jpeg编码原理
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jpeg 编码原理
JPEG编码的原理主要涉及到三个关键步骤:色彩空间的转换、离散余弦变
换(DCT)和量化。
以下是这些步骤的详细解释:
1. 色彩空间的转换:JPEG编码首先将图像从RGB色彩空间转换为YCbCr
色彩空间。
RGB色彩空间由红色、绿色和蓝色三个分量组成,而YCbCr色彩空间由亮度(Y)分量和两个色度(Cb和Cr)分量组成。
这种转换是基
于人眼对亮度的敏感度高于对色彩敏感度的特性,因此对亮度的变化比对色彩的变化更为敏感。
2. 离散余弦变换(DCT):转换后的图像数据会进行离散余弦变换,这是一种将图像数据从空间域转换到频域的过程。
DCT变换的目的是将图像中的
数据集中到少数的几个系数上,这样可以去除图像中的空间冗余,便于后续的压缩。
变换后的图像能量集中在左上角,其中低频部分集中于左上角,高频部分集中于右下角。
3. 量化:这一步是为了去除数据中的冗余,并且减少表示图像所需的数据量。
JPEG采用基于人眼视觉特性的量化方法,对DCT变换后的系数进行量化。
量化过程会减少数据的精度,但不会丢失原始图像的信息。
经过上述三个步骤后,JPEG编码通过使用熵编码进一步压缩数据,最后生
成JPEG格式的图像文件。
以上是JPEG编码的基本原理,通过理解这些原
理,有助于更好地理解JPEG压缩的优缺点,以及如何优化JPEG图像的压缩效果。
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文章主题:rockcihp jpeg 编码1. 简介Rockchip JPEG 编码是一种面向嵌入式系统设计的图像压缩技术,具有高效率和良好的图像质量。
它广泛应用于数字相机、智能手机和其他嵌入式设备中,为用户提供良好的图像体验。
2. 原理解析Rockchip JPEG 编码的原理是通过对图像进行离散余弦变换(DCT)和量化,然后使用哈夫曼编码进行熵编码,最终实现对图像数据的有效压缩。
这种编码方式能够在保证图像质量的前提下,显著减小图像文件的大小,节省存储空间和传输带宽。
3. 应用领域Rockchip JPEG 编码广泛应用于数字相机、智能手机和其他嵌入式设备中。
在数字相机中,它能够实现对高清图像的高效压缩和存储,提高相机的拍摄性能和用户体验。
在智能手机中,Rockchip JPEG 编码可以实现对拍摄照片的压缩和传输,节省存储空间和数据流量。
4. 个人观点Rockchip JPEG 编码作为一种高效的图像压缩技术,为嵌入式系统提供了重要的支持。
它在保证图像质量的实现了对图像数据的有效压缩,为设备的性能和用户体验提供了保障。
随着智能设备的普及和图像数据的快速增长,Rockchip JPEG 编码技术将会发挥越来越重要的作用。
5. 总结Rockchip JPEG 编码是一种高效的图像压缩技术,通过离散余弦变换和哈夫曼编码实现对图像数据的有效压缩。
它广泛应用于数字相机、智能手机等嵌入式设备中,为用户提供良好的图像体验。
随着智能设备的发展,Rockchip JPEG 编码技术将会发挥越来越重要的作用。
希望这篇文章能够满足您的要求,如果还需要修改或补充,欢迎提出宝贵意见。
Rockchip JPEG 编码技术是一种广泛应用于嵌入式系统的高效图像压缩技术,其原理和应用领域十分重要。
本文将深入探讨Rockchip JPEG 编码技术的深度和广度,从技术原理、应用领域、未来发展等方面展开讨论。
jpeg编码原理JPEG编码原理JPEG是一种常用的图像压缩格式,它可以将图像压缩至原始大小的1/10或更小,而且不会影响图像的质量。
JPEG编码原理是基于离散余弦变换(DCT)和量化技术。
1. 离散余弦变换(DCT)在JPEG编码中,图像被分成8x8个像素块,每个块都被视为一个矩阵。
通过对这些矩阵进行离散余弦变换(DCT),可以将每个块转换为一组频率系数。
离散余弦变换是一种将时域信号转换为频域信号的方法。
在JPEG中,每个块都被视为一个时域信号,并通过离散余弦变换将其转换为频域信号。
这些频率系数表示了该块中各种不同频率的分量。
2. 量化在经过DCT后,得到了每个块的频率系数。
但是由于人眼对于高频细节的感知能力较差,因此在JPEG编码中采用了量化技术来减少高频分量化就是将每个频率系数除以一个固定值,并四舍五入取整。
