数据压缩实验五：JPEG解码

最新推荐文章于 2022-07-17 22:19:32 发布

namino_

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本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/namino_/article/details/72730337

该博客详细介绍了JPEG解码的基本原理，包括编码过程、解码步骤、JPEG文件格式，并详细阐述了实验流程，涉及关键代码分析和实验结果展示，如量化矩阵、HUFFMAN码表的输出，以及DC和AC图像的统计分布。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

一、基本原理

JPEG编码的过程如图所示:

将图像分成（8*8）的块以便进行DCT变换，不够的要取边缘像素补齐
零偏置：对于灰度级是2n的像素，通过减去2n-1，将无符号的整数值变成有符号数，对于n=8，即将0~255的值域，通过减去128，转换为值域在-128~127之间的值，使像素的绝对值出现3位10进制的概率大大减少。
DCT：经过DCT变换后，图像中的低频分量会集中在左上角，低频能量高，故而左上角数值较大。
量化：根据人眼的视觉特性，对低频敏感所以细量化，对高频不敏感所以粗量化；对亮度信号敏感，对色度信号不敏感。所以亮度和色度分量分别采用不同的量化表。
之字形扫描：游程编码的扫描过程，由于DCT变换后，系数集中在左上角，于是采用之字形扫描。
熵编码：直流分量采用差分编码；交流分量采用游程编码

解码过程：

读入文件的相关信息
初步了解图像数据流的结构
颜色分量单元的内部解码
直流系数的差分编码
反量化 & 反Zig-zag编码
反离散余弦变换

JPEG文件格式

SOI 0xFFD8 图像开始
APPn 0xFFEn 应用细节信息
DQT 0xFFDB 定义量化表
SOF0 0xFFC0 帧图像开始
DHT 0xFFC4 定义霍夫曼表
SOS 0xFFDA 扫描开始 12字节
EOI 0xFFD9 图像结束 2字节

二、实验流程

(1)．逐步调试JPEG解码器程序。将输入的JPG文件进行解码，将输出文件保存为可供YUVViewer观看的YUV文件。

(2). 程序调试过程中，应做到：

理解程序设计的整体框架
理解三个结构体的设计目的

struct huffman_table
struct component
struct jdec_private

理解在视音频编解码调试中TRACE的目的和含义
会打开和关闭TRACE
会根据自己的要求修改TRACE

(3)．以txt文件输出所有的量化矩阵和所有的HUFFMAN码表。

(4)．输出DC图像并经过huffman统计其概率分布（使用第三个实验中的Huffman编码器）。

(5)．输出某一个AC值图像并统计其概率分布（使用第三个实验中的Huffman编码器）。

三、关键代码及分析

1.将输出文件保存为YUV文件

tinyjpeg.h

enum tinyjpeg_fmt {
   TINYJPEG_FMT_GREY = 1,
   TINYJPEG_FMT_BGR24,
   TINYJPEG_FMT_RGB24,
   TINYJPEG_FMT_YUV420P, //add by cxy
   TINYJPEG_FMT_YUV,
};

tinyjpeg.c

int tinyjpeg_decode(struct jdec_private *priv, int pixfmt)
{..              /*add by cxy*/
		   case TINYJPEG_FMT_YUV:
			   colorspace_array_conv = convert_colorspace_yuv420p;
			   if (priv->components[0] == NULL)
			 priv->components[0] = (uint8_t *)malloc(priv->width * priv->height);
			   if (priv->components[1] == NULL)
			 priv->