JPEG

JPEG簡介

　　JPEG 是Joint Photographic Experts Group（聯(lián)合圖像專家小組）的縮寫，是第一個(gè)國際圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)。JPEG圖像壓縮算法能夠在提供良好的壓縮性能的同時(shí)，具有比較好的重建質(zhì)量，被廣泛應(yīng)用于圖像、視頻處理領(lǐng)域。人們?nèi)粘Ｅ龅降?ldquo;.jpeg”、‘’.jpg“等指代的是圖像數(shù)據(jù)經(jīng)壓縮編碼后在媒體上的封存形式，不能與JPEG壓縮標(biāo)準(zhǔn)混為一談。

　　JPEG（Joint Photographic Experts Group）是在國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）領(lǐng)導(dǎo)之下制定靜態(tài)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)的委員會(huì)，第一套國際靜態(tài)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)ISO 10918-1（JPEG）就是該委員會(huì)制定的。由于JPEG優(yōu)良的品質(zhì)，使他在短短幾年內(nèi)獲得了成功，被廣泛應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)碼相機(jī)領(lǐng)域，網(wǎng)站上80%的圖像都采用了JPEG壓縮標(biāo)準(zhǔn)。

JPEG百科

　　JPEG 是Joint Photographic Experts Group（聯(lián)合圖像專家小組）的縮寫，是第一個(gè)國際圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)。JPEG圖像壓縮算法能夠在提供良好的壓縮性能的同時(shí)，具有比較好的重建質(zhì)量，被廣泛應(yīng)用于圖像、視頻處理領(lǐng)域。人們?nèi)粘Ｅ龅降?ldquo;.jpeg”、‘’.jpg“等指代的是圖像數(shù)據(jù)經(jīng)壓縮編碼后在媒體上的封存形式，不能與JPEG壓縮標(biāo)準(zhǔn)混為一談。

　　JPEG（Joint Photographic Experts Group）是在國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）領(lǐng)導(dǎo)之下制定靜態(tài)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)的委員會(huì)，第一套國際靜態(tài)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)ISO 10918-1（JPEG）就是該委員會(huì)制定的。由于JPEG優(yōu)良的品質(zhì)，使他在短短幾年內(nèi)獲得了成功，被廣泛應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)碼相機(jī)領(lǐng)域，網(wǎng)站上80%的圖像都采用了JPEG壓縮標(biāo)準(zhǔn)。

　　JPEG本身只有描述如何將一個(gè)影像轉(zhuǎn)換為字節(jié)的數(shù)據(jù)串流（streaming），但并沒有說明這些字節(jié)如何在任何特定的儲(chǔ)存媒體上被封存起來。.jpeg/.jpg是最常用的圖像文件格式，由一個(gè)軟件開發(fā)聯(lián)合會(huì)組織制定，是一種有損壓縮格式，能夠?qū)D像壓縮在很小的儲(chǔ)存空間，圖像中重復(fù)或不重要的資料會(huì)被丟失，因此容易造成圖像數(shù)據(jù)的損傷。尤其是使用過高的壓縮比例，將使最終解壓縮后恢復(fù)的圖像質(zhì)量明顯降低，如果追求高品質(zhì)圖像，不宜采用過高壓縮比例。但是JPEG壓縮技術(shù)十分先進(jìn)，它用有損壓縮方式去除冗余的圖像數(shù)據(jù)，在獲得極高的壓縮率的同時(shí)能展現(xiàn)十分豐富生動(dòng)的圖像，換句話說，就是可以用最少的磁盤空間得到較好的圖像品質(zhì)。而且 JPEG是一種很靈活的格式，具有調(diào)節(jié)圖像質(zhì)量的功能，允許用不同的壓縮比例對(duì)文件進(jìn)行壓縮，支持多種壓縮級(jí)別，壓縮比率通常在10：1到40：1之間，壓縮比越大，品質(zhì)就越低；相反地，品質(zhì)就越高。比如可以把1．37Mb的BMP位圖文件壓縮至20．3KB。當(dāng)然也可以在圖像質(zhì)量和文件尺寸之間找到平衡點(diǎn)。JPEG格式壓縮的主要是高頻信息，對(duì)色彩的信息保留較好，適合應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)，可減少圖像的傳輸時(shí)間，可以支持24bit真彩色，也普遍應(yīng)用于需要連續(xù)色調(diào)的圖像。

