图像处理及JPEG压缩分析实验报告

计算机多媒体实验报告题目：图像处理及JPEG压缩分析【实验题目】实验一使用ACDSee做图像处理【实验日期】 2014.10.18【实验目的及要求】使用ACDSee 10简体中文版做如下要求的图像处理。

（1）设置图像深度。

（2）更改RGB值和HSL值。

（3）图像格式转换。

【实验环境】ACDSee 10简体中文版【实验步骤】1.设置图像深度可以在“查看器”（可以通过选中图像，右击，在弹出的快捷菜单中选择“查看”命令来打开）中修改图像的色深。

色深是指图像所包含的颜色范围。

通过选择点击【修改】→【更改色深】命令，然后在弹出的级联菜单中选择一个命令，如图2所示。

图2 色深设置提示：图像设置不同的色深决定了图像中像点显示颜色的精度，通常颜色越多，图像越生动、逼真，但是数据量也就越大。

2.更改RGB值和HSL值可以调整图像的红色、绿色以及蓝色（RGB）的颜色值。

这些选项可以保存为预设值以便日后使用。

具体操作步骤如下：（1）在图像上右击，在弹出的快捷菜单中点击【编辑】→【使用编辑器打开】，打开“编辑面板”，如图3所示。

图3 编辑面板（2）在“编辑面板”中选择【颜色】选项，左侧弹出如图4所示的面板，通过对应颜色的修改实现图像的颜色设置。

4.图像格式转换：可以将图像转换成 ACDSee 支持的任何文件格式。

可以单独为每个格式设置选项，指定如何处理多页图像，并自动应用默认转换操作。

具体操作步骤如下：（1）在“浏览器”中，选择一个或多个图像，然后选择【修改】→【转换文件格式】命令，打开如图5所示的“批量转换文件格式”对话框。

图5 “批量转换文件格式”对话框（2）在“批量转换文件格式”对话框中设置输出选项，如图6所示。

图6 批量转换设置输出选项（3）设置多页选项。

并通过【开始转换】按钮完成格式转换，如图7所示。

图7 批量转换设置多页选项【实验二】使用UltraEdit分析图像文件压缩原理【实验日期】 2014.09.27【实验目的及要求】通过实践全面理解已学的相关声音处理方式，主流的发展方向。

通过本实验内容，可以理解多媒体技术中声音、图像、视频在计算机中如何存储和处理的，以及Android手机应用程序的设计。

【实验环境】UltraEdit分析图像文件【实验步骤】先来制作一个简单的8×8大小的像素图，然后把它存成JPEG格式（属性见图1）。

方法是用windows的画图工具，定义一个8×8大小的图，用一些色块填充进去，然后另存为JPEG 格式，如test.jpg，在这里创建了2个相同大小的图像，如图1所示。

其中图1（a）为数码相机拍摄的自然真彩色图像（色彩比较丰富），图1（b）来源于画笔的制作（颜色较单一），虽然具有相同的尺寸，但是左侧的图像大小为11.5KB，右侧的图像大小为669个字节，不难看出具有连续和相同色彩的图像JPEG压缩效果更佳。

图1 图像存储属性设置（a）真彩色图像（b）画笔制作的图像图1 8×8图像保存成的文件后缀为jpg，但按标准来说，它是一种JFIF格式标准的文件，里面的图像的压缩方式是JPEG。

JFIF是一个文件格式标准，JPEG是一个压缩标准，总体来说它们不是一个概念。

JFIF是JPEG File Interchange Format的缩写，也即JPEG文件交换格式。

JFIF是一个图片文件格式标准，它是一种使用JPEG图像压缩技术存储摄影图像的方法。

JFIF代表了一种“通用语言”文件格式，它是专门为方便用户在不同的计算机和应用程序间传输JPEG 图像而设计的语言。

JFIF文件格式（见表1）定义了一些内容是JPEG压缩标准未定义的，如resolution/aspect ratio，color space等。

表1 JPEG段格式可以用UltraEdit打开刚才保存的JPEG文件查看里面的内容，即可看到上面的各个标记段，如图2所示。

图2 JPEG文件二进制存储形式在图2上，把刚刚保存的JPEG文件用二进制形式打开后，标注出各种标记如下：①在起始地址为00000000h的头部有FFD8标记表示图像的开始；②在起始地址为00000000h的中间有FF E0标记用于识别JPG文件采用JFIF规格；③在地址为00000010h和00000050h段中有FF DB标记表示两个量化表；④在地址为00000090h段中有FF C0标记用来表示图像大小的信息；⑤在地址为000000b0h、000000d0h、00000180h和000001a0h段中有FF C4标记用来表示后面有霍夫曼表。

