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JPEG 简易文档 V1.0?? JPEG 压缩简介------------- 1. 色彩模型 JPEG 的图片使用的是 YCrCb 颜色模型, 而不是计算机上最常用的 RGB. 关于色彩模型, 这里不多阐述. 只是说明, YCrCb 模型更适合图形压缩. 因为人眼对图片上的亮度 Y 的变化远比色度 C 的变化敏感. 我们完全可以每个点保存一个 8bit 的亮度值, 每 2x2 个点保存一个 Cr Cb 值, 而图象在肉眼中的感觉不会起太大的变化. 所以, 原来用 RGB 模型, 4 个点需要 4x3=12 字节. 而现在仅需要 4+2=6 字节; 平均每个点占 12bit. 当然 JPEG 格式里允许每个点的 C 值都记录下来; 不过 MPEG 里都是按 12bit 一个点来存放的, 我们简写为 YUV12. [R G B] - [Y Cb Cr] 转换------------------------- (R,G,B 都是 8bit unsigned) | Y | | 0.299 0.587 0.114 | | R | | 0 || Cb | = |-0.1687 - 0.3313 0.5 | * | G | + |128|| Cr | | 0.5 - 0.4187 -0.0813| | B | |128| Y = 0.299*R + 0.587*G + 0.114*B (亮度)Cb = - 0.1687*R - 0.3313*G + 0.5 *B + 128Cr = 0.5 *R - 0.4187*G - 0.0813*B + 128 [Y,Cb,Cr] - [R,G,B] 转换------------------------- R = Y + 1.402 *(Cr-128)G = Y - 0.34414*(Cb-128) - 0.71414*(Cr-128)B = Y + 1.772 *(Cb-128) 一般, C 值 (包括 Cb Cr) 应该是一个有符号的数字, 但这里被处理过了, 方法是加上了 128. JPEG 里的数据都是无符号 8bit 的. 2. DCT (离散余弦变换) JPEG 里, 要对数据压缩, 先要做一次 DCT 变换. DCT 变换的原理, 涉及到数学知识, 这里我们不必深究. 反正和傅立叶变换(学过高数的都知道) 是差不多了. 经过这个变换, 就把图片里点和点间的规律呈现出来了, 更方便压缩.JPEG 里是对每 8x8 个点为一个单位处理的. 所以如果原始图片的长宽不是 8 的倍数, 都需要先补成 8 的倍数, 好一块块的处理. 另外, 记得刚才我说的 Cr Cb 都是 2x2 记录一次吗? 所以大多数情况, 是要补成 16x16 的整数块.按从左到右, 从上到下的次序排列 (和我们写字的次序一样). JPEG 里是对 Y Cr Cb 分别做 DCT 变换的. JPEG 编码时使用的是 Forward DCT (FDCT) 解码时使用的 Inverse DCT (IDCT)下面给出公式: FDCT:c(u,v) 7 7 2*x+1 2*y+1F(u,v) = --------- * sum sum f(x,y) * cos (------- *u*PI)* cos (------ *v*PI)4 x=0 y=0 16 16 u,v = 0,1,...,7 { 1/2 当 u=v=0 时c(u,v) = {{ 1 其他情况 IDCT:1 7 7 2*x+1 2*y+1f(x,y) = --- * sum sum c(u,v)*F(u,v)*cos (------- *u*PI)* cos (------ *v*PI)4 u=0 v=0 16 16 x,y=0,1...7 这个步骤很花时间, 另外有种 AAN 优化算法, 大家可以去 inet 自己找一下. 在 Intel 主页上可以找到 AAN IDCT 的 MMX 优化代码. 3. 重排列 DCT 结果DCT 将一个 8x8 的数组变换成另一个 8x8 的数组. 但是内存里所有数据都是线形存放的, 如果我们一行行的存放这 64 个数字, 每行的结尾的点和下行开始的点就没有什么关系, 所以 JPEG 规定按如下次序整理 64 个数字. ?0, 1, 5, 6,14,15,27,28,?2, 4, 7,13,16,26,29,42,?3, 8,12,17,25,30,41,43,?9,11,18,24,31,40,44,53,10,19,23,32,39,45,52,54,20,22,33,38,46,51,55,60