1、 多媒体信息处理综合课程设计 JPEG 编解码编解码方法设计与实现方法设计与实现 学院学院 专业：专业： 班级：班级： 姓名：姓名： 2014 年年 1 月月 1. 设计目的 3 2. 实验设备及材料 3 3. 设计要求 3 4. 原理 . 3 4.1 JPEG 3 4.2 JPEG 压缩中图像文件的格式 . 4 4.3JPEG 编码原理 . 5 4.3.1 离散余弦变换 . 6 4.3.2 量化 6 4.3.3 行程编码和熵编码 7 5. 程序设计 9 6. 实验结果 18 7. 总结 . 20 1. 设计目的设计目的 1掌握 JPEG 编解码的基本原理和方法。 2学习使用程序设计环境。 3
2、使用设计框架构造应用程序。 4掌握 JPEG 编码、解码实现。 2. 实验设备及材料实验设备及材料 1.PC 机一台 2. MATLAB 3. 设计要求设计要求 拍摄 BMP 图像，利用算法程序将摄入的图像进行编码，产生 JPEG 压缩图 像，生成解压缩图像送显示设备显示，对视觉压缩结果进行评价并计算压缩比。 4. 原理原理 4.1 JPEG JPEG（Joint Photographic Experts Group） 是在国际标准化组织(ISO)领导之下 制定静态图像压缩标准的委员会，第一套国际静态图像压缩标准 ISO 10918-1(JPEG)就是该委员会制定的。由于 JPEG 优良的品质
3、，使他在短短几年内 获得了成功，被广泛应用于互联网和数码相机领域，网站上 80%的图像都采用了 JPEG 压缩标准。 JPEG 本身只有描述如何将一个影像转换为字节的数据串流（streaming）， 但并没有说明这些字节如何在任何特定的储存媒体上被封存起来。 .jpeg/.jpg 是最 常用的图像文件格式，由一个软件开发联合会组织制定，是一种有损压缩格式， 能够将图像压缩在很小的储存空间，图像中重复或不重要的资料会被丢失，因此 容易造成图像数据的损伤。尤其是使用过高的压缩比例，将使最终解压缩后恢复 的图像质量明显降低， 如果追求高品质图像， 不宜采用过高压缩比例。 但是 JPEG 压缩技术十分
4、先进，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，换句话说，就是可以用最少的磁盘空间得 到较好的图像品质。 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， 压缩比率通常在 10： 1 到 40：1 之间，压缩比越大，品质就越低；相反地，品质就越高。比如可以把 137Mb 的 BMP 位图文件压缩至 203KB。当然也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
5、真彩色，也普遍应 用于需要连续色调的图像 4.2 JPEG 压缩中图像文件的格式压缩中图像文件的格式 由于图像数据文件的格式有很多，如 GIF、TIFF、PCX、TGA、BMP、 JPEG 等。而现在实现的是 BMP 和 JPEG 的相互转换，所以要具体介绍 BMP 和 JPEG 文件的格式。 BMP 图像采用 RGB（Red Green Blue）色彩模型，将各种颜色视为为红， 绿，蓝（R，G，B）三个部分的组合。由于一幅图像中许多像素对应的颜色是相 同的，BMP 图像中采用了一个表：表中的每一行记录一种颜色的R，G，B值。 这样，当表示一个象素的颜色时，只需要指出该颜色是在第几行，即该颜色
6、在 表中的索引值，这个表在 BMP 图像中称为调色板。有一种图，它的颜色数高达 256256256 种，也就是说包含上述提到的 R，G，B 颜色表示方法中所有的 颜色，这种图叫做真彩色图(True Color)。真彩色图并不是说一幅图包含了所有 的颜色，而是说它具有显示所有颜色的能力，即最多可以包含所有的颜色。表 示真彩色图时，每个象素直接用 R，G，B 三个分量字节表示，而不采用调色板 技术。 4.3JPEG 编码原理编码原理 JPEG 的压缩编码过程大致分成三个步骤：1、使用正向离散余弦变换把空间 域表示的图变换成频率域表示的图；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；3、使用霍夫曼可变字长编码器对量化 系数进行编码。下面依次介绍压缩过程中应用到的技术。 4.3.1 离散余弦变换离散余弦变换 离散余弦变换是压缩编码的基础。在 JPEG 中，首先将图像分割成 8x8 像素 的小块，然后进行余弦变换，其变换式为(M=N=8)： 对于每个 88 二维原图像采样数据块，
