静态图像压缩标准JPEG
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
JPEG2000图像压缩算法标准剖析
JPEG2000图像压缩算法标准摘要：JPEG2000是为适应不断发展的图像压缩应用而出现的新的静止图像压缩标准。
本文介绍了JPEG2000图像编码系统的实现过程, 对其中采用的基本算法和关键技术进行了描述，介绍了这一新标准的特点及应用场合，并对其性能进行了分析。
关键词：JPEG2000；图像压缩；基本原理；感兴趣区域引言随着多媒体技术的不断运用，图像压缩要求更高的性能和新的特征。
为了满足静止图像在特殊领域编码的需求，JPEG2000作为一个新的标准处于不断的发展中。
它不仅希望提供优于现行标准的失真率和个人图像压缩性能，而且还可以提供一些现行标准不能有效地实现甚至在很多情况下完全无法实现的功能和特性。
这种新的标准更加注重图像的可伸缩表述。
所以就可以在任意给定的分辨率级别上来提供一个低质量的图像恢复，或者在要求的分辨率和信噪比的情况下提取图像的部分区域。
1.JPEG2000的基本介绍及优势相信大家对JPEG这种图像格式都非常熟悉，在我们日常所接触的图像中，绝大多数都是JPEG格式的。
JPEG的全称为Joint Photographic Experts Group，它是一个在国际标准组织(ISO)下从事静态图像压缩标准制定的委员会，它制定出了第一套国际静态图像压缩标准：ISO 10918－1，俗称JPEG。
由于相对于BMP等格式而言，品质相差无己的JPEG格式能让图像文件“苗条”很多，无论是传送还是保存都非常方便，因此JPEG格式在推出后大受欢迎。
随着网络的发展，JPEG的应用更加广泛，目前网站上80％的图像都采用JPEG格式。
但是，随着多媒体应用领域的快速增长，传统JPEG压缩技术已无法满足人们对数字化多媒体图像资料的要求：网上JPEG图像只能一行一行地下载，直到全部下载完毕，才可以看到整个图像，如果只对图像的局部感兴趣也只能将整个图片载下来再处理；JPEG格式的图像文件体积仍然嫌大；JPEG格式属于有损压缩，当被压缩的图像上有大片近似颜色时，会出现马赛克现象；同样由于有损压缩的原因，许多对图像质量要求较高的应用JPEG无法胜任。
静态图像压缩标准
静态图像压缩标准静态图像压缩是指通过一定的算法和技术手段，将图像文件的体积进行压缩，以达到节省存储空间和加快图像传输速度的目的。
在数字图像处理和传输中，图像压缩是一项非常重要的技术，它不仅可以减小图像文件的体积，还可以提高图像的传输效率和显示速度。
在实际应用中，静态图像压缩标准是非常关键的，它直接影响着图像的质量和压缩效率。
本文将介绍几种常见的静态图像压缩标准，以及它们的特点和应用场景。
JPEG压缩标准。
JPEG（Joint Photographic Experts Group）是一种广泛应用的图像压缩标准，它适用于彩色照片和真彩色图像的压缩。
JPEG压缩标准采用了一种基于离散余弦变换（DCT）的压缩算法，通过对图像进行分块、DCT变换、量化和熵编码等步骤，实现对图像的压缩。
JPEG压缩标准具有压缩比高、图像质量好的特点，适用于静态图像的存储和传输。
PNG压缩标准。
PNG（Portable Network Graphics）是一种无损压缩的图像格式，它采用了一种基于预测的压缩算法，能够有效地减小图像文件的体积，同时保持图像的原始质量。
PNG压缩标准适用于对图像质量要求较高的场景，如设计制图、网页设计等领域。
与JPEG相比，PNG压缩标准的压缩率较低，但能够保持图像的高质量和透明度。
GIF压缩标准。
GIF（Graphics Interchange Format）是一种支持动画和透明度的图像格式，它采用了一种基于LZW算法的无损压缩技术，能够有效地减小图像文件的体积。
GIF压缩标准适用于对图像动画和透明度要求较高的场景，如动画制作、表情包制作等领域。
由于GIF 格式支持的颜色数较少，因此在色彩丰富的图像压缩中效果不佳。
WebP压缩标准。
WebP是一种由谷歌开发的新型图像格式，它采用了一种基于预测的压缩算法，能够同时实现有损和无损压缩。
WebP压缩标准具有压缩率高、图像质量好的特点，适用于对图像压缩效率要求较高的场景，如移动应用、网页加载优化等领域。