由于高频分量较大,因此它们被量化后会变得更小,从而减少了数据量。
3. 压缩在经过DCT和量化后,每个块都被转换为一组频率系数,并且高频分量已经被减少。
这些频率系数可以被进一步压缩,从而减少文件大小。
JPEG编码使用了霍夫曼编码技术来压缩这些频率系数。
霍夫曼编码是一种无损压缩技术,它可以将出现频率较高的符号用较短的编码表示,从而减少数据量。
4. 解压在解压JPEG图像时,首先需要将霍夫曼编码还原为频率系数。
然后对这些频率系数进行逆量化和逆离散余弦变换(IDCT),从而恢复原始图像。
逆量化是将每个频率系数乘以一个固定值,并四舍五入取整。
逆离散余弦变换是将每个块的频率系数转换回时域信号,从而恢复原始图像。
JPEG编码原理是基于离散余弦变换和量化技术的。
通过DCT将图像分解为一组频率系数,并采用量化技术减少高频分量,然后使用霍夫曼编码压缩这些频率系数。
在解压时,需要将霍夫曼编码还原为频率系数,并进行逆量化和逆离散余弦变换来恢复原始图像。
JPEG编码介绍JPEG是一个比较成熟的图像有损压缩格式,图片经过转化变为JPEG图像后,仅会丢失人眼不易察觉的一些细节,在图像的清晰与大小中找到了一个很好的平衡点。
JPEG是Joint Photographic Exports Group的英文缩写,中文称之为联合图像专家小组。
该小组隶属于ISO国际标准化组织,主要负责定制静态数字图像的编码方法,即所谓的JPEG算法。
JPEG专家组开发了两种基本的压缩算法、两种熵编码方法、四种编码模式。
在实际应用中,JPEG图像编码算法使用的大多是离散余弦变换、Huffman编码、顺序编码模式,被人们称为JPEG的基本系统。
下面将依次介绍JPEG编码的主要过程。
(1)颜色模式转换JPEG采用的是YCrCb颜色空间,而BMP采用的是RGB颜色空间,要想对BMP图片进行压缩,首先需要进行颜色空间的转换。
YCrCb颜色空间中,Y代表亮度,Cr,Cb则代表色度和饱和度(也有人将Cb,Cr两者统称为色度),三者通常以Y,U,V来表示,即用U代表Cb,用V代表Cr。
RGB和YCrCb之间的转换关系如下所示:Y = 0.299R+0.587G+0.114BCb = -0.1687R-0.3313G+0.5B+128Cr = 0.5R=0.418G-0.0813B+128一般来说,C 值 (包括 Cb Cr) 应该是一个有符号的数字, 但这里通过加上128,使其变为8位的无符号整数,从而方便数据的存储和计算。
R = Y+1.402(Cr-128)G = Y-0.34414(Cb-128)-0.71414(Cr-128)B = Y+1.772(Cb-128)(2)采样研究发现,人眼对亮度变换的敏感度要比对色彩变换的敏感度高出很多。
因此,我们可以认为Y分量要比Cb,Cr分量重要的多。
在BMP图片中,RGB三个分量各采用一个字节进行采样;而JPEG图片中,通常采用两种采样方式:YUV411和YUV422,它们所代表的意义是Y,Cb,Cr三个分量的数据取样比例一般是4:1:1或者4:2:2(4:1:1含义就是:在2x2的单元中,本应分别有4个Y,4个U,4个V值,用12个字节进行存储。
JPEG编码原理概述本⽂简要概述 JPEG 基本系统的编码流程。
编码需要经过 DCT、量化、Z 序列化、系数编码(DC 差分脉冲调制编码、DC 系数中间格式计算、AC 差分脉冲调制编码、AC 系数中间格式计算)、熵编码五个步骤,最后按指定格式进⾏封装,成为⼀张 JPEG 图⽚。
图⽚被分割为若⼲ 8×8 块后,每个块进⾏离散余弦变换(DCT),其⽬的是将图像块按频率分解,得到其频谱。
类似傅⾥叶变换,DCT 的⽬的是将图像分解为不同频率的基本分量的线性组合。
事实上,DCT 是 DFT 抹去虚(奇)部的特殊形式。
由于实偶函数的 DFT 仍然是实偶函数,我们将时域函数倍增延拓成偶函数,于是频域也成为实偶函数。
当然在存储时可以折半以消除冗余。
为何要求 DCT?对每⼀个图像块,如果⼀定要舍弃,我们会尽可能多保留其低频分量,⽽降低⾼频分量的分辨率。
同时,⾼频分量通常也的确是较少的,⽽直流分量,虽然数值⼤,但相邻块的直流分量差别较⼩。
因此我们对低频分量取较低的量化系数,⽽对⾼频分量取较⾼的量化系数。