　　詳細(xì)介紹

　　JPEG是第一個(gè)國際圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)，用于連續(xù)色調(diào)靜態(tài)圖像（即包括灰度圖像和彩色圖像）［1］ 。JPEG是聯(lián)合圖像專家組（Joint Photographic Experts Group）的縮寫，這個(gè)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)是國際電信聯(lián)盟（International Telecommunication Union，ITU）、國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（International Organization for Standardization，ISO）和國際電工委員會(huì)（International Electrotechnical Commission，IEC）合作努力的成果。JPEG標(biāo)準(zhǔn)正式地稱為ISO/IEC IS（國際標(biāo)準(zhǔn)）10918-1：連續(xù)色調(diào)靜態(tài)圖像數(shù)字壓縮和編碼（Digital Compression and Coding of Continuous-tone Still Images）和ITU-T建議T.81。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)目的在于支持用于大多數(shù)連續(xù)色調(diào)靜態(tài)圖像壓縮的各種各樣的應(yīng)用，這些圖像可以是任何一個(gè)色彩空間，用戶可以調(diào)整壓縮比，并能達(dá)到或者接近技術(shù)領(lǐng)域中領(lǐng)先的壓縮性能，且具有良好的重建質(zhì)量。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的另一個(gè)目標(biāo)是對(duì)普遍實(shí)際的應(yīng)用提供易處理的計(jì)算復(fù)雜度。［2］ 在 Photoshop軟件中以JPEG格式儲(chǔ)存時(shí)，提供11級(jí)壓縮級(jí)別，以0—10級(jí)表示。其中0級(jí)壓縮比最高，圖像品質(zhì)最差。即使采用細(xì)節(jié)幾乎無損的10 級(jí)質(zhì)量保存時(shí)，壓縮比也可達(dá) 5：1。以BMP格式保存時(shí)得到4．28MB圖像文件，在采用JPG格式保存時(shí)，其文件僅為178KB，壓縮比達(dá)到24：1。經(jīng)過多次比較，采用第8級(jí)壓縮為存儲(chǔ)空間與圖像質(zhì)量兼得的最佳比例。然而，JPEG靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)，中端和高端比特速率上的良好的速率畸變特性，但在低比特率范圍內(nèi)，將會(huì)出現(xiàn)很明顯的方塊效應(yīng)，其質(zhì)量變得不可接受。JPEG不能在單一碼流中提供有損和無損壓縮，并且不能支持大于64×64 K的圖像壓縮。同時(shí)，盡管當(dāng)前的JPEG標(biāo)準(zhǔn)具有重新啟動(dòng)間隔的規(guī)定，但當(dāng)碰到比特差錯(cuò)時(shí)圖像質(zhì)量將受到嚴(yán)重的損壞。針對(duì)這些問題，自1997年3月起，JPEG圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)開始著手制定新一代的圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)以解決上述問題。2000年3月的東京會(huì)議，確定了彩色靜態(tài)圖像的新一代編碼方式JPEG2000圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)的編碼算法。JPEG2000作為JPEG的升級(jí)版，其壓縮率比JPEG高約30%左右，同時(shí)支持有損和無損壓縮。JPEG2000格式有一個(gè)極其重要的特征在于它能實(shí)現(xiàn)漸進(jìn)傳輸，即先傳輸圖像的輪廓，然后逐步傳輸數(shù)據(jù)，不斷提高圖像質(zhì)量，讓圖像由朦朧到清晰顯示。此外，JPEG2000還支持所謂的“感興趣區(qū)域” 特性，可以任意指定影像上感興趣區(qū)域的壓縮質(zhì)量，還可以選擇指定的部分先解壓縮。在有些情況下，圖像中只有一小塊區(qū)域?qū)τ脩羰怯杏玫?，?duì)這些區(qū)域，采用低壓縮比，而感興趣區(qū) 域之外采用高壓縮比，在保證不丟失重要信息的同時(shí)，又能有效地壓縮數(shù)據(jù)量，這就是基于感興趣區(qū)域的編碼方案所采取的壓縮策略。其優(yōu)點(diǎn)在于它結(jié)合了接收方對(duì)壓縮的主觀需求，實(shí)現(xiàn)了交互式壓縮。而接收方隨著觀察，常常會(huì)有新的要求，可能對(duì)新的區(qū)域感興趣，也可能希望某一區(qū)域更清晰些。JPEG2000和JPEG相比優(yōu)勢(shì)明顯，從無損壓縮到有損壓縮可以兼容，而JPEG不行，JPEG的有損壓縮和無損壓縮是完全不同的兩種方法。JPEG2000即可應(yīng)用于傳統(tǒng)的JPEG市場，如掃描儀、數(shù)碼相機(jī)等，又可應(yīng)用于新興領(lǐng)域，如網(wǎng)路傳輸、無線通訊等等。注意：JPEG標(biāo)準(zhǔn)不指定任何固有的文件格式。它只定義壓縮比特流的語法。這就產(chǎn)生了一定數(shù)量的文件格式來存儲(chǔ)JPEG壓縮后的圖像，例如JPEG文件交換格式（JPEG File Interchange Format，JFIF），JPEG推廣到TIFF6.0、FlashPix等。但它們中的每一個(gè)都不能認(rèn)為是由國際標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)支持的正式定義的國際標(biāo)準(zhǔn)。［2］

