JPEG图像压缩与编码解析PPT参考幻灯片
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JPEG图像压缩与编码
姓名：李攀攀 (13720837) 石亚文 (13720851) 石磊 (13720853)
课程：信号处理技术
2020年2月17日 1
JPEG图像压缩与编码目录
1 背景介绍 1.1 为什么进行图像的压缩 1.2 JPEG是什么 1.3 JPEG算法概要
2 JPEG算法的主要计算步骤
一是无损压缩：将相同的或相似的数据或特征归类，使用较少的 数据描述原始数据，从而减少数据量。如RLE编码，Huffman编 码和算术编码。
二是有损压缩：有针对性的简化不重要的数据，以减少总的数据 量。只要损失的数据不会影响人眼主管接收的效果就可以采用这 种压缩。如预测编码和变换编码。
2020年2月17日
2020年2月17日
第5章 JPEG图像压缩与编码
9/25
2 JPEG算法的主要计算步骤
2.JPEG压缩编码算法的主要计算步骤
➢ (1) 正向离散余弦变换(FDCT) ➢ (2) 量化(quantization) (这一步出现了信息的损失) ➢ (3) Z字形编码(zigzag scan)。 ➢ (4) 使用差分脉冲编码调制(DPCM)对直流系数
1 背景介绍
2020年2月17日
JPEG压缩编码流程图
第5J章PEJGP图EG像图压像缩压与缩编与码编码
7/25
1 背景介绍
➢ JPEG算法与颜色空间无关
RGB和YUV之间的变换不包含在JPEG算法中 JPEG算法处理单独的图像彩色分量，因此可压
缩来自不同颜色空间的数据，如RGB, YCbCr, CMYK。 色彩变换公式
，为了节省珍贵的带宽资源和节省时间，也迫切要求压缩。图像
编码与压缩从本质上来说就是对要处理的图像源数据按一定的规
则进行变换和组合，从而达到以尽可能少的代码（或符号）来表
示尽可能多的数据信息。
第二，压缩的可能性：
之所以可以进行压缩编码，是因为原始的数据包含一定的冗
余。在图像的数据文件中包含大量的冗余信息，换句话说，在实
3/25
1 背景介绍
图像数据的压缩基于两个特点：
一是图像信息存在很大的信息冗余度，数据之间存在相关性，如 相邻像素之间色彩的相关性，图像越有规律，相关性越大，可压 缩的数据就越多。
二是人眼对图像的亮度信息敏感而对色度信息不敏感，因此可利 用这个特点来实现对图像的高压缩比。
基于以上两个特点而发展来的数据压缩有两类
第5章 JPEG图像压缩与编码
4/25
1 背景介绍
1.2 JPEG是什么
➢ Joint Photographic Experts Group的缩写，联合图像 专家组
由ISO和IEC两个组织机构联合组成的专家组，负责制定静 态的数字图像数据压缩编码标准。
➢ JPEG标准
静态图像数据压缩标准，用于压缩灰度图像和彩色图像。 两种基本压缩算法： 有损压缩算法：以离散余弦变换(DCT)为基础。 无损压缩算法：以预测技术为基础。
际获取的原始数据中，包含有多余的冗余信息。这些冗余信息来
自于数据之间的相关性，或者来自于人的视觉特性，这就为压缩
数据提供了可能。同时，通过解压缩，我们可以根据之前采取的
压缩方法（有损压缩、无损压缩等）进行相应的解压缩措施，得
到满足图像主客观质量的恢复图像。
2020年2月17日
第5章 JPEG图像压缩与编码
2.1 离散余弦变换 2.2 量化 2.3 Z字形编排 2.4 熵编码 3 仿真结果展示
2020年2月17日
第5J章PEJGP图EG像图压像缩压与缩编与码编码
2/25
1 背景介绍
1.1 为什么进行图像压缩
第一，压缩的必要性：
图象和视频通常在计算机中表示后会占用非常大的空间，而
出于节省硬盘空间的考虑，往往要进行压缩。同时，传输过程中
2020年2月17日
第5J章PEJGP图EG像图压像缩压与缩编与码编码
8/25
1 背景介绍
色彩空间变换和数据的压缩并没有直接的关系。而是 涉及到图像采样的问题。
采样依据：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。
(DC)进行编码 ➢ (5) 使用行程长度编码(RLE)对交流系数(AC)进