所谓量化,就是将浮点(实现上可能只是以更⾼精度的整数表⽰形式存在)值 x 转化为阶跃的整数值 y 表⽰的过程,⽽ y=round(x/q) 中的 q 就是量化系数。
随后我们进⾏ Z 序列化,将⼆维矩阵按 Z 形拍扁成向量。
考虑到相邻块 DC 分量差异⼩,我们⾸先将 DC 分量与上⼀个块做差。
这个过程称为差分脉冲调制编码。
如今,向量中存在⼤量的 0,⽽绝对值⼩的数字出现的概率也远⼤于绝对值⼤者。
我们采⽤⾏程编码(RLE),将序列切成形如 0,0,…,0,x 的若⼲段,每段由 y(≥0) 个 0 和⼀个 x(>0) 组成,记作 (y,len(x),x),其中 len(x) 是 x 在反码⼆进制表⽰下的长度。
这种三元组表⽰形式称为中间格式。
(注:这⾥图上将 DC 分量也⼀把揉进去了,严格来说是分开的,RLE 只考虑 AC 分量)现在考虑 (y,l,x) 三元组的编码。
jpeg 编码原理-回复JPEG(Joint Photographic Experts Group)是一种图像压缩算法,被广泛应用于数字图像的存储和传输中。
JPEG编码原理是将图像分块、转换为频域表示、量化和熵编码等一系列步骤的组合,以尽可能地减小图像文件的大小同时保持图像质量。
JPEG编码的步骤如下:1. 图像分块:JPEG编码将输入图像划分为8×8个像素的块,每个块都经过单独的处理。
这样的划分能够更好地保持图像的局部特征,并使得后续的处理更加有效。
2. 转换为频域表示:每个划分的图像块通过应用离散余弦变换(Discrete Cosine Transform,DCT)来转换为频域表示。
DCT能够将像素值的空域表示转换为一系列频率分量的频域表示。
经过DCT变换后,低频分量会集中在左上角,而高频分量则分布在右下角。
3. 量化:DCT变换后得到的频域表示,对于高频分量的维度信息对图像视觉感知的贡献较小。
因此,JPEG采用了量化表来将高频分量进行抑制。
量化过程即通过除以一个量化矩阵,将频域表示的每个系数分量变为整数。
4. 压缩和熵编码:通过量化后的频域表示得到的整数系数矩阵,一般情况下会有许多零值,这是由于量化矩阵的零值化导致的。
这些零值可以被很好地压缩。
JPEG 采用了霍夫曼编码来实现熵编码,通过对系数的零值进行编码,从而将图像数据进行高效的压缩。
5. 解码:JPEG解码是编码过程的逆过程。
解码时,将经过熵编码的图像数据解压为量化后的频域表示系数。
然后通过反量化和反DCT变换得到每个图像块的空域表示。
最后,将所有块合并,得到完整的解码图像。
JPEG编码通过利用人类视觉系统的特性来设计其压缩算法,使得图像在被压缩的同时尽量减少人眼可察觉的细节损失。
这使得JPEG编码成为了一种非常常见的图像压缩算法,被广泛应用于数字图像的存储、传输和显示中。
无论是从存储空间的角度考虑,还是为了在网络中高效传输图像数据,JPEG编码都在图像处理中扮演着关键的角色。
jpeg编解码原理JPEG编解码原理JPEG是一种常用的图像压缩格式,它的编解码原理是基于离散余弦变换(Discrete Cosine Transform,DCT)和量化。
在JPEG编码过程中,图像首先被分割成8x8的小块,每个小块进行DCT变换,将空间域的数据转换为频域的数据。
这个过程可以看作是将图像分解为一系列频率成分,每个小块的DCT系数表示该频率成分的强度和位置。
接下来,对DCT系数进行量化。
量化是指将连续的数值变为离散的数值,以减少需要存储或传输的数据量。
量化过程中,需要使用一个量化矩阵,它是由JPEG标准规定的。
量化后的结果是一个系数矩阵,其中大部分系数都为0,只有少量的系数保留,这些系数通常是在高频区域,因为人眼对高频信息不太敏感。
量化后的系数矩阵被编码为比特流,这个过程称为熵编码。
熵编码使用的是一种自适应的算法,它可以根据数据的统计特征来选择不同的编码方式,以达到更好的压缩效果。
在JPEG解码过程中,先将比特流解码为系数矩阵,然后将系数矩阵进行反量化和反DCT变换,得到恢复后的图像。
解码过程中也需要使用相同的量化矩阵和熵编码算法来还原原始的系数矩阵。
总结一下,JPEG编解码原理可以分为以下几个步骤:1.将图像分割成8x8的小块;2.对每个小块进行DCT变换,得到系数矩阵;3.对系数矩阵进行量化,得到量化后的系数矩阵;4.将量化后的系数矩阵编码为比特流,使用熵编码算法;5.解码时,将比特流解码为系数矩阵;6.对系数矩阵进行反量化和反DCT变换,得到恢复后的图像。
