ｒ Ｉ２ｏＩｌ８ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—８９７２．２０１３．１３．０３８ 基于ＪＰＥＧ图像压缩及其仿真实现 宫泽林 山东商务职业学院信息工程与艺术设计系，山东省烟台市高新区 摘要 静止图像的压缩在现实中有着非常重要的意 义。数据中存在着冗余为图像压缩提供了可 能性。￣］Ｍａｔｌａｂ实现静止图像压缩，可以很大 到的系数进行Ｈｕｆｆｍａｎ熵编码（熵编码包括 ＡＣ系数跟ＤＣ系数），编码后得到整个图 像编码后的比特序列，然后我们可以计算 压缩比特率。对ＤＣ系数跟ＡＣ系数分别进行 Ｈｕｆｆｍａｎ熵解码，反扫描，反量化。反ＤＣＴ 变化。 表２色度量化表 Ｊ７ 博 们对量化后的ＤＣＴ系数进行编码，使编码后 的系数熵达到最小。基于ＤＣＴ的静止图像压 缩算法的编码器和解码器的结构如下面的图１ 和图２所示。 ｌ８ ２１ ２４ ２６ ４７ ６６ ９ｇ ｇｇ ９９ ９９ ９９ ９９ ９９ ９９ ２４ ，２６ ６６ ５６ ９９ ９９ ９９ ９９ ９９ ９９ ９９ ９９ ９ｇ ９９ ９９ ｔ７ 的提高压缩效率以及压缩的精度。 关键词 ＪＰＥＧ；图像压缩；仿真 Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｓｔｉｌｌ ｉｍａｇｅ ｃｏｍｐｒｅｓＱｏｎ ｈａｓ ａ ｖｅｒｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ｉｎ ｒｅａｌｉｔｙ．Ｄａｔａ ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ ａｎｄ ｐｒｏｖｉｄｅ ｔｈｅ ｐ０ＳＳｉｂｊｌｉｔｙ ｆｏｒ ｉｍａｇｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ．Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔｉｌｌ ｉｍａｇｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｗｉｔｈ Ｍａｔｌａｂ，ｃａｎ ｇｒｅａｔｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｂｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｃｏｒｍｒｅｓ￣ｏｎ ａｃｃｕｒａｃｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ＪＰＥＧ；Ｉｍａｇｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ；Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ －－ ＿一 刖瞢 如今，随着图像处理在各行各业的应用 越来越多，更多的人投身于静止图像的压缩 研究领域。图像压缩技术是用比原来少的比 特来表示原来的图像，可以是有损的，也可 以是无损的。图像压缩有时间也叫作图像编 码 。静止图像压缩技术——ＪＰＥＧ，可以说 是所有图像压缩技术的基础。