1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写

2000字左右的文献综述：

文 献 综 述

为了节省存储空间和提高信息传输的效率, 联合图像专家小组制定了静态数字图像的编码标准即JPEG( Joint Photographic Experts Group)，这种编码方式具有高压缩比，多种质量选择等良好特征，所以流传应用广泛，JPEG专家组开发了2种基本的压缩算法，2种数据编码方法，4种编码模式，但在实际使用过程中JPEG图像使用了离散余弦变换、哈夫曼编码和顺序模式。

JPEG压缩是有损压缩，此算法利用了人眼对高频信息部分不敏感的特点，节省了需要处理的数据信息，从而利用低频分量来表达重要信息部分，从空间和结构两个方面分别去除了视觉多于信息和数据本身的多余信息即信息冗余部分^[1]。加上基于DCT的顺序模式，编解码通过一次扫描完成简单方便。

同时哈夫曼编码作为一种变长编码技术, 由于它能充分利用短码, 所以同样可以根据它来开发相应的压缩与解压软件, 并且这种压缩与解压软件简单易用, 安全保密性能好。采用哈夫曼编码技术, 同时结合了哈夫曼编码表的查询技术, 能解决了变长编码的存储困难、程序应变能力较差及程序设计比较复杂等问题。而且文件的压缩比和信息的安全性都得到很大的提高。

JPEG解码方案对比其他方案压缩比性能良好，总体上的压缩思想是将时域中的数据转换到频域中去，原理是利用有效信息大多集中在低频部分，而高频部分包含的信息量很少，同时将有用的信息用短码表示，出现次数少的用长码表示，这样图像数据就得到了有效压缩，那么相应的解压过程要先了解JPEG解码算法的大致步骤包括了读取最小颜色分量MCU提取颜色分量进行分割解码，然后再通过相邻矩阵直流系数差分解码，反量化，反游程编码，反向离散余弦变换等步骤恢复成8*8的数据矩阵，最后将Y Cr Cb空间表示的彩色图像转换成RGB表示，将此解码后的数据恢复成完整的原数据图像。

一JPEG文件格式介绍

^[2]JPEG件大体上可以分成两个部分：标记码(Tag)和压缩数据。常用的标记码包括：SOI，Start of Image，图像开始固定值0xFFD8；APP0，Application，应用程序保留标记，固定值0xFFE0；APPn，Application，应用程序保留标记n，其中n=1～15(任选) 固定值0xFFE1~0xFFF； DQT，Define Quantization Table，定义量化表，固定值0xFFDB；SOF0，Start of Frame，帧图像开始，固定值0xFFC0；DHT，Difine Huffman Table，定义哈夫曼表，固定值0xFFC4； DRI，Define Restart Interval，定义差分编码累计复位的间隔 ，固定值0xFFDD ； SOS，Start of Scan，扫描开始 ，固定值0xFFDA；EOI，End of Image，图像结束，固定值0xFFD9。

二JPEG解压过程

（一）文件头 图像数据读出相关信息

其中文件头包括：版本，长宽，采样因子，量化表，哈夫曼表等，在整个图像数据结构中哈夫曼表ID 和表类型为：

0x00 表示DC 直流0 号表；

0x01 表示DC 直流1 号表；

0x10 表示AC 交流0 号表；

0x11 表示AC 交流1 号表。

^[3]若寻找到色度U/V交流1号表即OX11后其后面的数据若为01 02 03 00则表示有1个一位码字，2个两位码字，3个三位码字，无四位码字，以此类推。

而其构造规律为：第一位码字必定为零，若第一位码字位数为一则构造0，若第一位码字位数为二则构造00；而第二个码字与前一个码字是有依赖关系的，如果其位数与第一位码字相同，则当前码字为第一个码字后加一，如果第二个码字比前面的码字位数大，则需先在第一个码字后加一再添零补足应有位数，如此往后即可。

