38、深入理解基线JPEG压缩算法

深入理解基线JPEG压缩算法

1. 基线JPEG压缩概述

基线JPEG压缩算法在JPEG家族的四种模式中应用广泛，主要用于压缩具有1到4个分量的连续色调图像。灰度图像只有1个分量，而彩色图像最多可有4个颜色分量。基线JPEG要求源图像的每个分量采用8位样本。例如，CMYK（青色、品红色、黄色和黑色）图像是四分量彩色图像，常用于印刷、扫描等领域；而用于显示的彩色图像通常有RGB（红色、绿色和蓝色）三个颜色分量。

在典型的彩色图像中，红、绿、蓝三个颜色分量之间存在显著的空间相关性。为了实现良好的压缩性能，首先需要将RGB图像转换到去相关的颜色空间，以降低颜色分量之间的相关性。在基线JPEG中，通常将三色RGB图像转换为亮度 - 色度（L - C）颜色空间，如YCbCr、YUV、CIELAB等。将图像转换到亮度 - 色度颜色空间的好处是，亮度和色度分量之间的相关性大大降低，而且色度通道包含大量冗余信息，可以在不牺牲重建图像视觉质量的情况下进行子采样。

2. 颜色空间转换

在实际应用中，我们主要考虑RGB到YCbCr的颜色空间转换及其逆转换。采用CCIR（国际无线电咨询委员会）建议601 - 1的方法进行转换，这也是基线JPEG压缩中常用的颜色转换方法。

从RGB到YCbCr的转换基于以下数学表达式：
[
\begin{bmatrix}
Y \
Cb \
Cr
\end{bmatrix}
=
\begin{bmatrix}
0.299000 & 0.587000 & 0.114000 \
-0.168736 & -0.33