ＪＰＥＧ技术最常 用到的是静止图像压缩，它直接去压缩整个 图像，但是压缩的倍数不是很大，目前可以 达到８Ｏ倍左右。 静止图像中存在着大量的可以去掉的 时间冗余，信息冗余，结构冗余等等，所以 ＪＰＥＧ技术可以通过除去这样的不必要的冗余 来实现图像的压缩目的。另外，在我们现实 的应用当中，我们会允许图像编码有一定的 失真，不会对我们的实际应用造成很大的影 响，这就为ＪＰＥＧ对图像进行压缩提供了更有 利的原因。图像进行压缩技术，从根本上来 说就是通过去除这些数据冗余，从而来减少 了表示数据所需比特数 。 １ ＪＰＥＧ压缩的原理 ＪＰＥＧ是ＣＣｌＴＴ和ＩＳＯ联合制订的适用 于连续色调、多级灰度、彩色／单色静止图 像压缩的国际标准…。／ＰＥＧ以．ＪＰＧ为后缀扩 展名，分为无损压缩和有损压缩两种方式。 它由联合图像专家组提出的主要应用于静止 的，连续单色图像或者彩色图像压缩和解压 缩的正式标准，ＪＰＥＧ压缩用４个步骤来实现图 像的压缩：颜色模式转换及采样；ＤＣＴ变 换；量化；编码。ＪＰＥＧ压缩的优点：它适用 于各种静止的连续色调图像，并且ＪＰＥＧ允许 压缩软件和硬件在许多平台上实现，能很容易 的实现高压缩比，并且提供累进模式和分级模 式。ＪＰＥＧ可以根据具体的工作需要，可部分 解压缩图像 。 ／ＰＥＧ采取的技术是渐层式的，这种技术 采用首先传输低解析的图档，然后再补送更 细节的压缩资料，这样画面的品质会有明显 的改善。这种方式所需的时间虽然与原先的 方式一样，但是使用者会由于可以先看到画 面觉得这种方式较好。 我们对ＪＰＥＧ压缩标准主要应用于有损压 缩算法。ＪＰＥＧ允许的编解码模式是基于ＤＣＴ 的顺序模式和渐进模式，无失真模式以及层 次模式。 ＩＰＥＧ算法首先通过ＤＣＴ变换去除数据冗 余，再使用量化表对ＤＣＴ系数进行量化。我 ｌ ｍｍ － ｌ１ － ％酣栅 －ｆＫ埔 彀 ９９ ９９ ９９ ９９ ９９ ９９ ９９ ９９ 图１ ＪＰＥＣ￣．码器 ９９ ９９ ９９ ９９ ９９ ９９ ９９ ９９ 压缩后救据 －馏Ｉ蝙羁鼯 逆她化罄 逆 Ｔ －再现幽藏教捌 ｇ９ ｇ９ ９ｇ ９９ ９９ ９９ ９９ ９９ ● ● ９９ ９９ ９９ ９９ ９９ ９９ ９９ ９９ 熵螭鹕寝 地盘化寝 图２ ＪＰＥＧ解码器 ３仿真结果分析及评价 ２仿真实验过程及其实现 复原图像质量评价有主观评价标准及客 观评价标准。评价标准一方面是复原图像与 对一幅图像进行基于／ＰＥＧ算法的图像压 原始图像的偏离程度也就是图像的逼真度。 缩，其ＭＡＴＬＡＢ仿真实验的具体过程为：首 其 Ｃ １ 另一方面是根据图像能向人或机器提供特征 先输入原始的图像，把原始图像分成８＊８像素 ｝１ 信息的能力也就是图像的可懂度。我们经常 快，分别做ＤＣＴ变换。ＤＣＴ变换用频率域表 用的评价标准是客观评价标准，其中ＰＳＮＲｔｌｐ 示的图像代替空间域表示的图像。所用二维 峰峰对数信噪比是评价的主要标准，其公式 ＤＣＴ变换公式如下： ≤ 如下： 其具体的二维ＤＣＴ变换矩阵为：卜二 Ｉ Ｉ＞ Ｏ Ｏ 峰峰对数信噪比： ＤＣＥｙ：｛∑７∑７ ｐ 。 ）。。 ） ２５５。，』Ｄ、 ０ ｙ＝Ｏ ＰＳＮＲ＝ＩＯＬｏｇ Ｌ Ｊ 一般的，要使人的主观感觉很难找出其 中的差别，ＰＳＮＲ应该超过３０ｄＢ。上述压缩 算法，通过人的主观感觉丝毫找不出图像质 量的变坏。