JPEG

JPEG簡介

　　JPEG 是Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）的縮寫，是第一個國際圖像壓縮標準。JPEG圖像壓縮算法能夠在提供良好的壓縮性能的同時，具有比較好的重建質量，被廣泛應用于圖像、視頻處理領域。人們日常碰到的“.jpeg”、‘’.jpg“等指代的是圖像數據經壓縮編碼后在媒體上的封存形式，不能與JPEG壓縮標準混為一談。

　　JPEG（Joint Photographic Experts Group）是在國際標準化組織（ISO）領導之下制定靜態圖像壓縮標準的委員會，第一套國際靜態圖像壓縮標準ISO 10918-1（JPEG）就是該委員會制定的。由于JPEG優良的品質，使他在短短幾年內獲得了成功，被廣泛應用于互聯網和數碼相機領域，網站上80%的圖像都采用了JPEG壓縮標準。

JPEG百科

　　JPEG 是Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家小組）的縮寫，是第一個國際圖像壓縮標準。JPEG圖像壓縮算法能夠在提供良好的壓縮性能的同時，具有比較好的重建質量，被廣泛應用于圖像、視頻處理領域。人們日常碰到的“.jpeg”、‘’.jpg“等指代的是圖像數據經壓縮編碼后在媒體上的封存形式，不能與JPEG壓縮標準混為一談。

　　JPEG（Joint Photographic Experts Group）是在國際標準化組織（ISO）領導之下制定靜態圖像壓縮標準的委員會，第一套國際靜態圖像壓縮標準ISO 10918-1（JPEG）就是該委員會制定的。由于JPEG優良的品質，使他在短短幾年內獲得了成功，被廣泛應用于互聯網和數碼相機領域，網站上80%的圖像都采用了JPEG壓縮標準。

　　JPEG本身只有描述如何將一個影像轉換為字節的數據串流（streaming），但并沒有說明這些字節如何在任何特定的儲存媒體上被封存起來。.jpeg/.jpg是最常用的圖像文件格式，由一個軟件開發聯合會組織制定，是一種有損壓縮格式，能夠將圖像壓縮在很小的儲存空間，圖像中重復或不重要的資料會被丟失，因此容易造成圖像數據的損傷。尤其是使用過高的壓縮比例，將使最終解壓縮后恢復的圖像質量明顯降低，如果追求高品質圖像，不宜采用過高壓縮比例。但是JPEG壓縮技術十分先進，它用有損壓縮方式去除冗余的圖像數據，在獲得極高的壓縮率的同時能展現十分豐富生動的圖像，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。而且 JPEG是一種很靈活的格式，具有調節圖像質量的功能，允許用不同的壓縮比例對文件進行壓縮，支持多種壓縮級別，壓縮比率通常在10：1到40：1之間，壓縮比越大，品質就越低；相反地，品質就越高。比如可以把1．37Mb的BMP位圖文件壓縮至20．3KB。當然也可以在圖像質量和文件尺寸之間找到平衡點。JPEG格式壓縮的主要是高頻信息，對色彩的信息保留較好，適合應用于互聯網，可減少圖像的傳輸時間，可以支持24bit真彩色，也普遍應用于需要連續色調的圖像。

　　詳細介紹

　　JPEG是第一個國際圖像壓縮標準，用于連續色調靜態圖像（即包括灰度圖像和彩色圖像）［1］ 。JPEG是聯合圖像專家組（Joint Photographic Experts Group）的縮寫，這個圖像壓縮標準是國際電信聯盟（International Telecommunication Union，ITU）、國際標準化組織（International Organization for Standardization，ISO）和國際電工委員會（International Electrotechnical Commission，IEC）合作努力的成果。JPEG標準正式地稱為ISO/IEC IS（國際標準）10918-1：連續色調靜態圖像數字壓縮和編碼（Digital Compression and Coding of Continuous-tone Still Images）和ITU-T建議T.81。這個標準目的在于支持用于大多數連續色調靜態圖像壓縮的各種各樣的應用，這些圖像可以是任何一個色彩空間，用戶可以調整壓縮比，并能達到或者接近技術領域中領先的壓縮性能，且具有良好的重建質量。這個標準的另一個目標是對普遍實際的應用提供易處理的計算復雜度。［2］ 在 Photoshop軟件中以JPEG格式儲存時，提供11級壓縮級別，以0—10級表示。其中0級壓縮比最高，圖像品質最差。即使采用細節幾乎無損的10 級質量保存時，壓縮比也可達 5：1。以BMP格式保存時得到4．28MB圖像文件，在采用JPG格式保存時，其文件僅為178KB，壓縮比達到24：1。經過多次比較，采用第8級壓縮為存儲空間與圖像質量兼得的最佳比例。然而，JPEG靜止圖像壓縮標準，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，將會出現很明顯的方塊效應，其質量變得不可接受。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，盡管當前的JPEG標準具有重新啟動間隔的規定，但當碰到比特差錯時圖像質量將受到嚴重的損壞。針對這些問題，自1997年3月起，JPEG圖像壓縮標準委員會開始著手制定新一代的圖像壓縮標準以解決上述問題。2000年3月的東京會議，確定了彩色靜態圖像的新一代編碼方式JPEG2000圖像壓縮標準的編碼算法。JPEG2000作為JPEG的升級版，其壓縮率比JPEG高約30%左右，同時支持有損和無損壓縮。JPEG2000格式有一個極其重要的特征在于它能實現漸進傳輸，即先傳輸圖像的輪廓，然后逐步傳輸數據，不斷提高圖像質量，讓圖像由朦朧到清晰顯示。此外，JPEG2000還支持所謂的“感興趣區域” 特性，可以任意指定影像上感興趣區域的壓縮質量，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域對用戶是有用的，對這些區域，采用低壓縮比，而感興趣區 域之外采用高壓縮比，在保證不丟失重要信息的同時，又能有效地壓縮數據量，這就是基于感興趣區域的編碼方案所采取的壓縮策略。其優點在于它結合了接收方對壓縮的主觀需求，實現了交互式壓縮。而接收方隨著觀察，常常會有新的要求，可能對新的區域感興趣，也可能希望某一區域更清晰些。JPEG2000和JPEG相比優勢明顯，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即可應用于傳統的JPEG市場，如掃描儀、數碼相機等，又可應用于新興領域，如網路傳輸、無線通訊等等。注意：JPEG標準不指定任何固有的文件格式。它只定義壓縮比特流的語法。這就產生了一定數量的文件格式來存儲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。但它們中的每一個都不能認為是由國際標準委員會支持的正式定義的國際標準。［2］