JPEG编解码原理的核心是DCT和量化。
DCT可以将空间域的数据转换为频域的数据,量化可以将连续的数值变为离散的数值,以减少需要存储或传输的数据量。
这两个过程的相互作用,使得JPEG 可以在保持图像质量的前提下,大大减少图像的存储和传输开销。
实验报告1.实验目的通过阅读JPEG编码器代码,了解编码原理、编码过程和代码实现。
2.实验要求(1)详细阅读JPEG编码器代码,结合编码原理,了解整个代码实现的过程(2)输入bmp文件,在VC6.0下跑通代码,查看编码器的压缩倍数(3)对有些模块进行单步跟踪调试,详细了解其过程3.实验原理JPEG编码的基本过程如下(1)像素阵列分块(分为8*8小块)(2)进行DCT离散余弦变换(3)进行Z字形扫描,将二维阵列变为一维数列(4)进行量化(5)熵编码(Huffman编码)(6)封装为JPG文件本次试验所用bmp转jpg编码器的编码步骤页脚内容1(1)读取bmp文件信息,创建并打开jpg文件(2)8*8分块及色彩空间变换(RGB转YCbCr)(3)快速离散余弦变换FDCT(4)量化(5)Z字形扫描(6)使用差分脉冲编码调制对直流系数DC进行编码(7)使用游程长度编码对交流系数AC编码(8)霍夫曼熵编码4.代码分析整个代码过程可分为三个部分(1)文件操作(2)对编码所用信息表进行初始化(int_all)(3)主编码器进行编码(main_encoder)主函数分析int main(int argc, char *argv[])页脚内容2{char BMP_filename[64];char JPG_filename[64];WORD width_original,height_original; //the original image dimensions, // before we made them divisible by 8BYTE len_filename;bitstring fillbits; //filling bitstring for the bit alignment of the EOI(end of image) marker if (argc>1) {strcpy(BMP_filename,argv[1]);if (argc>2)strcpy(JPG_filename,argv[2]);else {// replace ".bmp" with ".jpg"strcpy(JPG_filename, BMP_filename);len_filename=strlen(BMP_filename);strcpy(JPG_filename+(len_filename-3),"jpg");//从后三位开始拷贝jpg.}页脚内容3}elseexitmessage("Syntax: enc fis.bmp [fis.jpg]");//BMP_filename="";load_bitmap(BMP_filename, &width_original, &height_original);//加载bmp文件信息fp_jpeg_stream = fopen(JPG_filename,"wb");//创建jpg文件流init_all();//初始化函数,初始化量化、霍夫曼及亮度色差转换表等,为编码做准备SOF0info.width = width_original;SOF0info.height = height_original;//写入图像的宽和高writeword(0xFFD8); // SOI,写入图像开始标志write_A PP0info();// write_comment("Cris made this JPEG with his own encoder"); write_DQTinfo();//写入量化表write_SOF0info();//写入帧开始write_DHTinfo();//写入霍夫曼表页脚内容4write_SOSinfo();//写入扫描开始信息// init global variablesbytenew = 0; // current bytebytepos = 7; // bit position in this bytemain_encoder();//主编码函数// Do the bit alignment of the EOI markerif (bytepos >= 0){fillbits.length = bytepos + 1;fillbits.value = (1<<(bytepos+1)) - 1;writebits(fillbits);}writeword(0xFFD9); // EOI写入图像结束标志free(RGB_buffer);页脚内容5free(category_alloc);free(bitcode_alloc);fclose(fp_jpeg_stream);}init_all()函数分析void init_all(){set_DQTinfo();//设置量化表信息,进行Z字形重排set_DHTinfo();//设置霍夫曼表信息init_Huffman_tables();//初始化霍夫曼表set_numbers_category_and_bitcode();//设置数值类别及编码值precalculate_YCbCr_tables();//计算RGB转YCbCr表prepare_quant_tables();//准备量化表}main_encoder()函数分析void main_encoder() //页脚内容6{SWORD DCY = 0, DCCb = 0, DCCr = 0; //DC系数用来作差分编码,实际编码为两个8*8小块DC 系数之差WORD xpos, ypos;for (ypos=0; ypos<height; ypos+=8){for (xpos=0; xpos<width; xpos+=8)//对图像进行8*8块数据扫描{load_data_units_from_RGB_buffer(xpos, ypos); //载入数据//即读取一个8*8数据块并进行RGB到YCbCr转化process_DU(YDU, fdtbl_Y, &DCY, YDC_HT, YAC_HT);//亮度Y编码process_DU(CbDU, fdtbl_Cb, &DCCb, CbDC_HT, CbAC_HT); //色差Cb编码process_DU(CrDU, fdtbl_Cb, &DCCr, CbDC_HT, CbAC_HT);//色差Cr编码//参数依次为:待编码单元,量化表,DC系数,直流霍夫曼表,交流霍夫曼表// process_DU为主要编码函数,进行了DCT变换,Z字形重排,对DC系数差分脉冲调制AC系数变长游程编码后,再进行霍夫曼编码}}页脚内容7}5.实验结果1 Bmp原图1024*683,大小2.00M页脚内容82 在量化表信息里设置scalefactor = 50(参考值)1024*683,大小143KB,压缩率14.32倍,图像质量无明显下降页脚内容93 在量化表信息里设置scalefactor =500,1024*683,大小59.9KB,压缩率34.19倍,图像质量有明显下降页脚内容10。
JPEG压缩原理LZW算法JPEG(Joint Photographic Experts Group)是一种常用的图像压缩格式,常用于对数字图像的有损压缩。
JPEG压缩算法的原理主要包括色彩空间转换、离散余弦变换、量化和熵编码等步骤。
本文将重点介绍JPEG压缩中的熵编码步骤,即LZW(Lempel-Ziv-Welch)算法。
LZW算法是一种无损压缩算法,由Abraham Lempel、Jacob Ziv和Terry Welch于1977年提出。
它通过利用数据中重复出现的模式来压缩数据,将重复的模式用较短的编码表示,从而减小数据的存储空间。
LZW算法的基本思想是建立一个编码字典,将数据中的模式映射到特定的编码。
算法逐个读取输入的数据字符,将字符与之前已经出现的模式进行匹配。
如果匹配成功,则继续读取下一个字符,与之前的模式再进行匹配。
如果匹配失败,则将之前匹配成功的模式的编码输出,并将当前字符及其前缀添加到字典中作为新的模式。
这样,压缩数据中的重复模式就可以用更短的编码表示,实现数据的压缩。
在JPEG压缩中,LZW算法主要应用于熵编码步骤,用于对离散余弦变换后的图像的系数进行压缩。
具体步骤如下:1.构建初始的编码字典,包含0到255的所有灰度级作为初始编码。
2.遍历离散余弦变换后的图像系数,将系数分组为一个个的模式。
每个模式可以是一系列连续的系数,可以是独立的一个系数。
3.逐个读取模式,检查字典中是否存在该模式。
