Standardization，ISO）和国际电⼯委员会（International Electrotechnical Commission，IEC）共同制定。
JPEG标准正式地称为ISO/IEC IS（国际标准）10918-1：连续⾊调静态图像数字压缩和编码（Digital Compression and Coding of Continuous-tone Still Images）和ITU-T建议T.81。
JPEG是第⼀个国际图像压缩标准，⽤于连续⾊调静态图像（即包括灰度图像和彩⾊图像），其最初⽬的是使⽤64Kbps的通信线路传输720×576 分辨率压缩后的图像。
通过损失极少的分辨率，可以将图像所需存储量减少⾄原⼤⼩的10％。
由于其⾼效的压缩效率和标准化要求，⽬前已⼴泛⽤于彩⾊传真、静⽌图像、电话会议、印刷及新闻图⽚的传送上。
但那些被删除的资料⽆法在解压时还原，所以* .jpg/.jpeg ⽂件并不适合放⼤观看，输出成印刷品时品质也会受到影响。
JPEG⽂件格式JPEG的⽂件格式⼀般有两种⽂件扩展名：.jpg和.jpeg，这两种扩展名的实质是相同的，我们可以把.jpg的⽂件改名为.jpeg，⽽对⽂件本⾝不会有任何影响。
严格来讲，JPEG的⽂件扩展名应该为.jpeg，由于DOS时代的8.3⽂件名命名原则，就使⽤了.jpg的扩展名，这种情况类似于.htm和.html的区别。
静态JPEG图像压缩标准89页PPT
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46、寓形宇内复几时，曷不委心任去 留。
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47、采菊东篱下，悠然见南山。
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48、啸傲东轩下，聊复得此生。
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49、勤学如春起之苗，不见其增，日 有所长 。
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50、环堵萧然，不蔽风日；短褐穿结 ，箪瓢 屡空， 晏如也 。
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
JPEG2000格式图像压缩算法的研究
层次 。
是在低化 比特 率编码时块状编码失真明显 。这是 因为将图像
信号 从空 间域向频 率域变换 后进 行有效压缩所采 用的离散余 弦变换 ， 将图像划分成 ８ Ｘ８的方块域 ， 各块 内产 生的编码失 真在 块边 缘形成了不连续状况的缘故。作为解决此问题的方 法，提出 了基于数字滤波器的离散小波变换 。于是 ，自 ｌ９ ９７ 年起 ，开始了静止图像新压缩方式 Ｊ Ｅ ２ ０ Ｐ Ｇ ０ ０的开发工作 。
缩产生了明显 的方块效应 ，而该文 算法有很好的效果 ，在实验 中验证 了算法。 关健词 ：小波 ；图像压缩 ；Ｍａｌ ｌ ｔ算法 ；滤波器 ；边界处理 ａ
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ０ ｍｐ ｅ ｓｏ ｉｈ ｔ ＰＥＧ２ ０ ｓ ａ ｃ ｎ Ｃｏ ｒ ｓ ｉｎＡｒｔ ｍｅ ｉ ｉ Ｊ ｃｎ ００
中 图分类号：Ｐ７ Ｔ ３
Ｊ Ｅ ０ ０格 式 图像 压 缩 算 法 的研 究 Ｐ Ｇ２ ０
尹 平 ，汪宇飞 ，胡迎新
（ 西北工业大学软件 与微 电子学院 ，西安 ７ Ｏ ６ ） １０ ５
摘
要 ：论述 了 Ｊ Ｅ ２ ０ Ｐ Ｇ ０ ０图像压缩 的 Ｍａ ａ 算法 ，对算法中滤波器 的选择 以及边界 处理问题作了探讨并研 究了解 决方案。Ｊ Ｅ 算法压 ｌｔ ｌ ＰＧ