　　部分JPEG標準⑴核心圖像編碼系統［3］ ，為JPEG2000指定了基本的特征集合和碼流語法；⑵擴充（給⑴的核心定義添加更多的特征和完善度）；⑶運動JPEG2000指定了文件格式（MJ2），它包含用于動態視頻的具有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實現）。在這一部分中，提供了兩個軟件源包（使用Java和C編程語言）用于測試和開發商對于JPEG2000系統實現的有效性檢驗；⑹復合圖像文件格式（用于文件掃描和傳真應用程序）指定了其他文件格式（JPM）用于存儲復合圖像。ITU-TT.441ISO 16485多層混合光柵內容（mixed raster content，MRC）模型用于表示在第6部分的JPEG2000復合圖像；⑺對⑴的最小支持（技術報告）【已摒棄】。⑻安全JPEG2000（JPSEC）。這一部分設計了用于JPEG2000應用的安全方面，例如加密、數字水印等；⑼交互工具、API和協議（JPIP）。這一部分定義了一個交互式網絡協議，并且它指定了用于JPEG2000圖像和相關元數據高效的交換工具；⑽3D和浮點數據（JP3D）。這一部分開發與三維數據有關的內容，以3D醫療圖像重建作為例子；⑾無線（JPWL）。這一部分開發了用于無線多媒體的應用。主要涉及用JPEG2000在易出錯的無線網環境中JPWL的差錯保護、檢測和修正；⑿對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為完全被認可的ISO標準，定義了核心壓縮技術和最小文件格式，⑵～⑹定義壓縮和文件格式的擴充。其中，⑺已摒棄。⑻~仍在發展之中

　　技術概括

　　在計算機處理中，JPEG是一種廣泛適用的壓縮圖像標準方式。JPEG就是「聯合圖像專家組」（JointPhotographicExpertsGroup）的首字母縮寫。采用這種壓縮格式的文件一般就稱為JPEG；此類文件的一般擴展名有：.jpeg、.jfif、.jpg或.jpe，其中在主流平臺最常見的是.jpg。JPEG只描述一副圖像如何轉換成一組數據流，而不論這些字節存儲在何種介質上。由獨立JPEG組創立的另一個進階標準，JFIF（JPEGFileInterchangeFormat，JPEG文件交換格式）則描述JPEG數據流如何生成適于電腦存儲或傳送的圖像。在一般應用中，我們從數碼相機等來源獲得的“JPEG文件”，指的就是JFIF文件，有時是ExifJPEG文件。JPEG/JFIF是互聯網上最常見的圖像存儲和傳送格式。但此格式不適合用來繪制線條、文字或圖標，因為它的壓縮方式對這幾種圖片損壞嚴重。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節。JPEG（發音為/jay-peg/）是一種針對相片影像而廣泛使用的一種失真壓縮標準方法。使用這種壓縮的檔案格式一般也被稱為JPEG；雖然在所有平臺上.jpg是最普遍的，但是針對這種格式一般的擴展名是.jpeg、.jfif、.jpg、.JPG、或是.JPE。

　　這個名稱代表JointPhotographicExpertsGroup（聯合圖像專家小組）。一個由獨立JPEG小組（IndependentJPEGGroup）所建立的額外標準，稱為JFIF（JPEGFileInterchangeFormat，JPEG檔案交換格式）詳細說明如何從一個JPEG串流，產出一個適合于電腦儲存和傳輸（像是在因特網上）的檔案。在普遍的用法，當有人稱呼一個“JPEG檔案”，一般而言他是意指一個JFIF檔案，或有時候是一個ExifJPEG檔案。然而，也有其他以JPEG為基礎的檔案格式，像是JNG。JPEG/JFIF是最普遍在萬維網（WorldWideWeb）上被用來儲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，因為它的壓縮方法用在這些圖形的型態上，會得到不適當的結果（PNG和GIF格式通常是用來針對這種目的之圖形；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存照片，但是檔案太大讓它不適合在網頁上放照片）。

　　在ISO公布的JPEG標準方案中，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展系統兩部分：一種是基于空間DPCM（差分脈沖編碼調制，是預測編碼的一種）方法的無損壓縮編碼方式