-如果存在,继续读取下一个系数,并将当前模式与读取的系数连接形成新的模式。
-如果不存在,将之前匹配成功的模式的编码输出,并将当前模式及其前缀添加到字典中作为新的模式。
4.重复步骤3,直到遍历完所有的模式。
5.将最后一个匹配成功的模式的编码输出。
通过LZW算法,离散余弦变换后的图像系数可以用较短的编码表示,从而实现对图像数据的压缩。
在解码时,可以根据压缩数据中的编码,将编码解析为相应的系数。
总结起来,LZW算法是JPEG压缩中的一种熵编码方法,通过利用数据中的重复模式进行压缩,将重复的模式用较短的编码表示。
第8章JPEG编码JPEG是用于灰度图与真彩图的静态图像压缩的国际标准,它采用的是以DCT(Discrete Cosine Transform,离散余弦变换)为基础的有损压缩算法。
因为视频的帧内编码就是静态图像编码,所以JPEG的编码算法也用于MPEG视频编码标准中。
本章先简介JPEG和JPEG 2000系列标准,然后讲解DCT和JPEG的具体编码方法,最后给出JPEG的文件格式,重点是JPEG的编码算法。
8.1 JPEG系列标准JPEG(Joint Photographic Experts Group联合图象专家组)是(国际电信同盟ITU的前身)国际电话与电报咨询委员会CCITT与国际标准化组织ISO于1986年联合成立的一个小组,负责制定静态图像的编码标准。
1992年9月JPEG推出了ISO/IEC 10918标准(CCITT T.81、83、84、86)——连续色调静态图像的数字压缩与编码,简称为JPEG标准,适用于灰度图与真彩图的静态图像的压缩。
1999年JPEG推出了ISO/IEC 14495标准(ITU T.87、870)——信息科学—连续色调静态图像的无损和接近无损压缩,简称为JPEG-LS(Lossless Standard)标准,适用于灰度图与真彩图的静态图像的无损与接近无损压缩。
JPEG-LS是JPEG标准中无损模式的补充和强调,采用的是LOCO-I(LOw COmplexity LOssless COmpression for Images,图像的低复杂性无损压缩)算法,主要应用于对图像质量要求较高的一些专门领域(如遥感和医学图像),由于时间和篇幅的限制,本书不作介绍。
2000年12月JPEG在JBIG(Joint Bi-level Image experts Group联合二值图像专家组)的帮助下又推出了比JPEG标准的压缩率更高、性能更优越的JPEG 2000标准ISO/IEC 15444 (ITU T.800~808)——JPEG 2000图像编码系统,适用于二值图、灰度图、伪彩图和真彩图的静态图像压缩。
JPEG原理详细JPEG 是 Joint Photographic Experts Group 的缩写,即 ISO 和IEC 联合图像专家组,负责静态图像压缩标准的制定,这个专家组开发的算法就被称为JPEG 算法,并且已经成为了大家通用的标准,即JPEG 标准。
JPEG 压缩是有损压缩,但这个损失的部分是人的视觉不容易察觉到的部分,它充分利用了人眼对计算机色彩中的高频信息部分不敏感的特点,来大大节省了需要处理的数据信息。
人眼对构成图像的不同频率成分具有不同的敏感度,这个是由人眼的视觉生理特性所决定的。
如人的眼睛含有对亮度敏感的柱状细胞1.8亿个,含有对色彩敏感的椎状细胞0.08亿个,由于柱状细胞的数量远大于椎状细胞,所以眼睛对亮度的敏感程度要大于对色彩的敏感程度。
总体来说,一个原始图像信息,要对其进行 JPEG 编码,过程分两大步:1、去除视觉上的多余信息,即空间冗余度2、去除数据本身的多余信息,即结构(静态)冗余度1、去除视觉上的多余信息当你拿到一个原始未经处理的图像,是由各种色彩组成的,即在一个平面上,有各种色彩,而这个平面是由水平和垂直方向上的很多点组成的。
实际上,每个点的色彩,也即计算机能表示的每个像素点的色彩,能分解成红、绿、蓝,即 RGB 三元色来表示,即这三种颜色的一定比例的混合就能得到一个实际的色彩值。
所以,实际上,这个平面的图像,可以理解为除了水平X 和垂直Y 以外,还有一个色彩值的Z 的三维的系统。
Z 代表了三元色中各个分支R/G/B 的混合时所占的具体数值大小,每个像素的RGB 的混合值可能都有所不同,各个值有大有小,但临近的两个点的R/G/B 三个值会比较接近。
