jpeg图像压缩原理

jpeg格式的图片具有很高压缩比，是十分常见的一种图片储存和传输格式。通常由无损的RGB图像数据到最终的jpeg格式需要经过以下的步骤：

step1.颜色模式转换

JPEG只支持YUV颜色模式（准确说是YCbCr颜色模式）的数据结构，而不支持RGB图像数据结构，所以在将彩色图像进行压缩之前，必须先对颜色模式进行数据转换。YUV色彩模型来源于RGB模型，Y表示明度信息，U、V表示色度信息。RGB和YUV之间的转换可以通过相应的转换公式计算得出（不必详细知道公式，只需知道Y、U、V都是R、G、B的线性组合）。

转换完成之后还需要进行数据采样。一般采用的采样比例是4：1：1或4：2：2。关于数据采样格式表示的意义，见下图：

step2.DCT变换

DCT（Discrete Cosine Transform）是将图像信号在频率域上进行变换，分离出高频和低频信息的处理过程（另见博文：傅里叶变换在图像处理中的应用）。然后再对图像的高频部分（即图像细节）进行压缩，以达到压缩图像数据的目的。

DCT变换前首先将图像划分为多个8*8的矩阵，为什么是8*8呢？这与计算机的进制规律有关，一个字节等于8个二进制位，这样后面的编码过程就可以对每个像素用2个字节的码字来表示。然后对每一个8*8矩阵作DCT变换（变换公式略）。变换后得到一个频率系数矩阵，其中的频率系数都是浮点数。

step3.量化频率系数

由于在后面编码过程中使用的码本都是整数，因此需要对变换后的浮点型频率系数进行量化，将之转换为整数。进行数据量化后，矩阵中的数据都是近似值，和原始图像数据之间有了差异，这一差异是造成图像压缩后失真的主要原因。

在量化过程中，质量因子的选取至为重要。值选得过大，可以大幅度提高压缩比，但是图像质量就比较差；反之，质量因子越小（最小为1），图像重建质量越好，但是压缩比越低。对此，ISO已经制定了一组供JPEG代码实现者使用的标准量化值。

step4.编码

编码才是对图像真正进行压缩的步骤，直流分量（DC）具有特殊的性质，因此要对每个8*8字块中的1个直流分量和63个交流分量（AC）分别进行编码。相邻的DC采用简单易用的差分编码（DCPM）；DA采用‘之’字型的行程编码以保证低频分量先出现，高频分量后出现，他们的码字用两个字节即可表示。如下图：

经过以上四个步骤，原始图像信息便被压缩处理成了jpeg格式。

Reference：

https://www.baidu.com/s?wd=jpeg&rsv_spt=1&issp=1&f=8&rsv_bp=0&rsv_idx=2&ie=utf-8&tn=baiduhome_pg&rsv_enter=1&inputT=1770