行编码 ➢ (6) 熵编码(entropy coding)
2020年2月17日
第5章JPEJGPE图G像图压像缩压与缩编与码编码
10/25
2 JPEG算法的主要计算步骤
2.1 离散余弦变换(DCT)
➢ discrete cosine transform的缩写 ➢ 用余弦函数的离散值构成的变换矩阵对信号的一系
➢ JPEG格式
存放使用JPEG压缩的图像文件交换格式 大多数浏览器都支持这种格式的文件。以这种格式存 放的图像文件的后缀是.JPG或.JFF。也称JFIF
2020年2月17日
第5J章PEJGP图EG像图压像缩压与缩编与码编码
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1 背景介绍
1.3 JPEG算法概要
➢ 利用视觉系统特性，使用变换、量化 和熵编码相结合的方法，以去掉或减 少视觉的冗余信息和数据本身的冗余 信息
➢ JPEG标准的压缩算法大致分成三个步 骤：
使用正向离散余弦变换(FDCT)把空间域 表示的图变换成频率域表示的图
使用加权函数对DCT系数进行量化，加权 函数对人的视觉系统是最佳的
使用霍夫曼编码器对量化系数进行编码
2020年2月17日
第5章JPEJGPE图G像图压像缩压与缩编与码编码
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列样本值进行运算的数学变换 ➢ 可将能量集中到频率较低的系数上 ➢ 将分量图像分成许多个8×8的图块，如图1 为某一
个8×8图块的离散余弦变换
f (i, j)
DCT
F (u, v)
2020年2月17日
图1 离散余弦变换
第5章JPEJGPE图G像图压像缩压与缩编与码编码
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在编码器色输入端， 8*8的图像数据块，原始图像的采 样精度为p位，是无符号整数，输入时把【0， 2p】范 围的无符号整数变成【-2p-1， 2p-1 -1】范围的有符号整 数，以此作为离散余弦正变换FDCT（forward DCT） 的输入。
姓名：李攀攀 (13720837) 石亚文 (13720851) 石磊 (13720853)
课程：信号处理技术
2020年2月17日 1
JPEG图像压缩与编码目录
1 背景介绍 1.1 为什么进行图像的压缩 1.2 JPEG是什么 1.3 JPEG算法概要
2 JPEG算法的主要计算步骤
一是无损压缩：将相同的或相似的数据或特征归类，使用较少的 数据描述原始数据，从而减少数据量。如RLE编码，Huffman编 码和算术编码。
二是有损压缩：有针对性的简化不重要的数据，以减少总的数据 量。只要损失的数据不会影响人眼主管接收的效果就可以采用这 种压缩。如预测编码和变换编码。
2020年2月17日
2020年2月17日
第5章 JPEG图像压缩与编码
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2 JPEG算法的主要计算步骤
2.JPEG压缩编码算法的主要计算步骤
➢ (1) 正向离散余弦变换(FDCT) ➢ (2) 量化(quantization) (这一步出现了信息的损失) ➢ (3) Z字形编码(zigzag scan)。 ➢ (4) 使用差分脉冲编码调制(DPCM)对直流系数
1 背景介绍
2020年2月17日
JPEG压缩编码流程图
第5J章PEJGP图EG像图压像缩压与缩编与码编码
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1 背景介绍
➢ JPEG算法与颜色空间无关
RGB和YUV之间的变换不包含在JPEG算法中 JPEG算法处理单独的图像彩色分量，因此可压
缩来自不同颜色空间的数据，如RGB, YCbCr, CMYK。 色彩变换公式
，为了节省珍贵的带宽资源和节省时间，也迫切要求压缩。图像
编码与压缩从本质上来说就是对要处理的图像源数据按一定的规
则进行变换和组合，从而达到以尽可能少的代码（或符号）来表
示尽可能多的数据信息。
第二，压缩的可能性：
之所以可以进行压缩编码，是因为原始的数据包含一定的冗