　　部分JPEG標(biāo)準(zhǔn)⑴核心圖像編碼系統(tǒng)［3］ ，為JPEG2000指定了基本的特征集合和碼流語法；⑵擴(kuò)充（給⑴的核心定義添加更多的特征和完善度）；⑶運(yùn)動(dòng)JPEG2000指定了文件格式（MJ2），它包含用于動(dòng)態(tài)視頻的具有JPEG2000核心編碼算法的圖像序列編碼；⑷ISO/IEC15444-4：2002。它指定了使用第一部分的JPEG2000用于編碼/解碼一致性測試；⑸參考軟件 （包含Java和C實(shí)現(xiàn)）。在這一部分中，提供了兩個(gè)軟件源包（使用Java和C編程語言）用于測試和開發(fā)商對(duì)于JPEG2000系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的有效性檢驗(yàn)；⑹復(fù)合圖像文件格式（用于文件掃描和傳真應(yīng)用程序）指定了其他文件格式（JPM）用于存儲(chǔ)復(fù)合圖像。ITU-TT.441ISO 16485多層混合光柵內(nèi)容（mixed raster content，MRC）模型用于表示在第6部分的JPEG2000復(fù)合圖像；⑺對(duì)⑴的最小支持（技術(shù)報(bào)告）【已摒棄】。⑻安全JPEG2000（JPSEC）。這一部分設(shè)計(jì)了用于JPEG2000應(yīng)用的安全方面，例如加密、數(shù)字水印等；⑼交互工具、API和協(xié)議（JPIP）。這一部分定義了一個(gè)交互式網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，并且它指定了用于JPEG2000圖像和相關(guān)元數(shù)據(jù)高效的交換工具；⑽3D和浮點(diǎn)數(shù)據(jù)（JP3D）。這一部分開發(fā)與三維數(shù)據(jù)有關(guān)的內(nèi)容，以3D醫(yī)療圖像重建作為例子；⑾無線（JPWL）。這一部分開發(fā)了用于無線多媒體的應(yīng)用。主要涉及用JPEG2000在易出錯(cuò)的無線網(wǎng)環(huán)境中JPWL的差錯(cuò)保護(hù)、檢測和修正；⑿對(duì)MPEG-4，ISO基本媒介文件格式（media file format）具有共同的文本ISO/IEC 14496-12截止于2007年，⑴為完全被認(rèn)可的ISO標(biāo)準(zhǔn)，定義了核心壓縮技術(shù)和最小文件格式，⑵～⑹定義壓縮和文件格式的擴(kuò)充。其中，⑺已摒棄。⑻~仍在發(fā)展之中