多媒体数据常用压缩标准
MPEG（Motion Picture Experts Group ）标准是ISO/IEC委员会针对全活动视频 的压缩标准系列，包含MPEG-1、MPEG-2 、MPEG-4、MPEG-7、MPEG-21等。
MPEG-1:适用于传输速率为1.5Mbps的数字电视标
准,91年提出草案,93年8月公布
JPEG确定的图像压缩标准的目标是：
编码器应该可由用户设置参数，以便用 户在压缩比和图像质量之间权衡折衷
标准可适用任意类连续色调的数字静止 图像，不限制图像的景像内容
计算复杂度适中，只需一定能力的CPU 就可实现，而不要求很高档的计算机，复 杂的软件本身要易于操作
定义了两种基本压缩编码算法和4种编码 模式
MPEG-2:适用于传输速率为10Mbps 的数字电视标
准,93年提出草案,94年11月公布
MPEG-3:适用于传输速率为40Mbps 的数 字电视标
准,已被MPEG-2取代
MPEG-4:1999年12月公布的多媒体应用标准
MPEG-7:多媒体内容描述接口标准,98年提出,2001
年完成并公布
MPEG-21:正式名称是Multimedia Ｆramework(多媒体
终形成清晰的图像。
下面是顺序模式和渐进模式的示意图
顺序模式 渐进模式
无失真编码模式 采用一维或二维的空间域
DPCM和熵编码。由于输入图像已经是数字化 的，经过空间域的DPCM之后，预测误差值也 是一个离散量，因此可以不再量化而实现无失 真编码。
分层编码模式 这是对一幅原始图像的空间
分辨率，分成多个分辨率进行“锥形”的编码方 法，水平(垂直)方向分辨率的下降 以2的倍数因子改变,先对分辨率最 低的一层图像进行编码，然后将经 过内插的该层图像作为下一层图像 的预测值，再对预测误差进行编码，
JPEG2000图像压缩算法标准
JPEG2000图像压缩算法标准摘要：JPEG2000是为适应不断发展的图像压缩应用而出现的新的静止图像压缩标准。
本文介绍了JPEG2000图像编码系统的实现过程, 对其中采用的基本算法和关键技术进行了描述，介绍了这一新标准的特点及应用场合，并对其性能进行了分析。
关键词：JPEG2000；图像压缩；基本原理；感兴趣区域引言随着多媒体技术的不断运用，图像压缩要求更高的性能和新的特征。
为了满足静止图像在特殊领域编码的需求，JPEG2000作为一个新的标准处于不断的发展中。
它不仅希望提供优于现行标准的失真率和个人图像压缩性能，而且还可以提供一些现行标准不能有效地实现甚至在很多情况下完全无法实现的功能和特性。
这种新的标准更加注重图像的可伸缩表述。
所以就可以在任意给定的分辨率级别上来提供一个低质量的图像恢复，或者在要求的分辨率和信噪比的情况下提取图像的部分区域。
1.JPEG2000的基本介绍及优势相信大家对JPEG这种图像格式都非常熟悉，在我们日常所接触的图像中，绝大多数都是JPEG格式的。
JPEG的全称为Joint Photographic Experts Group，它是一个在国际标准组织(ISO)下从事静态图像压缩标准制定的委员会，它制定出了第一套国际静态图像压缩标准：ISO 10918－1，俗称JPEG。
由于相对于BMP等格式而言，品质相差无己的JPEG格式能让图像文件“苗条”很多，无论是传送还是保存都非常方便，因此JPEG格式在推出后大受欢迎。
随着网络的发展，JPEG的应用更加广泛，目前网站上80％的图像都采用JPEG格式。
但是，随着多媒体应用领域的快速增长，传统JPEG压缩技术已无法满足人们对数字化多媒体图像资料的要求：网上JPEG图像只能一行一行地下载，直到全部下载完毕，才可以看到整个图像，如果只对图像的局部感兴趣也只能将整个图片载下来再处理；JPEG格式的图像文件体积仍然嫌大；JPEG格式属于有损压缩，当被压缩的图像上有大片近似颜色时，会出现马赛克现象；同样由于有损压缩的原因，许多对图像质量要求较高的应用JPEG无法胜任。
JPEG、MPEG标准简介
７ ５
也 就是说 ， 图像 的主要 信 息包 含在 Ｙ 分 量 中． 因而 ， 的量化级 别 比 Ｕ、 的量 化级 别 多一些 ， Ｙ Ｖ 即对 Ｙ 分量 采
用 细量化 ， Ｕ、 采 用粗量 化 ， 对 Ｖ 进一 步提 高压 缩 比． ＧＢ格 式 与 ＹＵＶ 格式 之 间的转 化方 式是 ： Ｒ