由于这个原始图像是由很多个独立的像素点组成的,也就是说它们都是分散的,离散的。
比如有些图像的尺寸为640X480,就表示水平有640个像素点,垂直有480个像素点。
从上面的内容,我们可以知道两个相邻的点,会有很多的色彩是很接近的,那么如何能在最后得到的图片中,尽量少得记录这些不需要的数据,也即达到了压缩的效果。
jpeg硬件解码原理-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分主要介绍有关JPEG硬件解码原理的背景和概念。
JPEG是一种广泛用于图像压缩的标准,其硬件解码原理指的是通过硬件电路实现对JPEG压缩图像的解码操作。
在数字图像处理中,JPEG算法是一种有损压缩算法,能够将图像文件的大小大幅减小并保持较高的图像质量。
JPEG算法通过对图像中的冗余信息进行剔除和量化处理来实现压缩。
然后,压缩后的图像通过JPEG解码器进行解码,以便在显示设备上进行显示或进一步处理。
与软件解码相比,硬件解码具有更快的解码速度和更低的功耗。
JPEG 硬件解码器通常由多个专门设计的硬件模块组成,这些模块相互协作以完成解码过程。
硬件解码器可以通过并行处理和高效的数据传输来加快解码速度,并且能够在嵌入式设备和低功耗应用中实现高质量的图像显示。
本文将详细介绍JPEG图像压缩算法以及JPEG硬件解码原理。
同时,还将探讨JPEG解码器的结构和功能,以及采用硬件解码的优势和应用场景。
在接下来的章节中,我们将逐步深入探讨这些内容,以加深对JPEG 硬件解码原理的理解。
同时,我们也将对未来的发展进行一些展望,希望能够为读者提供更多有关JPEG硬件解码的信息。
最后,文章将总结已探讨的内容,并给出一些结束语。
本文的目的是帮助读者理解JPEG硬件解码原理,为其在相关领域的研究和应用提供指导和参考。
无论是对于学术研究者还是工程师来说,了解JPEG硬件解码原理都具有重要的意义。
通过深入了解JPEG硬件解码原理,可以更好地应用和优化JPEG解码器,从而提升图像处理的效率和质量。
1.2 文章结构文章结构部分的内容如下:文章结构部分旨在介绍整篇文章的结构和内容安排,为读者提供一个概览,使其对文章的组织和发展有清晰的了解。
本文分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分将首先概述本文的主题JPEG硬件解码原理,并介绍文章的结构和内容安排。
正文部分将主要包含三个小节。
一、JPEG算法概要
JPEG(Joint Photographic Experts Group)是一个由ISO和IEC两个组织机构联合组成的一个专家组,负责制定静态的数字图像数据压缩编码标准,这个专家组开发的算法称为JPEG算法,并且成为国际上通用的标准,因此又称为JPEG标准。
JPEG是一个适用范围很广的静态图像数据压缩标准,既可用于灰度图像又可用于彩色图像。
JPEG专家组开发了两种基本的压缩算法,一种是采用以离散余弦变换(Discrete Cosine Transform,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,压缩后还原得到的图像与原始图像相比较,非图像专家难于找出它们之间的区别,因此得到了广泛的应用。
例如,在VCD 和DVD-Video电视图像压缩技术中,就使用JPEG的有损压缩算法来取消空间方向上的冗余数据。
为了在保证图像质量的前提下进一步提高压缩比,近年来JPEG专家组正在制定JPEG2000标准,这个标准中将采用小波变换(Wavelet)算法。
JPEG压缩是有损压缩,它利用了人的视角系统的特性,使用量化和无损压缩编码相结合来去掉视角的冗余信息和数据本身的冗余信息。
压缩编码大致分成三个步骤:
1、使用正向离散余弦变换(Forward Discrete Cosine Transform,FDCT)把空间域表示的图变换成频率域表示的图。
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。
3、使用霍夫曼可变字长编码器对量化系数进行编码。
译码或者叫做解压缩的过程与压缩编码过程正好相反。
JPEG算法与彩色空间无关,因此“RGB到YUV变换”和“YUV到RGB变换”不包含在
JPEG算法中。
JPEG算法处理的彩色图像是单独的彩色分量图像,因此它可以压缩来自不同彩色空间的数据,如RGB, YCbCr和CMYK。