固 １ 基于对分滤波器 的信号分析／ 成系统 合
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！。
JPEG图像压缩技术的实现与优化
１ ２ １ ３
１ ７ ２２ ３ ５ ６ ４ ９ ２
１ ４ １ ６
２ ２ ３ ７ ５ ５ ７ ８ ９ ５
１ ９ ２ ４
２ ９ ５ ６ ６ ４ ８ ７ ９ ８
２ ６ ４ ０
５ １ ６８ ８ １ １３ ｏ ｌ２ １
ＪＥ Ｐ Ｇ推 荐 的高低 频亮 度量 化表 如 表 １ 所示 。
表 １ 亮 度 量化 表
、～ 型 、 、
０
０
１ ６
１
１ １
２
１ ０
３
１ ６
４
２ ４
５
４ ０
６
５１
７
６１
１ ２
３ ４ ５ ６ ７
１ ２ １ ４
ｈ ｓ ａ ｅ ，ａ ｄ ｉ ｅ ｌ ａ ｉ ｐｉ ａｉ ｏ ｎ Ｆ Ｇ ｗ ｓｇｖ ｎ ｉ ｄ ｔｉ ｔｉ ｐ ｐ ｒ ｎ ｓｒａｉ ｔ ｎａ ｄ ｏ ｔ ｚ ｔ ｎ ｆ ｗ ｏ Ｐ Ａ ａ ｉｅ ｅａｌ ．Ｔ ｅ ｔｓ ｒ ｓ ｌ ｉ ｄｃ ｔｄ ｔａ ｏｋ ｄ ｔ ｚ ｏ ｎ ｍｉ ｏ ｌ ｎ ｓ ｈ ｅ ｔ ｅ ｕｔ ｎ ｉ ｅ ｔ ｔ ｒ ｅ ａ ｈ ｉｗ
ｖｒ ห้องสมุดไป่ตู้ｌ． ｅｙ ｗｅ１
Ｋｅ ｏ ｄ Ｉ ｇ ｏ ｒｓｉ Ｊ Ｅ Ｗａ ｅｅ ａ ｓ ｒ ｙＷ ｒ ｓ ｍａｅｃ ｍｐｅｓ ｎ Ｐ Ｇ ｏ ｖｌｔｔ ｆ ｍ ｒ ｏ ｎ
１ 引言
有损静态图像压缩当前有两种 比较流行 的标准 ＪＥ Ｐ Ｇ和 ＪＥ ２０ 。它们都是 由联合 图像专家组（ｏ ｔ Ｐ Ｇ ００ Ｊｉ ｎ Ｐｏ ｇ ｐｉＥ ｐｒＧｏｐ 开发的， ｈｔ ｒ ｈ ｘｅ ｒ ） ｏａ ｃ ｔ ｕ 前者是基于离散余弦变换（ ｉ ｒｅ ｏ ｎ Ｔ ｎｆｍ，Ｃ ） Ｄｓ ｅ ｓ ｅ ｒ ｓ ｒ Ｄ Ｔ 变换 ， ｃ ｔＣ ｉ ａ ｏ 后者是基于 小波 变换 。二 者采用 的 编码方 式不 同… 但都 在数 字 图像 处理 领域 得 到 了广 泛 的应 用 。 由于 ＪＥ ２０ １， Ｐ Ｇ ００编码
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)
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随 着 多 媒 体 技 术 的发 展 ， 态 图像 的应 用 更 广 泛 ， 静 但存 在 数 据量 过 于 庞大 的问 题 。例 如 ， 张 Ａ （ １ ｍｘ ９ ｍ） 一 ４ ２０ｍ ２ ７ｍ 幅 面 的 照 片 ， 用 中 等分 辨 率 （０ ｐ） 若 ３ ０ｄ ｉ的扫 描 仪 按 真 彩 色 扫 描 ， 数 据 量共 有 （０ ｘ １／ ．） （０ ｘ９ ／５ ） 像 素 ， 其 ３０ ２０２ ４ ｘ ３０ ２ ７２ ． 个 ５ ４ 每
ｈ ｖ ｒ ｉ ｅ ｐ ｅ ｄ ａ ｐ ｉａｉ ｎ ｉ ｈ ｉｉ ｌ ａ ｒ ｎ ｈ ｅｗｏ ｋ ａ ｅ ａｍｏｅ ｗ ｄ ｓ ｒａ ｐ ｌ ｔ ｎ ｔ ｅ ｄｇ ｔ ｍｅ ａ ａ ｄ ｔ ｅ ｎ ｔ ｒ ． ｃ ｏ ａｃ
Ｋｅ ｒ ｓ Ｊ Ｅ ｓａ ｄ ｒ ｙｗｏ ｄ ： Ｐ Ｇ ｔｎ ａｄ；ｓｍｐｉｇ； ｉｃｅｅｃ ｓｎ ａ ｓ ｒ ； ｕ ｎｉｃ ｔ ｎ；ｅ ｔ ｐ ｏ ｉｇ ａ ｌ ｎ ｄｓｒｔ ｏｉｅｔ ｎｆ ｍ ｑ ａ ｔ ａｉ ｒ ｏ ｉ ｆ ｏ ｎｒ ｙｃｄｎ ｏ
里…… 一Ｈ ８ … １ ８ 图像区 域
Ｙ ｃ ｊ 用 田珊 ｒ
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【！ 竺 ！ Ｈ兰 ！
有损
