数字图像处理(1)：JPEG分析 实践（C语言）

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数字图像处理(1)：JPEG分析 实践（C语言）

文章目录

• 1. JPEG格式
• 2. JPEG原理&压缩流程
• • 2.1 步骤一：图像分割
  • 2.2 步骤二：颜色空间转换RGB->YCbCr
  • 2.3 步骤三：离散余弦变换
  • 2.4 步骤四：数据量化
  • 2.5 步骤五：哈弗曼编码
• 3. 下载实现代码并调通运行
• • 3.1 测试平台
  • 3.2 测试图片
  • 3.3 压缩后输出图片
• 4. 压缩率
• 附：代码

生命短暂而信息无穷……缩写是无法避免的灾难，而缩写创造者的任务就是要尽力做好工作。尽管缩写有害，但总比什么都不做强。 ——阿道斯· 赫胥黎

1. JPEG格式

JPEG是Joint Photographic Experts Group(联合图像专家组)的缩写，文件后辍名为"．jpg"或"．jpeg"，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，压缩比越小，品质就越好。

2. JPEG原理&压缩流程

原理可简单理解为：把数据分为“重要部分”和“不重要部分”，滤掉不重要的部分。

2.1 步骤一：图像分割

JPEG算法的第一步，图像被分割成大小为8X8的小块，这些小块在整个压缩过程中都是单独被处理的。

2.2 步骤二：颜色空间转换RGB->YCbCr

Y表示亮度(Luminance)，Cb和Cr分别表示绿色和红色的“色差值”。 有损压缩首先要做的事情就是“把重要的信息和不重要的信息分开”，YCbCr恰好能做到这一点。对于人眼来说，图像中明暗的变化更容易被感知到，这是由于人眼的构造引起的。

2.3 步骤三：离散余弦变换

数据经过DCT变化后，被明显分成了直流分量和交流分量两部分，为后面的进一步压缩起到了充分的铺垫作用，可以说是整个JPEG中最重要的一步。

2.4 步骤四：数据量化

JPEG提供的量子化算法如下：

量化后的二维矩阵转变成一个一维数组。

2.5 步骤五：哈弗曼编码

根据数据中元素的使用频率，调整元素的编码长度，以得到更高的压缩比。

3. 下载实现代码并调通运行

3.1 测试平台

平台：VS2015 语言：C++

3.2 测试图片

图片信息：
weiminglake.bmp
34.8 MB
(36,578,360 字节)
分辨率：4032*3024
位深度：24

3.3 压缩后输出图片

图片信息：
out.jpg
1.48 MB
(1,558,067 字节)
分辨率：4032*3024
位深度：24

4. 压缩率

1,558,067 / 36,578,360 * 100% = 4.26%

附：代码

mian.c

#include <stdio.h>
#include "jpeg_encoder.h"int main(int argc, char* argv[])
{const char* inputFileName = "weiminglake.bmp";JpegEncoder encoder;if(!encoder.readFromBMP(inputFileName))return 1;if(!encoder.encodeToJPG("out.jpg", 50))return 1;return 0;
}

代码来源：/?p=69

本工程源码已更新至github，欢迎star，欢迎PR:)