（二）从图像数据流读取最小编码单元MCU，提取颜色分量

已知在图片像素数据流中，^[4]图片信息被分为一段一段的MCU数据流，也就是图像中一个正方矩阵像素的数据，可由查阅标记SOFO得到其颜色分量的采样因子，一般采样因子为4：1：1或者1：1：1。同时水平采样因子最大值为Hmax，垂直采样因子为Vmax,一般遵循2^n原则，即若整幅图像的宽度和高度不是MCU的整数倍，那么编码时要补足MCU。

^[5]每个MCU又被分为8*8更小的数据单元，在每个MCU内部由于JPEG是先把图片分为Y,Cr,Cb三张子图再分别压缩，所以一个颜色分量有多个数据单元，是从左到右，从上到下的顺序。

（三）颜色分量单元的内部解码

图像数据流示意bit为单位的存储相关信息的，颜色分量单元是由1个直流分量与63个交流分量组成，且在一般情况下：

Y 分量: 直流分量: 直流0 号哈夫曼树, 交流分量: 交流0 号哈夫曼树；

Cr 分量: 直流分量: 直流1 号哈夫曼树, 交流分量: 交流1 号哈夫曼树；

Cb 分量: 直流分量: 直流1 号哈夫曼树, 交流分量: 交流1 号哈夫曼树；

读入单个颜色分量步骤如下：

1.首先确定数值编码对照表，找出其对应规律，^[6]仔细观察表格便可发现编码长度为一是编码的二进制数值为0，1，其中0代表-1，1代表1；当编码长度为2时，00表示-3，01表示-2，10表示2，11表示3，位数间表达数值相互独立没有覆盖或包含，并且这样的话就可以把负值也用二进制编码来表示。如图例所示

2.找到颜色分量起点同时对照该分量的直流哈夫曼树，^[7]直到发现编码数值与树的码字相对应时，查出此码字对应的权值，而此权值表示随即要读出颜色分量编码数据的位数，也就是解码后的值。由于颜色分量单元中只有一个直流分量则在接下来的解码过程中都是相应的63个交流分量的解码。

3.但是在交流分量解码时注意虽然它与直流分量查表的步骤相同，但是相应权值表达的内容不同，2位实为16进制数分为高四位与低四位，其中高四位表示当前数值前面有多少个0，而低四位则表示接下来要读入的位数，如此往复直至0X00为止，停止读数。

（四）直流系数差分编码

上述步骤中解码出的直流变量数值其实是当前颜色分量的直流分量减去前一个实际直流变量的值而得到的。所以在解码时需要恢复当前实际直流分量的值，即可参照公式DCn=DCn- 1 Diff，其中Diff即为差分校正变量，也即为解码出的直流系数。同时考虑到一张图片有3个直流校正变量，当数据流中出现RSTn,则需要将DIff都需要重新复位到0^[8]。

（五）反行程编码

如下图所示按将8*8颜色分量单元按序编号同时形象地按Z字形的排列读取编码再重新排列，在编码时用Z字形编码方式是为了将有效的低频分量集中在一起放在前面，而将高频分量中非有效信息集中放在数据后面，从而能进行高效的压缩。

（六）反量化

在压缩时我们了解到量化的目的是减小非0系数幅度以及增加0值系数数目将高频分量去掉留下包含大量图像信息的低频分量。则量化的过程是把频率域上的每个量，除以对应该量的常数。那么反量化的过程就是将量化后的矩阵分别与JPEG色度与亮度量化表对应相乘^[9]。

（七）Y Cr Cb向RGB转换

由于压缩时图片的采样因子不同，则转换时也因采样因子而异。若采样因子有是1：1：1，^[10]则每个像素点的3个颜色分量Y Cr Cb都一一被采样，若采样因子为4：1：1则Cr与Cb分量的一个采样点分别服务于4个Y采样点，在压缩编码时由于对离散余弦变换有定义域对称的要求，则把RGB的数值范围[0,255]减去128偏移成[-128,127],所以解码时反过来将每个分量加上128即：

R=Y 1.402#215;Cb 128；

G=Y- 0.34414#215;Cr- 0.71414#215;Cb 128；

B=Y 1.772#215;Cb 128；

最后将反变换的块再组合成一幅图像，这就完成了图像的解压过程。

参考文献：

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