ＪＰＥＧ压缩技术 宫泽林黑龙江科技学院１ ５００２７ 可以保证重建图像数据与原始图像数据完全 相同。 基于ＤＣＴ的扩展过程和无失真过程是 可选扩展，对一些特定的应用项目有很大实 用价值。基本顺序过程是ＪＰＥＧ最基本的压 缩过程：符合ＪＰＥＧ标准的硬软件编码／解码 器都必须支持和实现这个过程。 ＪＰＥＧ标准压缩过程由顺序的３个步骤 组成：①ＤＣＴ计算：通过离散余弦变换 （ＤＣＴ）去除数据冗余。②量化：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。③熵编码：对量化后的 ＤＣＴ系数进行编码使其熵达到最小，熵编 码采用Ｆｕｆｆｍａｎ可变字长编码。 ＪＰＥＧ压缩的时间先将一幅原始图像转 换为自己的色彩系统，然后对其中各个色彩 分量按照人眼特点作不同的取样，经由离散 余弦变换转换从空间域变为频域，接着将变 换后的数据量化以丢弃无用信息，然后用预 编码、游程编码和熵编码对量化后的系数进 行编码得到压缩数据，最后将色彩分量信息， 量化表，编码表和各个色彩分量的压缩数据 等混合成一个整体数据流，即形成ＪＰＥＧ文 件。解码过程和编码的时候刚好相反，ＪＰＥＧ 解码器先从数据流中获取解码所必须的信息 （色彩分量信息，量化表和编码表等），然后将 各个色彩分量分别解码。ＪＰＥＧ标准的压缩 编码与解码是有失真的，变换后系数的量化 是引起失真的主要原因。压缩的效果与图像 内容本身有较大的关系，高频成份少的图像 比高频成份多的图像可获得更高的压缩比， 而图像仍有较好的质量。 ＪＰＥＧ压缩算法对于中等复杂程度的彩 色图像，其压缩比与恢复图像的质量大致如 下所示（原始图像每像素８比特）： 压缩效果（比特／像素） 质量 ０．２５－－０．５０ 中好，满足一些特殊的应用 ０．５０－－０．７５很好，可以满足很多的应用 ＪＰＥＧ是对静止灰度或彩色图像的国际压缩标 准 它采用ＤＣＴ对静止图像进行压缩，允许用 不同的压缩比对文件进行压缩，支持多种压 缩级别，是目前网络上最流行的图像格式；具 有超强的压缩能力，卓越的图像品质。 图像压缩；ＪＰＥＧ；ＤＣＴ ＪＰＥＧ（ｊｏｉｎｔ ｐｉｃｔｕｒｅ ｅｘｐｅｒｔ ｇｒｏｕｐ）是 对静止灰度或彩色图像的压缩标准。１９８６年 由国际电报电话咨询委员会（ＣＣＩＴＩ）和国 际标准化协会（ＩＳＯ）两个国际组织联合成 立了一个联合专家小组（Ｊｏｉｎｔ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐ），ＪＥＥＧ是联合图像专家小 组的英文缩写。联合图像专家小组，多年来 直致力于标准化工作，他们开发研制出连 续色调、多级灰度、静止图像的数字图像压 缩编码方法。这个压缩编码方法称为ＪＰＥＧ 一算法。ＪＰＥＧ算法被确定为ＪＰＥＧ国际标准， 它是国际上彩色、灰度、静止图像的第一个 国际标准。ＪＰＥＧ标准是一个适用范围广泛 的通用标准。它不仅适于静图像的压缩，电 视图像序列的帧内图像的压缩编码也常采用 ＪＰＥＧ压缩标准，１９９２年正式成为国际标准。 ＪＰＥＧ专家组开发了两种基本的压缩算 法一种是采用以预测技术为基础的无损压 缩算法，另一种是采用以ＤＣＴ为基础的有 损压缩算法。使用有损压缩算法时，在压缩 比为２５：ｌ的情况下，压缩后还原得到的图像 与原始图像相比较，很难于找出它们之间的 存在的细微区别，正因为如此这种压缩算法 得到了广泛的应用。在失真方式中，又分只 处理取样比例为８位的基本模式和可以处理 取样比例１２位的扩展模式。 ／ＰＥＧ标准有三个范畴： （１）基于ＤＣＴ的扩展过程（Ｅｘｔｅｎｄｅｄ ＤＣＴ Ｂａｓｅｄ Ｐｒｏｃｅｓｓ）使用累进工作方式，采 用自适应算术编码过程。 （２）基本顺序过程（Ｂａｓｅｌｉｎｅ Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ）实现有损图像压缩，重建图像质 量达到人眼难以观察出来的要求。采用的是 ８ｘ８像素自适应ＤＣＴ算法、量化及Ｈｕｆｆｍａｎ 型的熵编码器。 （３）无失真过程（Ｌｏｓｓｌｅｓｓｓ Ｐｒｃｖ．ｅｓｓ）采 缩比率通常在ｌ０：１到４０：１之间，压缩比越 小，品质就越好；相反，压缩比越大，品质 就越差。比如可以把１．３７Ｍｂ的ＢＭＰ位图文 件压缩至２０．３ＫＢ。ＪＰＥＧ可以在图像质量和 文件尺寸之间找到平衡点。ＪＰＥＧ格式压缩 的主要是高频信息，对色彩的信息保留较 好，适合应用于互联网，可减少图像的传输 时间，可以支持２４ｂｉｔ真彩色，也普遍应用 于需要连续色调的图像。 ＪＰＥＧ格式是目前网络上最流行的图像 格式，是可以把文件压缩到最小的格式。在 Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ软件中以ＪＰＥＧ格式储存时，提供 从０ １０共１ １级压缩级别。经过多次比较， 采用第８级压缩为存储空间与图像质量兼得 的最佳比例。０级压缩比最高，但是图像品 质也是最差的。即使采用细节几乎无损的ｌ０ 级质量保存时，压缩比也可达到５：ｌ。例如 在以ＢＭＰ格式保存时得到４．２８ＭＢ图像文 件，在采用ＪＰＧ格式保存时，其文件仅为 １７８ＫＢ，压缩比达到２４：１。 ＪＰＥＧ的优点与缺点：ＪＰＥＧ是一种可逆 的压缩方式。ＪＰＥＧ的优点从算法过程来看 是：压缩比和图像质量可以调节，可以根据 需要进行折衷。压缩时选择的压缩比越高， 所需要的存储空间越少，还原后得到的图像 质量越差；反之，如果压缩比选得越低，所 需要的存储空间越大，还原后的图像质量越 高。ＪＰＥＧ图像文件比较小，这样就可以节 省磁盘空间，因此从网上下载时比较的节省 时间。它在自然景观与再现图片方面表现的 都很出色。但是ＪＰＥＧ压缩后的图像无法复 原，尽管ＪＰＥＧ也有无损压缩的几何算法，但 是这种压缩算法压缩比越大，丢掉的信息也 越多。ＪＰＥＧ是一种静止图像压缩算法，所 以只能处理静态图像，不能处理活动景物。 所以ＪＰＥＧ只适合压缩供人欣赏的图像而不 是供数据分析的图像。 ＪＰＥＧ的应用 由于ＪＰＥＧ具有超强的 压缩能力，卓越的图像品质，所以它在很短 的时间内就获得了极大的成功。目前各类浏 览器均支持ＪＰＥＧ这种图像格式，因为这种 格式的文件尺寸较小，所以下载速度快。 ＪＰＥＧ格式的应用非常广泛，特别是在网络 和光盘读物上，都能找到它的身影。目前 ＷＥＢ上８０％的图像都是ＪＰＥＧ格式，ｗｅｂ页 有可能以较短的下载时间提供大量精美的图 像，使得ＪＰＥＧ成为网络上最受欢迎的图像 格式。 ０．７５－－１．５０非常好，满足绝大多数应用 １．５０－－２．０ 很难与原始图像区别开 ［１］王长杰。浅析静态图像压缩标．一中国现 代教 装备．２００１年套色瓤｜ ［２］周乐．图像压缩技术ＪｐＥＧ与ＪＰＥＧ２ｏＯＯ． 禹裁 朱＆瞧鼠 ］杨晓刚．常见的图像压缩技术及图像格 式．钾霹＾世界．２ｏｏ４年１ Ｉ Ａ 用预测编码及Ｈｕｆｆｍａｎ编码（或算术编码）， ＪＰＥＧ压缩技术十分先进，可以用最少 的磁盘空间得到较好的图像品质，它用有损 压缩方式去除冗余的图像数据，在获得极高 的压缩率的同时能展现十分丰富生动的图 像。而且ＪＰＥＧ是一种很灵活的格式，具有 调节图像质量的功能，允许用不同的压缩比 例对文件进行压缩，支持多种压缩级别，压 ［４】曾国良，丁宗豪．静像数据压缩及其标曩 准ＪＰＥＧ（￣）．电视技术．１９９４年第４期 。 １１３
