多媒体技术-05c.pdf

1第五章图形图像处理技术涉及书中的章节第2章媒体及媒体技术 2.3.1 视觉心理学 2.3.2 模拟视频原理→第七章多媒体视频处理技术 2.3.3 视觉媒体数字化 2.3.4 视觉媒体的三维立体显示→第五章多媒体图形图像处理技术第3章多媒体数据压缩 3.4.1 图像和视频压缩编码的基本方法 3.4.2 静止图像压缩标准第5章多媒体软件基础 5.2.2 图形图像编辑与处理软件图像压缩标准内容提纲1 JPEG标准与JPEG图像2 JPEG图像格式3 JPEG图像压缩编码算法4 JPEG 2000简介关于JPEGJPEG: Joint Photographic Experts Group由ISO与IEC于1986年联合成立的一个专家委员会(WG1)，其宪章(charter)是：“Digital compression and coding of continuous-tone still images”其中的“Joint”还有与ITU联合的意思在过去的十几年中，该委员会制定了一系列的静态连续色调图像压缩编码标准（如：有损、无损及接近无损等编码标准），并于1996年开始制定JPEG 2000标准。

已经发布的标准有：ISO/IEC 10918-1 | ITU-T Rec. T.81 : Requirements and guidelinesISO/IEC 10918-2 | ITU-T Rec. T.83 : Compliance testingISO/IEC 10918-3 | ITU-T Rec. T.84: ExtensionsISO/IEC 10918-4 | ITU-T Rec. T.86: Registration of JPEG Parameters, Profiles, Tags, Color Spaces, APPn Markers, Compression Types, and Registration Authorities (REGAUT)DIS 14495-1 | ITU-T Draft Rec. T.87 : Lossless and Near-Lossless Compression of Continuous-Tone Still Images – BaselineJPEG2000标准(草案)ISO/IEC FCD15444-1: 2000 |ITU-T Rec. T.800关于JPEG标准2关于JPEG图像压缩编码算法主要有：基于离散余弦变换(Discrete Cosine Transform, DCT) 的有损压缩(lossycompression) 算法。

该算法还包括熵编码(EntropyCoding)，霍夫曼编码(Huffman coding) 等算法基于预测的无损数据压缩算法算法所处理的图像为静态连续色调(still continuous-tone)的彩色或灰度(grayscale)图像压缩算法与彩色空间无关，颜色变换不在算法中编码模型有：顺序(Sequential encoding)、累进(Progressive encoding)、无损(Lossless encoding)、层次(Hierarchical encoding)编码模型JPEG图像格式 JPEG图像格式简介 JFIF(JPEG File Interchange Format，即JPEG图像文件交换格式) JFIF格式图像数据分析JPEG图像格式简介JPEG图像为静止连续色调(still continuous-tone)图像，有广泛的用途如：数码相机、网页图像、MPEG的帧内图像(I图像)、…JPEG委员会在制定JPEG标准时，定义了许多标记(marker)来区分和识别图像数据及其相关的信息但是，到目前为止，关于JPEG文件交换格式明确定义的详细说明，在相关的“规范”或“建议”(如ITU T.81)中没有见到。

目前使用的格式为JFIF v1.02和TIFF JPEG等，其中前者的使用比较广泛，大多数应用程序均加以支持，其他格式比较复杂JPEG文件使用的颜色空间为1982年推荐的电视图像数字化标准CCIR 601 (现为ITU-RB T.601)在这个色彩空间中，每个分量、每个像素的电平规定为255级，用8位代码表示颜色转换从RGB转换成YCbCr空间时，使用下面的精确的转换关系：Y = 256 ×E'yCb = 256 ×[E'Cb] + 128Cr = 256 ×[E'Cr] + 128其中亮度电平E'y和色差电平E'Cb和E'Cb分别是CCIR 601定义的参数由于E'y的范围是0～1，E'Cb和E'Cb的范围是-0.5～+0.5，因此Y, Cb和Cr的最大值必须要到255于是RGB和YCbCr之间的转换关系需要按照下面的方法计算JPEG图像格式简介颜色转换从RGB转换成YCbCrYCbCr(256级)分量可直接从用8位表示的RGB分量计算得到：Y = 0.299 R + 0.587 G + 0.114 BCb = - 0.1687R - 0.3313G + 0.5 B + 128Cr = 0.5 R - 0.4187G - 0.0813 B + 128需要注意的是：不是所有图像文件格式都按照R0，G0，B0，…，Rn，Gn，Bn的次序存储样本数据，因此在RGB文件转换成JFIF文件时需要首先验证RGB的次序。