二、JPEG算法的主要计算步骤
JPEG压缩编码算法的主要计算步骤如下:
(1)正向离散余弦变换(FDCT)。
(2)量化(Quantization)。
(3)Z字形编码(Zigzag Scan)。
(4)使用差分脉冲编码调制(Differential Pulse Code Modulation,DPCM)对直流系数(DC)进行编码。
(5)使用行程长度编码(Run-Length Encoding,RLE)对交流系数(AC)进行编码。
(6)熵编码(Entropy Eoding)。
1、正向离散余弦变换
下面对正向离散余弦变换(FDCT)变换作几点说明。
(1)对每个单独的彩色图像分量,把整个分量图像分成8×8的图像块,如图所示,并作为两维离散余弦变换DCT的输入。
通过DCT变换,把能量集中在少数几个系数上。
(2)DCT变换使用下式计算:
它的逆变换使用下式计算:
上面两式中,
C(u),C(v) = (2)-1/2,当u, v = 0;
C(u),C(v) = 1,其他。
f(i, j)经DCT变换之后,F(0,0)是直流系数,其他为交流系数。
(3)在计算两维的DCT变换时,可使用下面的计算式把两维的DCT变换变成一维的DCT变换:
2、量化
量化是对经过FDCT变换后的频率系数进行量化。
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。
量化是图像质量下降的最主要原因。
对于有损压缩算法,JPEG算法使用如下图所示的均匀量化器进行量化,量化步距是按照系数所在的位置和每种颜色分量的色调值来确定。
因为人眼对亮度信号比对色差信号更敏感,因此使用了两种量化表:亮度量化值和色差量化值。
此外,由于人眼对低频分量的图像比对高频分量的图像更敏感,因此图中的左上角的量化步距要比右下角的量化步距小。
下面2个表中的数值对CCIR 601标准电视图像已经是最佳的。
如果不使用这两种表,你也可以把自己的量化表替换它们。
亮度量化值表和色度量化值表
3、Z字形编排
量化后的系数要重新编排,目的是为了增加连续的“0”系数的个数,就是“0”的游程长度,方法是按照Z字形的式样编排,如下图所示。
这样就把一个8×8的矩阵变成一个1×64的矢量,频率较低的系数放在矢量的顶部。
量化DCT系数序号
0 1 5 6 14 15 27 25
2 4 7 1
3 16 26 29 42
3 8 12 17 25 30 41 43
9 11 18 24 31 40 44 53
10 19 23 32 39 45 52 54
20 22 33 38 46 51 55 60
21 34 37 47 50 56 59 61
35 36 48 49 57 58 62 63
4、直流系数的编码
8×8图像块经过DCT变换之后得到的DC直流系数有两个特点,一是系数的数值比较大,二是相邻8×8图像块的DC系数值变化不大。
根据这个特点,JPEG算法使用了差分脉冲调制编码(DPCM)技术,对相邻图像块之间量化DC系数的差值(Delta)进行编码。
Delta=DC(0,0)k-DC(0,0)k-1
5、交流系数的编码
量化AC系数的特点是1×64矢量中包含有许多“0”系数,并且许多“0”是连续的,因此使用非常简单和直观的游程长度编码(RLE)对它们进行编码。
JPEG使用了1个字节的高4位来表示连续“0”的个数,而使用它的低4位来表示编码下一个非“0”系数所需要的位数,跟在它后面的是量化AC系数的数值。
6、熵编码
使用熵编码还可以对DPCM编码后的直流DC系数和RLE编码后的交流AC系数作进一步的压缩。
在JPEG有损压缩算法中,使用霍夫曼编码器来减少熵。
使用霍夫曼编码器的理由是可以使用很简单的查表(Lookup Table)方法进行编码。
压缩数据符号时,霍夫曼编码器对出现频度比较高的符号分配比较短的代码,而对出现频度较低的符号分配比较长的代码。
这种可变长度的霍夫曼码表可以事先进行定义。
7、组成位数据流
JPEG编码的最后一个步骤是把各种标记代码和编码后的图像数据组成一帧一帧的数据,这样做的目的是为了便于传输、存储和译码器进行译码,这样的组织的数据通常称为JPEG位数据流(JPEG bitstream)。
///////////本文取自互联网,谨向作者致敬!
/////////摘自小白杨。