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（ ｔｎ１ ｏ ｉ ａ ｐｏ ）
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我 们都 知 道 ， 始 的 彩 色 图像 ， 般 由红 、 、 三 原 一 绿 蓝 种基 色 的 图像 组 成． 而人 的视 觉 系统对 彩 色 色度 的感 然 觉 和 亮 度 的敏 感 性 是 不 同 的 ， 这 里 ， 先 介 绍 一 下 在 首 ＹＵＶ 格 式． 这 种 格 式 中 ， 分 量 的 物 理 含 义 就 是 亮 在 Ｙ
ｏ ｅｃ ｐａｅｆ ａＪ ｒ ａｈ ｌ ｃ ｎ ｎ ｓ
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度 ， 和 Ｖ 分 量代 表 了色 差信 号 ． Ｕ Ｙ分 量包 含 了灰度 图
的所 有 信息 ， 只用 Ｙ 分量 就 完 全 能表 示 出一 幅灰 度 图 ， 当同时 考虑 Ｕ、 分量 时 ， Ｖ 就能够 表示 彩 色信 息 ， 样一 这 来 ， 同一种 表示 方法 可 以很方 便 的在灰 度 和彩 色 图之 用
方 便 ．
［ 键 词 ］ 多 媒 体 ； 缩 ； ＰＥＧ ； ＰＥＧ 关 压 Ｊ Ｍ
［ 章 编 号 ］ １ ７ — ０ ７ ２ ０ ） ２ ０ ７ — ３ ［ 图 分 类 号 ］ ＴＰ３ １ ［ 献 标 识 ｔ ３ Ａ 文 ６ ２２ ２ （ ０ ６ ０ —０ ４０ 中 ９ 文 ｉ ！ ￣
静态图像压缩JPEG2000标准
4) JPEG2000能方便的实现对码流的随机存取与处理，保证位错误的鲁棒性。
5) JPEG2000支持所谓的感兴趣区域特性，你可以任意指定图像上你感兴趣区域的压缩质量，还可以选择指定的部份先解压缩，这样我们就可以很方便的突出图片中的重点进行浏览。
(3)JPEG2000图片的压缩
目前有很多公司、机构提供了JPEG2000的压缩工具及编解码器。主要有LuraWave SmartCompress Freeware for Windows、Elecard Wavelet Image Compressor等。其中以LuraTech的LuraWave SmartCompress 及相应编码器生成的LuraWave（lwf）格式最有名。
2. JPEG2000标准
随着多媒体应用领域的激增，传统JPEG压缩技术已无法满足人们对多媒体图像资料的要求。因此，更高压缩率以及更多新功能的新一代静态图像压缩技术 JPEG 2000 随之诞生。
JPEG2000标准同样由JPEG 组织负责制定。自1997年3月开始筹划，于2000年3月出台。其标准号为ISO 15444。
(1)JPEG标准的组成部分
JPEG标准包括基于DPCM（差分脉冲编码调制）的无损压缩编码，基于DCT（离散余弦变换）和Fuffman编码的有损压缩算法两个部分。前者不会产生失真，但压缩比很小；后一种算法进行图像压缩信息虽有损失，但压缩比可以很大，例如压缩20倍左右时，人眼基本上看不出失真。目前我们对JPEG标准的应用主要是步骤
JPEG算法操作可分成以下三个基本步骤：
1) 通过离散余弦变换（DCT）去除数据冗余。
2) 使用量化表对DCT系数进行量化，量化表是根据人类视觉系统和压缩图像类型的特点进行优化的量化系数矩阵。
2023军队文职公开招聘笔试《艺术设计》备考真题库及答案
2023军队文职公开招聘笔试《艺术设计》备考真题库及答案学校:________ 班级:________ 姓名:________ 考号:________一、单选题(45题)1.静态图像压缩标准JPEG2000中使用的是（）算法A.离散余弦变换B.K-L变换C.离散正弦变换D.离散小波变换2. 在艺术的本质问题上，提出“美是生活”观点的是( )A.黑格尔B.普洛丁C.车尔尼雪夫斯基D.柏拉图3.主要应用在现代包装设计、商业美术设计、书籍装帧设计中的是（）。
A.新古典组合字体B.手写组合字体C.透视组合字体D.雕刻组合字体4.在Flash中，（）是指图形物体的位臵、大小及透明度发生变化。
