something about...JPEG

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一些色彩空间（色彩模型）：

  • RGB：红绿蓝，通过三原色不同的配比表示不同的颜色，通常用于显示屏
  • CMYK：用青色、品红、黄色、黑色四组颜色数值表示色彩，经过四种颜色不同配比显示不同色彩，常用于印刷
  • YUV(YCbCr)：JPEG编码使用的色彩模型，拥有三个分量，Y（亮度）、Cb（彩度蓝）、Cr（彩度红），

人眼工作机制：

人眼内含有视锥细胞和视杆细胞，前者具有感知颜色的能力，后者具有感知亮度的能力，通常眼中视杆细胞数量相对较多，因此对亮度的敏感程度高于色彩的的敏感程度。JPEG利用该特性，在压缩图像时将亮度和颜色分开处理。

JPEG压缩过程

  1. RGB -> YUV(BT.601标准)：对每个像素点的RGB三个数值执行如下变换(该步骤结束后图像大小不变)：
    • Y = 0.299*R + 0.587*G + 0.114*B
    • Cb = -0.1687*R - 0.3313*G + 0.5*B + 128
    • Cr = 0.5*R - 0.4187*G - 0.0813*B + 128
  2. 色度抽样：对每个像素点的Y、Cb、Cr三个分量采取Y:Cb:Cr=4:2:0的分量，即Y分量全采样，对CbCr分量进行1/4取样(2:0并不是Cb分量取一半而Cr不取，而是二者间隔取样，奇数行取Cb分量，偶数取Cr)。原本像素数为N的图片大小(字节数)为3N，经过该步骤后为1.5N，此为第一次压缩，称为缩减采样。
  3. 离散余弦变换(DCT)+量化：在JPEG算法中图像被分成了8*8的像素组，每个像素组的Y、Cb、Cr分量的数据都要单独进行处理。先进行电平偏移(-128)，这样像素值的范围就从0~255变为-128~127，再用离散余弦变换进行频域编码，得到DCT系数。将DCT变换后的临时结果，除以各自量化步长(量化表)并四舍五入后取整，得到量化系数。注：JPEG存在两张量化表，色度量化表的值普遍更大，这意味着色度通道的高频信息会被更激进地丢弃。
    亮度量化表（Luminance）
    1
    2
    3
    4
    5
    6
    7
    8
    16  11  10  16  24  40  51  61
    12  12  14  19  26  58  60  55
    14  13  16  24  40  57  69  56
    14  17  22  29  51  87  80  62
    18  22  37  56  68 109 103  77
    24  35  55  64  81 104 113  92
    49  64  78  87 103 121 120 101
    72  92  95  98 112 100 103  99
    色度量化表（Chrominance）
    1
    2
    3
    4
    5
    6
    7
    8
    17  18  24  47  99  99  99  99
    18  21  26  66  99  99  99  99
    24  26  56  99  99  99  99  99
    47  66  99  99  99  99  99  99
    99  99  99  99  99  99  99  99
    99  99  99  99  99  99  99  99
    99  99  99  99  99  99  99  99
    99  99  99  99  99  99  99  99
  4. zigzag排列。观察得到的最终矩阵，左上角至右下角连续的0数量上升，从左上角开始，以Z字形来回穿梭，直至经历矩阵中所有数字到达右下角，该排列称为zigzag排列。zigzag
  5. 用熵编码技术对数据进行编码。排列后得到的数据尾段出现大量连续的0(哈夫曼编码中在JPEG有一个EOB字段，表示从字段开始后续全为0)，然后再根据哈夫曼编码进行压缩。
  6. 以上从DCT到哈夫曼编码的过程是对一个8*8像素组压缩编码的过程，将全图像每个8*8像素组依次进行编码即可压缩整个图像。