JPEG(Joint Photographic Experts Group)是联合图像专家小组的英文缩写。它由国际电话与电报咨询委员会CCITT(The International Telegraph and Telephone Consultative Committee)与国际标准化组织ISO于1986年联合成立的一个小组,负责制定静态数字图像的编码标准。

     


一.JPEG编码器和解码器的基本系统结构。


1.1 JPEG文件格式简介

  

     常用的标记有SOI、APP0、DQT、SOF0、DHT、DRI、SOS、EOI。注意,SOI等都是标记的名称。在文件中,标记码是以标记代码形式出现。例如SOI的标记代码为0xFFD8,即在JPEG文件中的如果出现数据0xFFD8,则表示此处为一个SOI标记。


1.2 JPEG编解码基本过程

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                     JPEG基本系统结构

 


二 ,JPEG编码过程。

   2.1 


RGB介绍:
      


YUV介绍:
      


YUV与RGB相互转换的公式如下(RGB取值均为0-255):

   Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B
  U = -0.147R - 0.289G + 0.436B
  V = 0.615R - 0.515G - 0.100B
  R = Y + 1.14V
  G = Y - 0.39U - 0.58V
  B = Y + 2.03U


2.2 将图像8*8分块

    将原始图像转换为YUV格式后,对图像按一定的采样格式进行采样,常见的格式有4:4:4,4:2:2和4:2:0。

    取样完成后,将图像按8*8(pixel)划分成MCU。 


2.3 

   离散余弦变换DCT(Discrete Cosine Transform)是数码率压缩需要常用的一个变换编码方法。任何连续的实对称函数的付立叶变换中只含余弦项,因此余弦变换与付立叶变换一样有明确的物理意义。DCT是先将整体图像分成N*N像素块,然后对N*N像素块逐一进行DCT变换。由于大多数图像的高频分量较小,相应于图像高频分量的系数经常为零,加上人眼对高频成分的失真不太敏感,所以可用更粗的量化。

  

   

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   其中N是像块的水平、垂直像素数,一般取N=8。N大于8时效率增加不多而复杂性大为增加。8*8的二维数据块经DCT后变成8*8个变换系数,这些系数都有明确的物理意义。譬如当U=0,V=0时F(0,0)是原64个样值的平均,相当于直流分量,随着U,V值增加,相应系数分别代表逐步增加的水平空间频率和垂直空间频率分量的大小。当我们先只考虑水平方向上一行数据(8个像素)的情况时,如图所示:


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   可见图像信号被分解成为直流成分;以及从低频到高频的各种余弦成分;而DCT系数只是表示了该种成分所占原图像信号的份额大小;显然,恢复图像信息可以表示为这样一个矩阵形式:F(n)=C(n)*E(n)

  式中E(n)是一个基底 ,C(n)是DCT系数,F(n)则是图像信号。

  如果再考虑垂直方向上的变化,那么,就需要一个二维的基底,即该基底不仅要反映水平方向频率的变化;而且要反映垂直空间频率的变化;对应于8*8的像素块;其空间基底如图2所示:它是由64个像素值所组成的图像,通常也称之为基本图像。把它们称为基本图像是因为在离散余弦变换的反变换式中,任何像块都可以表示成64个系数的不同大小的组合。既然基本图像相当于变换域中的单一的系数,那么任何像元也可以看成由64个不同幅度的基本图像的组合。这与任何信号可以分解成基波和不同幅度的谐波的组合具有相同的物理意义。

作者:quennel