A.形状补间动画B.动作补间动画C.逐帧动画D.引导动画5.在中国美学史上，自然美开始作为独立的审美形态出现在( )A.先秦B.秦汉C.魏晋D.隋唐6.以下关于摄像头的说法中，正确的是（）。
A.摄像头与计算机相连，所以只有数字摄像头B.摄像头分为数字摄像头和模拟摄像头两大类C.摄像头就是摄像用的，所以只有模拟摄像头D.摄像头并不区分数字的和模拟的，是一样的7.一幅256×256的图像，若灰度级数为16，则存储它所需的比特数是：（）A.256KB.512KC.1MD.2M8.（）被视为德国现代设计之父。
A.沃尔特·提格B.安迪·沃霍尔C.彼得·贝伦斯D.阿尔托9.西方园林是以法国为代表的欧洲园林，最早形成于公元前5世纪的（）A.古罗马B.古希腊C.古埃及D.文艺复兴时期10.在Authorware中，如果希望使用任意形状的响应区域来响应用户的操作，应使用（）响应类型。
A.按钮响应B.热对象响应C.目标区响应D.热区域响应11.在Authorware中，当用声音图标中的音乐做为背景音时，其执行方式需设为（）。
A.返回B.等待直到完成C.同时D.以上选项都不对12.功能是实用性产品设计的核心……用、经济、美观”的功能设计三原则。
jpeg压缩编码标准
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。
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及JPEG2000精讲
依次类推，可以得到这个8*8的子块经压缩后最后的数据流为01111， 1101101，000，000，000，111000，1010 （31位）
新一代静态图像压缩标准---JPEG2000
1. JPEG2000概述
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，这样组织的数 据通常称为JPEG位数据流。
举例：
1）假设量化后得到Q数组: 2） Z字形扫描后得1*64的数组 15，0，-2，-1，-1，-1，0，0，-1， 55个0
2
i0
16
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。
a .熵编码的中间符号表示 DC系数：
符号1 符号2 （尺寸）（幅值）
“尺寸”表示DC差值的幅值编码所需的比特数，由于计算 机中将负数存为反码或补码的形式，当幅值DIFF为负数时， DIFF的有效位数为（-DIFF）的有效位数。 AC系数：
符号1 符号2 （行程，尺寸）（幅值）
“行程”表示“Z”形扫描时所遇到前后两个非零AC系数之 间连续0 的个数；“尺寸”是后一个非零AC系数的幅值表示所 需要的比特数。
在计算二维的DCT变换时，也可使用下面的两个计算式进行 简化，把二维的DCT变换变成一维的DCT变换，如图3所示 为二维DCT变换方法。
静态图象压缩标准JPEG
图片1 图片1 Bmp 格式（900K） 格式（900K
图片2 图片2 JPEG格式（40K JPEG格式（40K）
你能分辨哪一幅是Bmp格式，哪一幅是JPEG格式吗？ 你能分辨哪一幅是Bmp格式，哪一幅是JPEG格式吗？
为什么会有如此大的差距呢？
JPEG采用了图象压缩的技术 采用了图象压缩的技术 采用了图象压缩
(3).量化处理 (3).量化处理
输入： 输入：对FDCT输出的DCT系数进行量化处 理 关键：找最小量化失真（误差）的量化器。 关键 作用：在一定主观保真度图象质量前提下， 作用 丢掉那些对视觉影响不大的信息，通过量化 可调节数据压缩比。 输出：DC系数（直流）和AC系数（交流）
JPEG采用线性均匀量化器，定义 为对64个DCT系数除以量化步长，再四舍 五入取整。 F (u,v) = Integer Round [F(u,v) / Q(u,v)] Q(u,v)：量化器步长，是量化表的元素。
本节重点内容
JPEG标准的基本系统中压缩过程有哪几 步，以及各步的工作原理是什么？
2.3.1 JPEG标准的主要内容 JPEG标准的主要内容
JPEG标准选定ADCT作为静态图象压缩 的标准化算法 本标准有两大分类。
第一类方式以DCT为基础 缺点：含有量化过程、非可逆 优点：变换系数较少，还原质量高 第二类方式以二维空间DPCM为基础 缺点：压缩率低 优点：可完全复原
