JPEG编码解码作业流程.doc

JPEG图片压缩算法流程详解
薛晓利
JPEG是JointPhotographicExportsGroup英文缩写，中文称之为联合图像专家小组。该小组从属于ISO国际原则化组织，重要负责定制静态数字图像编码办法，即所谓JPEG算法。JPEG专家组开发了两种基本压缩算法、两种熵编码办法、四种编码模式。如下所示：
压缩算法：
有损离散余弦变换DCT（DiscreteCosineTransform）
无损预测压缩技术；
熵编码办法：
Huffman编码；
算术编码；
编码模式：
基于DCT顺序模式：编码、解码通过一次扫描完毕；
基于DCT渐进模式：编码、解码需要多次扫描完毕，扫描效果由粗到精，逐级递增；
无损模式：基于DPCM，保证解码后完全精准恢复到原图像采样值；
层次模式：图像在各种空间辨别率中进行编码，可以依照需要只对低辨别率数据做解码，放弃高辨别率信息；
在实际应用中，JPEG图像编码算法使用大多是离散余弦变换、Huffman编码、顺序编码模式。这样方式，被人们称为JPEG基本系统。这里简介JPEG编码算法流程，也是针对基本系统而言。
基本系统JPEG压缩编码算法一共分为11个环节：颜色模式转换、采样、分块、离散余弦变换（DCT）、Zigzag扫描排序、量化、DC系数差分脉冲调制编码、DC系数中间格式计算、AC系数游程长度编码、AC系数中间格式计算、熵编码。下面，将一一简介这11个环节详细原理和计算过程。
颜色模式转换
JPEG采用是YCrCb颜色空间，而BMP采用是RGB颜色空间，要想对BMP图片进行压缩，一方面需要进行颜色空间转换。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)，三者普通以Y,U,V来表达，即用U代表Cb，用V代表Cr。RGB和YCrCb之间转换关系如下所示：
Y=++
Cb=--++128
Cr==-+128
普通来说，C值(涉及CbCr)应当是一种有符号数字,但这里通过加上128，使其变为8位无符号整数，从而以便数据存储和计算。
R=Y+(Cr-128)
G=Y-(Cb-128)-(Cr-128)
B=Y+(Cb-128)
采样
研究发现，人眼对亮度变换敏感度要比对色彩变换敏感度高出诸多。因而，咱们可以以为Y分量要比Cb,Cr分量重要多。在BMP图片中，RGB三个分量各采用一种字节进行采样，也就是咱们常听到RGB888模式；而JPEG图片中，普通采用两种采样方式：YUV411和YUV422，它们所代表意义是Y,Cb,Cr三个分量数据取样比例普通是4：1：1或者4：2：2（4：1：1含义就是：在2x2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。通过4:1:1采样解决后，每个单元中值分别有4个Y、1个U、1个V，只要用6个字节就可以存储了）。这样采样方式，虽然损失了一定精度但也在人眼不太察觉到范畴内减小了数据存储量。固然，JPEG格式里面也容许将每个点U,V值都记录下来；
分块
由于背面DCT变换是是对8x8子块进行解决，因而，在进行DCT变换之前必要把源图象数据进行分块。源图象中每点3个分量是交替浮现，先要把这3个分量分开，存储到3
张表中去。然后由左及右，由上到下依次读取8x8子块，存储在长度为64表中，即可以进行DCT变换。注意，编码时，程序从源数据中读取一种8x8数据块后，进行DCT变换，量化，编码，然后再读取、解决下一种8*8数据块。
,都需要先补成8倍数,使其可以进行一块块解决。将原始图像数据分为8*8数据单元矩阵之后，还必要将每个数值减去128，然后一一带入DCT变换公式，即可达到DCT变换目。图像数据值必要减去128，是由于DCT公式所接受数字范畴是-128到127之间。
离散余弦变换
DCT（DiscreteCosineTransform，离散余弦变换），是码率压缩中惯用一种变换编码办法。任何持续实对称函数傅里叶变换中只具有余弦项，因而，余弦变换同傅里叶变换同样具备明确物理意义。DCT是先将整体图像提成N*N像素块，然后针对N*N像素块逐个进行DCT操作。需要提示是，JPEG编码过程需要进行正向离散余弦变换，而解码过程则需要反向离散余弦变换。
正向离散余弦变换计算公式：
反向离散余弦变换计算公式：
这里N是水平、垂直方向像素数目，普通取值为8。8*8二维像素块通过DCT操作之后，就得到了8*8变换系数矩