　　技術(shù)概括

　　在計(jì)算機(jī)處理中，JPEG是一種廣泛適用的壓縮圖像標(biāo)準(zhǔn)方式。JPEG就是「聯(lián)合圖像專家組」（JointPhotographicExpertsGroup）的首字母縮寫。采用這種壓縮格式的文件一般就稱為JPEG；此類文件的一般擴(kuò)展名有：.jpeg、.jfif、.jpg或.jpe，其中在主流平臺(tái)最常見的是.jpg。JPEG只描述一副圖像如何轉(zhuǎn)換成一組數(shù)據(jù)流，而不論這些字節(jié)存儲(chǔ)在何種介質(zhì)上。由獨(dú)立JPEG組創(chuàng)立的另一個(gè)進(jìn)階標(biāo)準(zhǔn)，JFIF（JPEGFileInterchangeFormat，JPEG文件交換格式）則描述JPEG數(shù)據(jù)流如何生成適于電腦存儲(chǔ)或傳送的圖像。在一般應(yīng)用中，我們從數(shù)碼相機(jī)等來源獲得的“JPEG文件”，指的就是JFIF文件，有時(shí)是ExifJPEG文件。JPEG/JFIF是互聯(lián)網(wǎng)上最常見的圖像存儲(chǔ)和傳送格式。但此格式不適合用來繪制線條、文字或圖標(biāo)，因?yàn)樗膲嚎s方式對(duì)這幾種圖片損壞嚴(yán)重。PNG和GIF文件更適合以上幾種圖片。不過GIF每像素只支持8bits色深，不適合色彩豐富的照片，但PNG格式就能提供JPEG同等甚至更多的圖像細(xì)節(jié)。JPEG（發(fā)音為/jay-peg/）是一種針對(duì)相片影像而廣泛使用的一種失真壓縮標(biāo)準(zhǔn)方法。使用這種壓縮的檔案格式一般也被稱為JPEG；雖然在所有平臺(tái)上.jpg是最普遍的，但是針對(duì)這種格式一般的擴(kuò)展名是.jpeg、.jfif、.jpg、.JPG、或是.JPE。

　　這個(gè)名稱代表JointPhotographicExpertsGroup（聯(lián)合圖像專家小組）。一個(gè)由獨(dú)立JPEG小組（IndependentJPEGGroup）所建立的額外標(biāo)準(zhǔn)，稱為JFIF（JPEGFileInterchangeFormat，JPEG檔案交換格式）詳細(xì)說明如何從一個(gè)JPEG串流，產(chǎn)出一個(gè)適合于電腦儲(chǔ)存和傳輸（像是在因特網(wǎng)上）的檔案。在普遍的用法，當(dāng)有人稱呼一個(gè)“JPEG檔案”，一般而言他是意指一個(gè)JFIF檔案，或有時(shí)候是一個(gè)ExifJPEG檔案。然而，也有其他以JPEG為基礎(chǔ)的檔案格式，像是JNG。JPEG/JFIF是最普遍在萬維網(wǎng)（WorldWideWeb）上被用來儲(chǔ)存和傳輸照片的格式。它并不適合于線條繪圖（drawing）和其他文字或圖示（iconic）的圖形，因?yàn)樗膲嚎s方法用在這些圖形的型態(tài)上，會(huì)得到不適當(dāng)?shù)慕Y(jié)果（PNG和GIF格式通常是用來針對(duì)這種目的之圖形；GIF每一像素只有8位元，并不很適合于用在彩色照片，PNG可以被用來無失真地儲(chǔ)存照片，但是檔案太大讓它不適合在網(wǎng)頁上放照片）。

　　在ISO公布的JPEG標(biāo)準(zhǔn)方案中，包含了兩種壓縮方式。一種是基于DCT變換的有損壓縮編碼方式，它包含了基本功能和擴(kuò)展系統(tǒng)兩部分：一種是基于空間DPCM（差分脈沖編碼調(diào)制，是預(yù)測編碼的一種）方法的無損壓縮編碼方式