(4).熵编码 (4).熵编码
为了进一步压缩数据，需对DC码和AC行 程编码的码字再做基于统计特性的熵编 码。 JPEG建议的熵编码是Huffman编码和自 适应二进制编码。 输入：DC码和AC行程编码的码字。 输出：压缩后的数据。
熵编码可分成两步进行 （1）先把DC码和形成编码转换成中间符 号序列。 （2）然后给这些符号赋予变长码字。
静态图像压缩标准JPEG
02
JPEG压缩算法原理
离散余弦变换（DCT）
离散余弦变换（DCT）是一种将图像从空间域变换到频域的算法，通过将图像分解 为余弦函数的和，实现图像数据的压缩。
DCT将图像分为8x8的块，对每个块进行DCT变换，将每个像素点的灰度值转换 为一系列余弦函数的系数，保留主要的低频分量，去除次要的细节分量，达到压 缩的目的。
2
JPEG压缩算法能够有效地去除图像中的冗余信息， 减小图像文件大小，同时保持较高的图像质量。
3
在数字相机中，JPEG压缩技术广泛应用于各种型 号和品牌的相机中，成为存储图像的默认格式之 一。
网络传输中的JPEG图像压缩
01
在网络传输中，由于带宽限制 和传输效率的需求，需要对图 像进行压缩以减小传输时间和 数据量。
逐行采样（Progressive mode）
图像从粗糙到精细的顺序进行采样，先输出低分辨率的图像，然后逐渐增加分辨率。
顺序采样（Sequential mode）
图像按照像素的顺序逐行进行采样，每一行都采样一次。
分层采样（Tiled mode）
将图像分成若干个小的区域，每个区域独立进行采样。
量化表（Quantization Table）
静态图像压缩标准JPEG
• JPEG标准概述 • JPEG压缩算法原理 • JPEG标准的主要技术参数 • JPEG标准与其他图像压缩标准的比较 • JPEG标准的应用案例
01
JPEG标准概述
JPEG标准的发展历程
01
02
03
1986年
JPEG标准第一版发布，支 持基本压缩算法。
第11章 静态图像压缩标准JPEG
DCT变换频率域的理解
多媒体技术基础与应用
JPEG的量化
DCT变换的作用是使空间域的能量重新分布， 降低图像的相关性。DCT变换本身并不能达到数 据压缩的作用，而要实现图像压缩，就要选择适 当的比特分配方案和量化方法。 量化的作用是在保证主观图像质量的前提下， 丢掉那些对视觉效果影响不大的信息。量化是一 种降低精度的过程，所以是有损的。
多媒体技术基础与应用
RG体技术基础与应用
各分量的采样
颜色空间的转换后，然后进行各分量的采样，其
目的是使采集到的图像数据有所减少。也就是减 少色度的成份（称为"缩减采样"或"色度采样"。 在JPEG上这种缩减取样的比例可以是4:4:4（无 缩减取样），4:2:2（即Y取4个8×8的宏块， CbCr各取2个8×8的宏块）。
相邻的子块DC系数的差值可用公式 表示为：
多媒体技术基础与应用
交流系数（AC）编码与Z形扫描
频率矩阵中有63个元素是交流(AC)系 数，可采用行程编码进行压缩。需要考虑 的问题是：这63个系数应该按照怎么样的 顺序排列？为了保证低频分量先出现，高 频分量后出现，这63个元素采用了“之” 字型(Zig-Zag)的排列方法，称之为Z形扫描。
多媒体技术基础与应用
JPEG2000图像不同压缩示例
多媒体技术基础与应用
支持“感兴趣区域”
多媒体技术基础与应用
多媒体技术基础与应用
熵编码
量化仅生成了DCT系数的一种有效的离 散表示，实际传输前，还须对其进行比特 流编码，产生用于传输的数字比特流。简 单的编码方法是采用定长码，即每个量化 值以同样数目的比特表示，但这种方法的 效率较低。而采用熵编码可以提高编码效 率。熵编码中使用较多的一种是霍夫曼编 码。
JPEG图像压缩算法及其实现
JPEG图像压缩算法及其实现⼀、JEPG压缩算法（标准）(⼀)JPEG压缩标准JPEG(Joint Photographic Experts Group)是⼀个由ISO/IEC JTC1/SC2/WG8和CCITT VIII/NIC于1986年底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。
迄今为⽌，该组织已经指定了3个静⽌图像编码标准，分别为JPEG、JPEG-LS和JPEG2000。
