基于JPG标准的图像压缩

摘要 本论文主要介绍了JPEG的编码和解码过程。该程序的编码部分能把一张BMP格式的图象进行JEPG编码，压缩成以二进制形式保存的文件；通过相应的解码程序又可以把图象解压缩出来。在图象传送过程中，我们经常采用JPEG格式对静态图象进行编码。JPEG基本系统是一种有损编码，无法完全恢复出原图象，信息有一定的丢失，称为有损压缩。尽管我们希望能够无损压缩，但是通常有损压缩的压缩比(即原图象占的字节数与压缩后图象占的字节数之比，压缩比越大，说明压缩效率越高)比无损压缩的高。JPEG编码先把图象色彩RBG变成亮度Y和色度Cr、Cb，它利用人的视觉对色度不敏感的特点，减少一部分色度数据，以达到压缩。 JPEG采取多种编码方式，包含有行程编码(Run Length Coding)和哈夫曼(Huffman)编码，有很高的压缩比。在编码前，先对数据进行分块，离散余弦变换（DCT）及量化，保留能量大的低频信号，丢弃高频信号以达到压缩。解码时，进行熵解码，反量化，反离散余弦变换（IDCT）。 关键字：JPEG;有损压缩;行程编码;哈夫曼编码 ? v:* {behavior:url(#default#VML);} o:* {behavior:url(#default#VML);} w:* {behavior:url(#default#VML);} .shape {behavior:url(#default#VML);} ?1、主要设计研究内容及关键技术 JPEG压缩格式是目前图像处理领域里面用得最广泛的一种图像压缩方式，本毕业设计将进行就JPEG标准对图像进行编、解码的研究。主要内容包括： 1．从BMP格式图像的文件中(未压缩)读出图像，并能显示。 ??? ?2．将BMP图像数据以JPEG标准压缩，保存为*.JPG文件。 3．要求能读出jpg文件，并显示在界面上 其中，JPEG的压缩实现主要分成四个步骤： ??? 1．颜色模式转换及采样； ??? 2．DCT变换（离散余弦变换）； 3．量化； 4．编码（有算术编码和霍夫曼编码两种，这里采用霍夫曼编码）。 一、颜色转换及采样 1．颜色转换：对BMP图像中的颜色数据进行由RGB一YCbCr的转换，Y表示亮度，Cb Cr分别表示蓝色度和红色度。转换公式： Y=0.2990R+0.5870G+0.1140B Cb=-0.1687R-0.3313G+0.5000B Cr=0.5000R-0.4187G-0.0813B 这样转换以后就得到三个新的基色值，对这三个基色值来讲，都可以当作一个独立的图像平面来进行压缩编码。 2．采样：颜色转换后，保留每一点的亮度值Y，而色度值Cb Cr则是每两点保留一点，在图像的行和列方向上都可执行颜色采样。如果采用的是1:1:1的采样比例，不用抽样。若采用的采样比是行列方向都是2:1:1，在行方向，每两点保留一点，列方向也是每两点保留一点，这样如果假设原来的CbCr矩阵大小为M*S，则经过2:1:1抽样之后成了M/2*s/2＝1/4M*S，只有原来的1/4了，图像大大缩小，如果想减小图像的失真度，则可行方向不抽样或列方向不抽样。 二、二维DCT变换 ??? 二维DCT变换公式为： F（u，v）= ??? 其中x,y代表图像数据矩阵中的某个数据值的坐标位置 ??? f(x,y)指图像数据矩阵中该点的资料值 ??? u,v指经过DCT变换后矩阵中的某数值点的坐标位置，在这里u=x,v=y ??? F(u,v)指经过DCT变换后该坐标点的资料值。 ??? 当u=0,v=0时，C(u)C(v)=1.414/2 ??? 当u>0,v>0时，C(u)C(v)=1,经过变换后的资料值F(u,v)称为频率系数(或 称DFT系数)。 三、量化 量化过程实质上是把亮度数据Y和色度数据Cb/Cr由时域转变成频域（DCT变换）并滤除高频分量的过程，由于人眼对高频分量不敏感，所以可以滤除高频分量，经过量化以后的每一个8*8数据块中，左上角第一个元素数据值为直流分量，称为DC，其余63个资料为交流分量，称为AC。 四、游程编码，ZIGZAG扫描 经过量化后的DCT系数矩阵，除DC值一般不为零外，AC系数大多是在零点附近的浮点数。经过取整以后，每一个8*8块中，有大量的AC系数的值为0。为了把尽可能多的其值为0的AC系数串在一起，以利于AC编码及提高压缩比，还必须把YCbCr矩阵中的每一个8*8块中的64个元素进行“之”字形排序（这样就可以做到把尽可能多的0串在一起）。