JPEG图像编码标准

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。

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。

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。

jpeg编码重要参数
JPEG编码是一种常用的图像压缩标准，它通过一些关键参数来控制压缩质量和文件大小。

以下是几个重要的JPEG编码参数：
1. 质量因子（Quality Factor）：质量因子是一个介于1到100之间的整数，它控制了压缩的程度。

较高的质量因子值表示较少的压缩，从而产生更高质量的图像，但文件大小也更大。

相反，较低的质量因子值会导致更多的压缩，从而减小文件大小，但图像质量会下降。

2. 色彩空间（Color Space）：JPEG编码支持多种色彩空间，包括RGB、CMYK 和YCbCr等。

不同的色彩空间适用于不同的应用场景，例如RGB适用于显示器显示，CMYK适用于印刷品。

3. 分辨率（Resolution）：JPEG编码支持不同的分辨率设置，通常以dpi（每英寸点数）表示。

较高的分辨率会产生更高质量的图像，但文件大小也更大。

4. 压缩级别（Compression Level）：JPEG编码支持不同的压缩级别，从1到9，其中1级压缩最不失真，但文件大小也最大，而9级压缩文件大小最小，但失真程度也最高。

5. 插值算法（Interpolation Algorithm）：JPEG编码使用不同的插值算法来重建图像。

常见的插值算法包括最近邻插值、双线性插值和双三次插值等。

不同的插值算法对图像质量的影响不同。

这些参数可以根据需要进行调整，以实现不同的压缩质量和文件大小。

在选择JPEG编码参数时，应根据具体的应用场景和需求进行权衡。

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。

图象压缩编码标准国际标准化协会(ISO)、国际电子学委员会(IEC)、国际电信协会（ITU）等国际组织，于90年代领导制定了许多重要的多媒体数据压缩标准。

如JPEG、H.26 1、H.263、MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4等等。

这些标准已在数字电视、多媒体领域得到广泛应用。

4.1 JPEGJPEG(Joint Photo Graphic Experts Group)是联合图象专家组的英文缩写。

JP EG主要是针对静止图象的压缩编码标准，但是在电视图象序列的帧内压缩中也常采用JPEG，是一个适用范围广泛的通用标准。

JPEG包含两种基本压缩方法，各有不同的工作模式。

包括以DCT为基础的有损压缩方法和以二维DPCM为基础的无损压缩方法。

以DCT为基础的压缩方法压缩比较高，得到广泛应用。

1.基于DCT的JPEG算法框图该算法主要有三个步骤：(l) 用DCT去除图象数据的空间冗余；(2) 用人眼视觉最佳效果的量化表来量化DCT系数；(3) 对数据进行熵编码。

2.JPEG算法编码过程在编码端:一个8×8亮度图象块进行JPEG压缩编解码过程如图所示。

（1)分块:把原始图象分成8×8像块f(x,y)之后分别进入DCT变换器。

(2)电平搬移、DCT变换：由于平均电平较高，在作变换之前首先将电平下移1 28。

然后作DCT变换得系数块F(u,v)。

在DCT系数块中，直流系数F(0,0)最大，能量主要集中在左上角低频区，高频系数较小。

(3)量化：对系数F(u,v)进行量化，[F(u,v)]Q= [F(u,v)/Q(u,v)]取整数，Q(u,v)称为量化系数矩阵。

JPEG推荐了Q(u,v)量化表。

量化后的[F(u,v)]Q高频系数已经大部分为零，能量主要集中在低频系数上。

（4)之字型扫描读出：由于右下角高频区的大部分系数为0，编码时不对单个0编码，而只对0的游程(连续0的个数)编码，为了制造更长的0游程，对变换系数矩阵采用之字型扫描读出方式。

作为一个基本的图像压缩方式，JPEG 已经得到了广泛的运用，但 JPEG 相关的基本原理，却经常被忽视，或解释得很不确切。

这里我们详细讨论一下 JPEG 的编码原理，并结合实例来给出一个更加感性的认识。

JPEG 编码的详细过程有着诸多的信息可以给我们巨大的启发，我们在这里讨论的就是要对这些信息做一个具体细致的分析，通过我们的讨论，大家会对 JPEG 编码过程中出现的内容有一个确切的了解，并且能了解到这些内容的来龙去脉。

一、系统架构本文以一个实际的产品为例，来说明 JPEG 在其中的应用。

本系统为一个嵌入式 Linux 网络播放器，主要的功能为播放家庭网络中的多媒体文件，在家庭客厅等环境中有着大量的应用，它可以给用户提供更方便快捷的媒体文件的播放方式，并能充分利用家庭音响系统的巨大功能，而非 PC 环境下有限的外部设备，大大改善了媒体文件的播放体验。