这个专家组于1991年前后指定完毕第⼀个静⽌图像压缩标准JPEG标准，并且成为国际上通⽤的标准。
JPEG标准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静⽌图像压缩算法，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。
使⽤⽆损压缩算法时，其压缩⽐⽐较低，但可保证图像不失真。
使⽤有损压缩算法时，其算法实现较为复杂，但其压缩⽐⼤，按25：1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。
JPEG有4种⼯作模式，分别为顺序编码，渐近编码，⽆失真编码和分层编码，他们有各⾃的应⽤场合，其中基于顺序编码⼯作模式的JPEG压缩系统也称为基本系统，该系统采⽤单遍扫描完成⼀个图像分量的编码，扫描次序从左到右、从上到下，基本系统要求图像像素的各个⾊彩分量都是8bit，并可通过量化线性地改变DCT系统的量化结果来调整图像质量和压缩⽐。
下⾯介绍图像压缩采⽤基于DCT的顺序模式有损压缩算法，该算法下的JPEG压缩为基本系统。
(⼆)JPEG压缩基本系统编码器JPEG压缩是有损压缩，它利⽤了⼈的视觉系统的特性，将量化和⽆损压缩编码相结合来去掉视觉的冗余信息和数据本⾝的冗余信息。
基于基本系统的JPEG压缩编码器框图如图1所⽰，该编码器是对单个图像分量的处理，对于多个分量的图像，则⾸先应将图像多分量按照⼀定顺序和⽐例组成若⼲个最⼩压缩单元（MCU），然后同样按该编码器对每个MCU各个分量进⾏独⽴编码处理，最终图像压缩数据将由多个MCU压缩数据组成。
MATLAB实现JPEG标准下的静态图像压缩
MATLAB实现JPEG标准下的静态图像压缩1引言众所周知，原始图像数据会占用大量的存储空间，对于需要大量存储和传输图像的应用领域，需要有效的方法来存储及传输这些图像文件。
因此，对图像信息进行一定的压缩处理成为一个不可或缺的重要环节。
图像数据压缩是指在满足一定图像质量的情况下,用尽可能少的数据量来表示图像。
通常情况下，图像中含有大量的冗余信息，图像压缩的目的就是通过消除这种冗余性，减少图像的存储空间，即保留不确定的信息，去掉确定的信息，也就是用一种更接近信息本质的描述来代替原有冗余的描述。
2图像数据压缩系统2.1图像数据压缩系统的组成典型的图像数据压缩系统的组成如下：（1）变换器由于图像中大量冗余信息的存在，去除图像相关性是提高编码效率的一个很重要的步骤。
变换器是无损变换过程，变换后的图像可以无失真恢复原始图像。
（2）量化器生成一组有限个离散符号来表示压缩的图像。
量化过程是一个幅值离散的过程，它是不可逆的，也是有损耗的。
（3）编码器给量化器输出的每个符号指定一个码字，即二进制位流。
编码器可以使用定长编码或变长编码，变长编码又称为熵编码。
图像符号的编码过程和变换过程一样是无损耗的，即编码和解码过程是可逆过程。
2.2图像压缩系统评价不同的图像压缩系统，由于其应用环境与处理目标不尽相同，因此系统结构和具体算法的选择是千变万化的。
为了对图像系统的性能有一个统一和全面的评价，我们通常从恢复图像质量，压缩率，算法复杂度以及通信时延几个方面来考察一个图像处理系统的压缩效果和可实现性及实用性。
压缩比就是原始图像大小与采用某种算法压缩后的图像大小的比值。
恢复图像的高质量与高压缩比总是一对矛盾，因此这一对矛盾解决得好坏就成了评判压缩算法优劣的重要标准。
3 JPEG标准由国际标准化组织（ISO/IEC）与国际电报电话咨询委员会（CCITT）联合发起的联合图像专家组，在图像编码研究成果的基础上于20世纪90年代初制定了静止图像的编码标准，简称JPEG（Joint Photographic Expert Group）标准[1]。
静态图像压缩标准JPEG
其余63个交流系数采用行程编码，使用Z字
形扫描方式可以增加连续零系数的个数，也就是
增加零值的游程长度。图1-9为Z字形扫描轨迹图。 从左上方AC01开始，沿对角线方向，直到AC77 扫描结束。63个AC系数行程编码的码字，可用2 个字节来表示，如图1-10所示。
1.2 JPEG压缩基本处理算法
图1-9 Z字形扫描