用原始图像与压缩后的图像进行 这里，Ｐｘｒ是ＤＣＴ的输入，ＤＴＣ； 是ＤＣＴ 对比，主观上很难看出他们的差别，并且压 变换系数，也就是其频率分量。 缩后图像的ＰＳＮＲ也很高。用Ｍａｔｌａｂ￣仿真实 经过ＤＣＴ变换后，低频分量集中在左 验，这样的实验，方法简单并且误差小，并 上角，高频分量分布在右下角。图像的主要 且对于一般的图像可以很大程度上提高压缩 信息主要包含在低频分量中，而高频与之相 效率跟精度。ＪＰＥＧ压缩算法是目前对静止图 比，因为包含的信息不多，因此就不那么重 像压缩算法最为流行的压缩编码算法之一。 要了，所以我们在实际的应用当中可以根 目前ＪＰＥＧ格式仍然是最常用的图像存储方 据需要忽略高频分量，从而达到静子图像压 式。 缩的目的。对ＡＣ系数跟Ｄｃ系数分别进行编 码。为了保证高频分量在低频分量出现以后 ４展望未来 如今，随着多媒体技术的不断发展进 再出现，以增加行程中连续０的个数，这６３个 步，在现实生活当中很多领域对于图像压缩 元素采用的型排列方法跟别的压缩算法有所 不同，其压缩是采用的“之”字 。 提出了更高的性能和更新的特征。新的图像 我们可以把高频分量通过量化去掉， 压缩标准一ＪＰＥＧ２０００出现了，它的出现就是 为了适应静止图像在特殊领域编码的需求。 因为信息损失的根源主要是高频分量产生。 量化操作就是将某一个值除以量化表中对应 ＪＰＥＧ２０００编码运算法包含三个部分：小波变 换、画布坐标系统、ＥＢＣＯＴ编码。ＪＰＥＧ２０００ 的值。量化表通常有亮度量化表和色度量化 是基于小波的最新的静止图像压缩标准。它 表。两张量化表分别如表１表２。 用小波变换为主的多解析编码方式取代了 表１亮度量化表 ＪＰＥＧ所用的以离散余弦变换为主的区快编 ｌ６ ｉ１ ｌ０ ｌ６ ２４ ４０ ５Ｉ ６ｌ 码。但是并不是说ＪＰＥＧ已经过时了。目前 】２ ｌ２ ｌ４ ｌ９ ２６ ５８ ６０ ５５ 在许多技术工程的应用当中，如果对于复杂 度的要求不高的话，ＪＰＥＧ２０００仍然取代不了 】４ １３ ｌ６ ２ｑ ４０ ５７ ６ ｃｊ ５６ ＪＰＥＧ［ 。 １４ ｌ７ ２２ ２９ ５１ ８７ ８（） ６２ 】８ ２２ ： ７ ５６ ６８ ｌ０９ ｌ０３ ７７ 参考文献 ２４ ：蛎 ５５ ６４ ８ｌ 】０１ Ｉ１３ ９２ ［１］沈洁，杜宇人，殷玲玲，王慧．基于ＤＣＴ变换 ４９ ６４ ７８ ８７ ｌ０３ １２ｌ １２０ ｌＯ Ｌ 的图像压缩技术研究．信息技术，２００６年第１ ０期 ７２ ｛）２ ９５ ５琳 ｌｌ２ ｌＯ０ １０３ ９９ ［２】杨品，巴林凤，于达．图像压缩技术的分 析与评价．清华大学学报（自然科学版）第４期， 我们对量化后的系数重新编排，这样就 ４８－５４页 增加了连续的…０’系数的个数，即…０的游 ［５】崔清民，潘跃华．静止图像的压缩标准和压缩 程长度。重新编排的方法是把一个８ Ｘ ８的矩 技术．河南纺织高等专科学校学报，２００２年第１４ 阵变成一个ｌ×６４的矢量，按照Ｚ字形的样式 卷第２期 编排，这样可以使频率较低的系数留在矢量 ［４］任重．基于ＤｃＴ的图像压缩技术．江西科技师范 的顶部。 学院学报，２００４．１２月第６期 ［５】陈雪松，王海巍．ＪＰＥＧ压缩编码算法应用及发 对量化后的系数进行ｚ扫描。对扫描得 展前景研究．计算机与数字工程，２００９年第一期 一８４一