系统主要的功能包括：本系统架构如下图：本系统是基于嵌入式 Linux 的一个应用，使用的是 ucLinux 2.4.22，并使用了microwindows 作为 GUI 界面，底层使用了 Linux kernel 的 FrameBuffer 作为显示输出。

此系统在两个方面使用到了 JPEG 库：1、 UI 的显示，即各种人机交互界面，考虑到用户体验，所以大量使用了贴图来美化 UI2、 JPEG 图片文件的全屏播放，包括用户手中的各种照片等二、JPEG 概述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。

JPEG是图像压缩编码标准JPEG是一种图像压缩编码标准，它是一种广泛应用的图像压缩格式，可以在保持图像质量的同时减小图像文件的大小，使得图像在存储和传输过程中更加高效。

JPEG的全称是Joint Photographic Experts Group，它是一种有损压缩的图像格式，也是目前应用最为广泛的图像格式之一。

JPEG图像压缩编码标准的出现，使得图像在存储和传输过程中占用更小的空间，这对于网络传输和存储设备的容量都是非常有利的。

JPEG图像压缩编码标准的核心思想是通过舍弃一些人眼不易察觉的细节来减小图像的大小，从而达到压缩图像的目的。

在保证图像质量的前提下，JPEG可以将图像文件的大小减小到原来的很小一部分，这对于存储和传输来说都是非常有益的。

在JPEG图像压缩编码标准中，压缩的过程分为两个阶段，分别是亮度和色度的压缩。

在亮度的压缩中，采用的是离散余弦变换（DCT）的方法，它将图像分成8x8的小块，然后对每个小块进行DCT变换，得到频域的系数。

而在色度的压缩中，采用的是色度子采样的方法，将色度分量的分辨率降低，从而减小了色度分量的数据量。

这两种压缩方法结合在一起，就实现了对图像的高效压缩。

值得一提的是，JPEG是一种有损压缩的格式，这意味着在压缩过程中会丢失一些图像的细节信息，从而导致图像质量的损失。

因此，在进行JPEG压缩时，需要根据实际需求来选择合适的压缩比例，以在图像质量和文件大小之间取得平衡。

通常情况下，对于要求较高图像质量的场景，可以选择较小的压缩比例，而对于一些网络传输和存储空间有限的场景，可以选择较大的压缩比例。

除了JPEG之外，还有一些其他的图像压缩编码标准，例如PNG、GIF等，它们各有特点，适用于不同的场景。

在实际应用中，需要根据实际需求来选择合适的图像格式和压缩方法，以达到最佳的效果。

总的来说，JPEG作为一种图像压缩编码标准，具有高效压缩、广泛应用的特点，可以在保证图像质量的前提下减小图像文件的大小，使得图像在存储和传输过程中更加高效。

jpg编码一、JPEG文件格式介绍JPEG文件使用的数据存储方式有多种。

最常用的格式称为JPEG 文件交换格式（JPEG File Interchange Format，JFIF）。

而JPEG文件大体上可以分成两个部分：标记码(Tag)和压缩数据。

标记码由两个字节构成，其前一个字节是固定值0xFF，后一个字节则根据不同意义有不同数值。

在每个标记码之前还可以添加数目不限的无意义的0xFF 填充，也就说连续的多个0xFF 可以被理解为一个0xFF，并表示一个标记码的开始。

而在一个完整的两字节的标记码后，就是该标记码对应的压缩数据流，记录了关于文件的诸种信息。

常用的标记有SOI、APP0、DQT、SOF0、DHT、DRI、SOS、EOI。

SOI，Start of Image，图像开始标记代码2字节固定值0xFFD8APP0，Application，应用程序保留标记0标记代码2字节固定值0xFFE0包含9个具体字段：①数据长度2字节①~⑨9个字段的总长度②标识符5字节固定值0x4A46494600，即字符串“JFIF0”③版本号2字节一般是0x0102，表示JFIF的版本号1.2④X和Y的密度单位1字节只有三个值可选i.0：无单位；1：点数/英寸；2：点数/厘米⑤X方向像素密度2字节取值范围未知⑥Y方向像素密度2字节取值范围未知⑦缩略图水平像素数目1字节取值范围未知⑧缩略图垂直像素数目1字节取值范围未知⑨缩略图RGB位图长度可能是3的倍数缩略图RGB位图数据本标记段可以包含图像的一个微缩版本，存为24位的RGB像素。

如果没有微缩图像（这种情况更常见），则字段⑦“缩略图水平像素数目”和字段⑧“缩略图垂直像素数目”的值均为0。

APPn，Application，应用程序保留标记n，其中n=1～15(任选) 标记代码2字节固定值0xFFE1~0xFFF包含2个具体字段：①数据长度2字节①~②2个字段的总长度i.即不包括标记代码，但包括本字段②详细信息数据长度-2字节内容不定例如，Adobe Photoshop生成的JPEG图像中就用了APP1和APP13两个标记段分别存储了一幅图像的副本。