一般一个JPG文件里会有两类霍夫曼表：一个用于DC，一个用于AC，也即实际有4个表，亮度的DC，AC两个，色度的DC，AC两个；⑥在地址为00000260h段中有FF DA标记用来表示图像数据段；⑦在地址为00000290h段中最后位置有FFD9标记用来表示图像的结束。

我们再来看看各个标记的细部，具体分析一下各个部分的含义。

1、图片的识别信息图片的识别信息首先是分析JPEG 的段格式见表2。

号，说明这是一个JPEG 压缩的文件。

然后是主/次版本号码。

下一个为XY 像素的单位，这里为1，表示单位为点数/英寸。

然后是XY 方向的像素密度，这里是96DPI ，最后是缩略图有关信息，这里为0。

图3 JPEG 图片的结构信息2、量化表（QT ）的实例图片文件的量化表结构见表3。

表3 JPEG 量化表结构信息，占一个字节；这里是0，表示这个QT 表编号为0，并且精度是8bit 。

然后后面就是64个8×8的QT 表的各个系数值了，也即第一个量化表的十进制表示内容，如图5所示，这个表即为JPEG 亮度量化表。

图4 JPEG 图片的量化表信息图5 JPEG 图片的亮度量化表第二个量化表的十进制表示的内容为图6所示，这个表的内容即为JPEG 色度量化表。

当你打开不同的JPEG文件，你会看到这两个表可能也是会有区别的。

这个主要是使用了不同的量化方式的结果。

3、图像信息段JPEG图像信息段的结构如表4所示。

在案例图7所示的内容中，FFC0标记后为00 11即是十进制长度为17，然后是一个字节的数据精度，通常是为8，代表样本位数。

接下来是图片的高度，占两字节，这里即为8，然后是图片的宽度，也为8，这也就是我们定义的8×8的内容。

然后是component的个数，这里是3，表示YUV。

接下来是三组数据，每组数据里，第一个是component ID，第二个是采样系数，这里Y 的采样系数为22，说明垂直是2，水平是2。

再后面就是量化表的编号了。

图7 JPEG 图片的图像信息段 4、霍夫曼表（Huffman Table ）的实例JPEG 图片中的Huffman Table 结构见表5。

表5 JPEG 的Huffman Table 结构图8所示为本例的霍夫曼表信息。

上面的这个内容FFC4标记后的内容为数据长度（如00 1F 为31），再接着的1个字节为HT （Huffman Table ）的信息，低4位是HT ID 号，第5位是HT 表类型标记，再高三位是为0。

①第一个DHT 表，00，类型为DC table ，HT ID号为0； ②第二个DHT 表，10，类型为AC table ，HT ID 号为0； ③第三个DHT 表，01，类型为DC table ，HT ID 号为1； ④第四个DHT 表，11，类型为AC table ，HT ID 号为1；图8 JPEG 图片的Huffman Table 信息即前两个表为Y 亮度分量的DC/AC 表，后两个为UV 色度分量的DC/AC 表。

以第一个表为例，因为长度只有31，那么00后面的16字节，即为霍夫曼编码组号，如表6所示.表6 霍夫曼编码各组元素的个数码有5个；组号为4、5、6、7、8、9的代码各1个。

总共12个。

再看后续的数据：00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 0A 0B ，即对应的编码保存值（见表7）：表7 霍夫曼编码表的组号，对应的数据未使用到。

也就是说前面提到过的范式在霍夫曼编码里，目前只使用部分数据即可，原因是这个8×8的图像数据很小。

第二个 DHT 表就更复杂些了，长度有181。

5、图像数据段JPEG 图像数据段的结构见表8。

接下来的00 0C 说明长度为12，然后是03，代表后面所含有的component 的数量为3个，也即YUV 。

然后的01 00代表 component 的编号ID 为1，既是亮度Y 分量，并且对应所使用的霍夫曼表的ID 是0的DC/AC 表。

在接下来是02 11代表component 的编号ID 为2，既是色度U 分量，并且对应所使用的霍夫曼表的ID 是1的DC/AC 表。

在这个段的后面就是所有压缩后的数据。

直到结束的FFD9标记表示图像的结束，既EOI （End Of Image ）。

图9 JPEG 图片的图像数据段【实验心得】这两款软件皆是当下流行的软件，与人们生活密切相关，用好这类软件很重要，课上时间较短，课下还应多加练习使用，熟悉更多的功能，很有用处。