经过DCT变换后，DCT系数间的相关性
已经显现出来，即左上角的系数值大，而右下
角的系数值小，为数据压缩创造了必要条件。
但这种相关性还不是十分明显，要最终实现数
据压缩，还需要进一步降低非零系数的幅值，
增加零值系数的数量，从而进一步提高F矩阵的 相关性。为此还要对变换后的DCT系数进行量 化，来减少表示每个DCT系数所使用的位数， 另外可以增加零值系数，提高压缩比。
1.2 JPEG压缩基本处理算法
表1-1 亮度量化表
表1-2 色度量化表
1.2 JPEG压缩基本处理算法
对DCT系数的量化是基于限失真编码理
论进行的，量化是造成图像质量下降的最主要
的原因。其作用是在一定的主观保真度图像质
量的前提下，丢掉那些对视觉效果影响不大的
信息，失真度在人的视觉所能接受的容限之内。
专家组开发的算法称为JPEG算法，并于1991年
正式成为国际标准，编号为ISO/IEC10918，现
常称为JPEG标准。JPEG是一个使用范围很广
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。
1.1 JPEG压缩算法简介
JPEG的目的是为了给出一个连续色调图像的压
缩方法使之满足以下要求：
1.2 JPEG压缩基本处理算法
4.DC系数差值编码和AC系数的行程编码
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（5）重复步骤3、4直到图像达到完整的分辨率。
在必须使用低分辨率的设备来存取或观察高分辨率图象的应用中，这种方
式非常有效。
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基于DPCM的无损编码模式
为了满足无失真压缩的需要， JPEG选择的一种简单的预测编码方
式。
优点：硬件容易实现，图象重建质量好 缺点：压缩比太低（2：1）
无失真编码器
特点
有损压缩，利用了人的视觉系统的特性，量化和无损压缩编码相结合去掉 视觉的冗余信息和数据本身的冗余信息；适应于灰度图像和彩色图像； 利用人的视觉特性，25:1的压缩比可以得到很好的质量
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JPEG背景简介
主要压缩算法
离散余弦变换 (Discrete Cosine Transform ,DCT) 为基础的有损压缩算
静态图像压缩标准JPEG
Dylan
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JPEG背景简介
PNG格式 591kb
JPEG格式 66kb
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JPEG背景简介
名称由来
JPEG 是联合图片专家组 (Joint Photographic Experts Group) ，是由 ISO
和 IEC 两个组织机构联合组成的专家组制定的静态图像压缩标准；于 1991年发行标准草案
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谢谢观看
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用大的值量化，量化的结果将会在高频部分出现大量的0）
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基于DCT的顺序编码模式
4.DC（直流）系数的编码和AC（交流）系数的行程编码
5.熵编码(entropy coding)：哈夫曼或算术编码
基于DCT的编码过程如下
量化表
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矩阵分块
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DCT变换
离散余弦变换(DCT)
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基于DCT的渐进编码模式
与顺序模式编码步骤基本一致
图像分量编码经过多次扫描完成 按频段渐进