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个像 素 占 ３个 字 节 ， 数 据 量为 ２ 字 节 。 样 大 容 量 的 图 其 ６Ｍ 这
像信 息 会 给存 储器 的存 储 容 量 、 信 干线 信 道 的 带 宽 以及 计 通 算 机 的处理 速 度 增加 极 大 压 力 。 因此 ， 必须 压 缩 图 像 。 文 提 本
网络 方面 具 有 更广 泛 应 用 。
关键 词 ： Ｐ Ｇ 标 准 ；采样 ；离散 余 弦 变换 ；量化 ；熵编 码 ＪＥ 中图 分 类 号： Ｎ ｌ Ｔ ９９ 文 献 标 识码 ： Ａ 文 章编 号 ： ６ ４ ６ ３ （０ ０ ０ — ０ ８ ０ ｌ ７ — ２ ６ ２ １ ）２ ０ ７ — ３
（ ｅａｔｅｔｆＩ ｏ ｔ ｎａｄＣ ｍ ｕ ｉ ｔ ｎＥ ｇｎｅｉ ，ａ ｕｎＵ ｉ ｒｔ ｏ ｅｈ ｏ ｇ ，ａ ｕｎ０ ０ ２ ，ｈｎ ） Ｄ ｐ ｒ ｎ ｏ ｎ ｒ ｉ ｎ ｏ ｍ ｎｃ ｉ ｎ ｉ ｒ ｇ Ｔｉ ａ ｎ ｅｓｙ ｆＴｃｎｌ ｙ Ｔ ｉ ａ ３０ ４ Ｃ ｉａ ｍ ｆ ｍａｏ ａｏ ｅ ｎ ｙ ｖ ｉ ｏ ｙ
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ｆｒ ， ｕ ｎ ｉ ｃ ｔ ｎ ａ ｄ ｅ ｔｏ ｙ ｃ ｄｎ ｔ ． ｉａ ｌ ， ｏ ｍ ｑ ａ ｔ ａｉ ｎ ｎ ｒ ｐ ｏ ｉ ｇｅ ｃＦ ｎ ｌ ＢＭＰ ｉ ｇ ｏ ｖ ｒｅ ｔ Ｊ Ｅ ｉ ｇ ｉ ｓ ａ ＋ ａ ｄ ｅ ｐ ｒ— ｉ ｆ ｏ ｙ ｍａ ｅ ｉ ｃ ｎ ｅｔ ｄ ｉ ｏ Ｐ Ｇ ｓ ｎ ｍａ ｅ ｗ ｔ Ｖｉｕ ｌＣ ＋， ｎ ｘ ｅ ｉ ｈ
期 第ｌ ８卷 第 ２
Ｖ０．８ １１
Ｎｏ２ 。
电子 设 计 工 程
Ｅｌｃｒ ｎｃ Ｄｅ ｉｎ Ｅｎ ｉｅ ｒｎ ｅ ｔｏ ｉ ｓｇ ｇｎ ｅ ｉｇ
２１ ０ ０年 ２月
Ｆ ｂ． ０１ ｅ ２ ０
基于 Ｊ Ｅ Ｐ Ｇ标 准 的静 态图像压缩算 法研 究
张元伟 ．刘彦 隆
（ 太原 理 工 大 学 信 息 学院 ， 西 太原 ０ ０ ２ ） 山 ３ ｏ４
摘 要 ： 对 传 统 Ｂ Ｐ格 式静 态 图像 占用 空 间大 ， 输 速 率低 的缺 点 ， 出高 压 缩率 静 态 图像 ＪＥ 标 准 的编 码 方 法 。 针 Ｍ 传 提 ＰＧ
并详 细介 绍 该 编码 方 法 的采 样 、 离散 余 弦 变换 、 化 和 熵 编码 等 主 要 步骤 ， 量 并通 过 Ｖ ｓ ａ Ｃ ＋ ｉ ｌ ＋ 编程 实现 Ｂ ｕ ＭＰ格 式 图 像到 ＪＥ Ｐ Ｇ格 式 图像 转 换 。试验 结果 验证 Ｊ Ｅ Ｐ Ｇ标 准 在静 态 图像 压 缩 中的 优 越 性 ， 得 Ｊ Ｅ 使 Ｐ Ｇ标 准 图像 在 数 码 相机 、
ｔ ｄ ｅ ｓｃｄｎ ｔｏ ｆ ｅｂ ｓｌ ｅＪ Ｅ ｓａ ｄ ｒ ． ｃｕ ｅ ｅ ｅａ ｔｐ ， ｈｃ ｒ ａ ｌ ｇ ｄｓｒｔ ｏｉｅｔ ｎ— ｏ ｒ ｕ ｅ ｏ ｉｇｍｅ ｄ ｏ ａｅｉ Ｐ Ｇ ｔｎ ａｄＩ ｉ ｌｄ ｓｓｖ ｒｌ ｅ ｓ ｗ ｉｈａｅｓｍｐｉ ，ｉｃｅｅｃ ｓ ｒ ｓ ｈ ｈ ｔ ｎ ｔｎ ｓ ｎ ｎ ａ
出一 种基 于 Ｊ Ｅ Ｐ Ｇ标 准 的 静 态 图像 压 缩 算 法 。
４
羞 ｌ （＋学 二亟： ）ｌ：ｌ Ｉ ’＝：！ 码Ｉ 二 ： ｚ 编Ｈ 码 ｃ 夫编 ．件 ｌ 字 码行 形 Ａ霍曼码 Ｉ 头 值 文
Ｒｅｅ ｒ ｈ ｏ ｔ ｔ ｍａ ｅｃ ｍｐ ｅｓｏ ｌｏ ｉ ｍ ａ ｅ ｎ Ｊ ＥＧ ｔｎ ａ ｄ ｓａ ｃ ｆ ａｉ ｉ ｇ ｏ ｒ ｓｉｎ ａｇ ｒｔ ｓ ｃ ｈ ｂ ｓｄｏ Ｐ ｓａ ｄ ｒ
ＺＨＡＮＧ ａ — ｉ Ｉ Ｙａ －ｏ Ｙａ ｎ ｗｅ ，Ｌ Ｕ ｎ ｌｎｇ