余。在图像的数据文件中包含大量的冗余信息，换句话说，在实
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1 背景介绍
图像数据的压缩基于两个特点：
一是图像信息存在很大的信息冗余度，数据之间存在相关性，如 相邻像素之间色彩的相关性，图像越有规律，相关性越大，可压 缩的数据就越多。
二是人眼对图像的亮度信息敏感而对色度信息不敏感，因此可利 用这个特点来实现对图像的高压缩比。
基于以上两个特点而发展来的数据压缩有两类
第5章 JPEG图像压缩与编码
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1 背景介绍
1.2 JPEG是什么
➢ Joint Photographic Experts Group的缩写，联合图像 专家组
由ISO和IEC两个组织机构联合组成的专家组，负责制定静 态的数字图像数据压缩编码标准。
➢ JPEG标准
静态图像数据压缩标准，用于压缩灰度图像和彩色图像。 两种基本压缩算法： 有损压缩算法：以离散余弦变换(DCT)为基础。 无损压缩算法：以预测技术为基础。
际获取的原始数据中，包含有多余的冗余信息。这些冗余信息来
自于数据之间的相关性，或者来自于人的视觉特性，这就为压缩
数据提供了可能。同时，通过解压缩，我们可以根据之前采取的
压缩方法（有损压缩、无损压缩等）进行相应的解压缩措施，得
到满足图像主客观质量的恢复图像。
2020年2月17日
第5章 JPEG图像压缩与编码
2.1 离散余弦变换 2.2 量化 2.3 Z字形编排 2.4 熵编码 3 仿真结果展示
2020年2月17日
第5J章PEJGP图EG像图压像缩压与缩编与码编码
2/25
1 背景介绍
1.1 为什么进行图像压缩
第一，压缩的必要性：
图象和视频通常在计算机中表示后会占用非常大的空间，而
出于节省硬盘空间的考虑，往往要进行压缩。同时，传输过程中
2020年2月17日
第5J章PEJGP图EG像图压像缩压与缩编与码编码
8/25
1 背景介绍
色彩空间变换和数据的压缩并没有直接的关系。而是 涉及到图像采样的问题。
采样依据：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。
(DC)进行编码 ➢ (5) 使用行程长度编码(RLE)对交流系数(AC)进
行编码 ➢ (6) 熵编码(entropy coding)
2020年2月17日
第5章JPEJGPE图G像图压像缩压与缩编与码编码
10/25
2 JPEG算法的主要计算步骤
2.1 离散余弦变换(DCT)
➢ discrete cosine transform的缩写 ➢ 用余弦函数的离散值构成的变换矩阵对信号的一系
➢ JPEG格式
存放使用JPEG压缩的图像文件交换格式 大多数浏览器都支持这种格式的文件。以这种格式存 放的图像文件的后缀是.JPG或.JFF。也称JFIF
2020年2月17日
第5J章PEJGP图EG像图压像缩压与缩编与码编码
5/25
1 背景介绍
1.3 JPEG算法概要
➢ 利用视觉系统特性，使用变换、量化 和熵编码相结合的方法，以去掉或减 少视觉的冗余信息和数据本身的冗余 信息
➢ JPEG标准的压缩算法大致分成三个步 骤：
使用正向离散余弦变换(FDCT)把空间域 表示的图变换成频率域表示的图
使用加权函数对DCT系数进行量化，加权 函数对人的视觉系统是最佳的
使用霍夫曼编码器对量化系数进行编码
2020年2月17日
第5章JPEJGPE图G像图压像缩压与缩编与码编码
6/25
列样本值进行运算的数学变换 ➢ 可将能量集中到频率较低的系数上 ➢ 将分量图像分成许多个8×8的图块，如图1 为某一
个8×8图块的离散余弦变换
f (i, j)
DCT
F (u, v)
2020年2月17日
图1 离散余弦变换
第5章JPEJGPE图G像图压像缩压与缩编与码编码
11/25
在编码器色输入端， 8*8的图像数据块，原始图像的采 样精度为p位，是无符号整数，输入时把【0， 2p】范 围的无符号整数变成【-2p-1， 2p-1 -1】范围的有符号整 数，以此作为离散余弦正变换FDCT（forward DCT） 的输入。