一次扫描中，只对DCT变换中的某些频段的系数进行编码传送，然后累进
的方式对其他频段进行编码与传送，直至将全部系数传递完毕
按位渐进
对DCT系数按照其数位由高至低分成若干段，依次对各段进行压缩编码， 先对最有效位的N位进行编码传送，直至将全部系数传递完毕
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编码方式
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熵编码
为了进一步压缩数据，需对DC码和AC行程编码的码字再做基于统计特性的
熵编码
JPEG建议的熵编码是Huffman编码和自适应二进制编码 Huffman编码:依据字符出现概率来构造异字头的平均长度最短的码字 自适应二进制编码:把整个输入的消息编码为一个数，一个满足(0.0 ≤ n < 1.0)的小数,自适应算术编码中，信源符号的概率根据编码时符号出现 的频繁程度动态地进行修改
X的离散余弦变换(DCT)为Y（X ,Y是N×N矩阵 ）
正变换FDCT
Y = AXAT
逆变换IDCT
X = AT YA
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量化处理
JPEG采用线性均匀量化器，定义为对64个DCT系数除以量化步长，再四舍
五入取整。
FQ(u,v) = Integer Round [F(u,v) / Q(u,v)] （Q(u,v)：量化器步长，是量化表的元素） 量化表系数随DCT系数的位置和彩色分量不同有不同的值，尺寸为8*8，与
基于DCT的顺序编码模式
1.将图像从RGB空间变换到YUV空间（用亮度、色差表示原图像）
2. 将图像矩阵分块，对每一块单独进行 DCT 变换。 DCT 变换矩阵的大小为
8×8。（根据人眼对亮度信号比对色度信号更加敏感的生理特性，对Y分 量划分为8×8块，对U、V分量划分为16×16的块。U、V分量的每一块舍弃 1/2的信息后形成一个8×8的矩阵。） 3. 对变换后的DCT矩阵进行量化处理（低频部分用小的值量化，高频部分
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基于DCT的渐进编码模式
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基于DCT的分层编码模式
（1）降低原始图像的空间分辨率。
（2）对已经降低分辨率的图像按照顺序编码模式进行压缩并存储或传输。
（3）对低分辨率图像进行解码，然后用插值法提高图像的分辨率。
（4）将分辨率已经升高的图像作为原图像的预测值，并把它与原图像的
差值进行基于DCT的编码。
法 基于DCT的顺序编码模式（单遍扫描完成一个图像分量的编码） 基于DCT的渐进编码模式（多次扫描，由粗到精的渐进码流结构）
基于DCT的分层编码模式（多分辨率的码流结构）
差值脉冲编码（ Differential Pulse-Code Modulation ,DPCM ）为基础
的无损压缩算法
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64个变换系数一一对应。
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编码方式
DCT变换后，能量集中在左上角。
由于两个相邻的 8×8 子块的 DC 系数相差很小，采用DPCM 对直流 (DC)系
数单独编码。
其它63个元素是交流(AC)系数，采用行程编码。
为了保证低频分量先出现，高频分量后出现，同时增加连续“0”的个数，
采用Zig-Zag的排列方法。
源图像 数据
预测器
熵编码器
压缩的图 像数据
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基于DPCM的无损编码模式
二维预测编码
一元预测式 预测式 Px=a c a b Rx 二元预测式 被预测像素Rx与预测 像素（a,b,c）关系 在编码器中 Ex=Rx - Px 在解码器中Rx=Ex + Px Px=b Px=c Px=a+b+c Px=a+(b-c)/2 Px=b+(a-c)/2 Px=(a+b)/2