JPEG图像格式简介颜色转换从YCbCr转换成RGBRGB分量可直接从YCbCr (256级)分量计算得到：R = Y + 1.402 (Cr - 128)G = Y - 0.34414 (Cb - 128) - 0.71414 (Cr - 128)B = Y + 1.772 (Cb - 128)在JFIF文件格式中，图像样本的存放顺序是从左到右和从上到下这就是说JFIF文件中的第一个图像样本是图像左上角的样本JPEG图像格式简介3RGB YCbCrRGBYCbCrJPEG的主要标记(marker)下面为其中的8个主要标记0xD90xDA0xC40xC00xDB0xE1 - 0xEF0xE00xD8标记值帧开始SOF0图像结束EOI量化表DQTJFIF应用数据块APP0扫描线开始SOS霍夫曼(Huffman)表DHT其他的应用数据块(n, 1～15)APPn图像开始SOI 含义标记名JPEG图像格式简介附表：JPEG定义的标记列表Differential spatial lossless0xFFC7SOF7Differential progressive DCT0xFFC6SOF6Differential sequential DCT0xFFC5SOF5Start Of Frame markers, hierarchical Huffman codingSpatial (sequential) lossless 0xFFC3SOF3Progressive DCT0xFFC2SOF2Extended sequential DCT0xFFC1SOF1Baseline DCT0xFFC0SOF0Start Of Frame markers, non-hierarchical Huffman codingDescription(说明)Code Assignment(标记代码)Symbol (符号)JPEG图像格式简介附表：JPEG定义的标记列表(续)Restart with modulo 8 counter m0xFFD0～0xFFD7RSTmRestart interval terminationDefine arithmetic conditioning table0xFFCCDACarithmetic coding conditioning specificationDefine Huffman table(s)0xFFC4DHTHuffman table specificationDifferential spatial Lossless0xFFCFSOF15Differential progressive DCT0xFFCESOF14Differential sequential DCT0xFFCDSOF13Start Of Frame markers, hierarchical arithmetic codingJPEG图像格式简介附表：JPEG定义的标记列表(续)Reserved0xFF02～0xFFBFRESFor temporary use in arithmetic coding0xFF01TEMReserved markersComment0xFFFECOMReserved for JPEG extension0xFFF0～0xFFFDJPGnReserved for application use0xFFE0～0xFFEFAPPnExpand reference image(s) 0xFFDFEXPDefine hierarchical progression0xFFDEDHPDefine restart interval0xFFDDDRIDefine number of lines0xFFDCDNLDefine quantization table(s)0xFFDBDQTStart of scan0xFFDASOSEnd of image0xFFD9EOIStart of image0xFFD8SOIOther markerJPEG图像格式简介附表：APP0域的详细结构图像文件结束标记(EOI) end-of-file0xFFD92 byte…………任选的JFIF扩展APP0标记段Optional JFIF extension APP0 marker segment (s)缩略RGB位图(n为缩略图的像素数)3n缩略图垂直像素数目1 byte19缩略图水平像素数目1 byte18垂直方向像素密度2 bytes16水平方向像素密度2 bytes14X和Y的密度单位units=0：无单位 units=1：点数/英寸units=2：点数/厘米1 byte13次要版本号(如版本1.02中的02)1 byte12主要版本号(如版本1.02中的1)1 byte11识别APP0标记"JFIF"+"0"5 bytes6APP0块的长度length of APP0 block2 bytes4JFIF应用数据块APP0(JFIF application segment)0xFFE02 byte2图像开始(Start of Image, SOI)0xFFD82 byte0说明块的名称内容长度偏移JPEG图像格式简介4JFIF文件格式JFIF: JPEG File Interchange Format ( JPEG文件交换格式)该格式由Eric Hamilton于1992年提出，已经成为事实上( de facto )的JPEG图像文件交换格式标准。

该格式直接使用JPEG专家组为JPEG图像定义的诸多标记( marker )JPEG的每个标记都由两个字节组成，前一个字节的值固定为0xFF (JPEG文件的字节是按正序( big endian )排列的)每个标记之前还可以添加数目不限的0xFF填充字节( fill byte)JFIF特性：使用JPEG压缩算法使用JPEG交换格式的图像数据压缩表示法PC 或Mac 或Unix 工作站均兼容标准的颜色空间: 一个或三个颜色分量对于三个颜色分量，采用Y CbCr(CCIR 601-256级)规范)APP0 标记用于指定计量单位制、X, Y像素的密度以及缩略图的细节APP0 标记同样用于指定JFIF的扩展方法APP0 标记还用于指定其他与应用相关的信息JFIF文件格式JPEG文件。