JPEG图像解码及离散余弦变换详解.pdf

JPEG图像解码与离散余弦变换详解 潘斌斌 摘 要：本文通过一个例子，用具体的数据详细描述一幅JPEG格式图像文件的构成，获取JPEG 图像的各个属性的方法，建立哈夫曼码表并对其进行解码。详细解释了编解码需用到的离散余弦变换 的原理。 关键词：JPEG DCT 离散余弦变换 图像解码 1. 概述 因为具有很高的压缩率以及很低的图像质量损耗，JPEG在计算机、网络、相机、手机等涉及到静 [ ]1 态的图像存储传输中，成为目前世界上使用得最为广泛的一种图像格式 。 JPEG文件压缩编解码算法的主要计算步骤如下图所示： 2.解析JPEG文件的各项属性，为后续解码作好准备。 [2] 国际标准组织(ISO)和国际电话电报咨询委员会(CCITT)于1992年制定了JPEG的相关标准 。该 标准定义了几种不同的压缩方法与编码方法。其中最常见的是用离散余弦编码的有损压缩。 [3] 在计算机中，最常用的描述JPEG文件构成的标准称为JFIF （JPEG File Interchange Format）。 JPEG文件主要由图像特征信息和压缩数据两部分组成。本节以一幅Windows XP 自带的画图工具生 16×16的图像为例，用UltraEdit软件读出图像的字节组成，详细解析遵循该标准而生成的一幅图像。 在JPEG 图像特征信息中，标记码标记了每种图像特征信息的开始，由两个字节构成。第一个都字 节是0xFF(若遇连续多个0xFF可以理解为一个0xFF)。常用的标记有SOI(0xFFD8)、APP0(0xFFE0)、 DQT(0xFFDB)、SOF0(0xFFC0)、DHT(0xFFC4)、SOS(0xFFDA)、EOI(0xFFD9)。在一个完整的标记码之后， [4] 是该标记码对应的图像特征信息。JFIF格式的JPEG文件(*.jpg)的一般顺序 为： 1. SOI(0xFFD8) 2. APP0(0xFFE0) + 缩略图，像素密度等信息(+ 多个APPn(0xFFEn)]可选) 3. 多个DQT(0xFFDB) +定义量化表. 4. SOF0(0xFFC0)+各颜色分量图像位数，采样因子和所使用的量化表编号 5. 多个DHT(0xFFC4) + 定义哈夫曼码表 6. SOS(0xFFDA)+各颜色分量所使用的哈夫曼表编号 7. JPEG 图像压缩数据流 8. EOI(0xFFD9) 5 [ ] 下面介绍各个常用标记代码的组成以及表示的意义 。 1. SOI，Start of Image，图像开始 序号 用途 字节 内容 1 标记代码 2 固定值0xFFD8 2. APP0，Application0，应用程序保留标记0 序 用途 字节 内容 号 1 标记代码 2 固定值0xFFE0 2 APP0数据长度 2 APP0 中序号2-10字段的总长度(不包括标记代码的2个字节) 3 标识符 5 固定值0x4A 0x46 0x49 0x46 0x00，也就是