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2 JPEG基本原理

JPEG对灰度图像的压缩处理过程如图1所示。JPEG对灰度图像的压缩处理过程主要包括：图像分割，离散余弦变换(DCT)，量化(Quantization)，“z”形排序(Zigzag Scan)，差分脉冲编码调制(Differential Pulse CodeModulation，DPCM)对直流系数(Dc)，行程长度编码(Run—kngth Encoding，RLE)对交流系数(Ac)，霍夫曼(Hufman)编码等。

图像压缩过程如图1所示。

JPEG标准的特点是离散余弦变换，它可以将8×8图像的空间表达式转换为频率域，经二维DCT变换后，第零行零列是低频分量，其余为高频分量。

3．1 JPEG压缩模块设计

按照压缩流程，JPEG压缩实现可以划分为三个模块：DCT变换模块，主控模块，编码输出模块。压缩模块组成如图3所示：DCT变换模块：把输入其中的像素值进行DCT变换。主控模块：控制数据的读写并送入DCT变换模块，对变换后的数据进行量化，量化完后进行z扫描。编码输出模块：对经过扫描和量化的数据进行编码并输出。

3 压缩系统的构成和实现

图像压缩的过程：首先把图像分为8×8的块，然后进行二维DCT变换，变换之后的数据高频和低频分开；接着开始z扫描，z扫描是一个排序过程，它可以让高频和低频分量按照编码的需要排列；Z扫描之后的数据需要量化后才能编码，量化是使数据量减少达到压缩目的重要环节(量化表见表1)；最后对扫描后的数据编码，低频分量用差分脉冲编码和低频霍夫曼编码，高频分量用行程长度编码。图像压缩系统的结构图如2所示，由数据流控制模块、外部存储器接口模块、存储待压缩数据RAM、JPEG压缩模块、压缩数据接收模块、数据发送模块组成：

1)数据流控制模块：控制数据流的方向。

2)外部存储器接口模块：提供SRAM的读写控制时序。

3)接收压缩数据模块：接收压缩模块发送来的数据并且通过读写SRAM控制模块存储到SRAM里面。

4)数据发送模块：产生和数传约定的时序并把压缩数据发出。

3．1 JPEG压缩模块设计

按照压缩流程，JPEG压缩实现可以划分为三个模块：DCT变换模块，主控模块，编码输出模块。压缩模块组成如图3所示：DCT变换模块：把输入其中的像素值进行DCT变换。主控模块：控制数据的读写并送入DCT变换模块，对变换后的数据进行量化，量化完后进行z扫描。编码输出模块：对经过扫描和量化的数据进行编码并输出。

3．2 编码模块实现细节

下面举例分别介绍对直流分量和交流分量不同的编码规则。

假设DC值为一l5，它的霍夫曼码字由AB两部分组成，A为其长度的霍夫曼编码，B为其数值的幅度。首先通过查找表查找其绝对值范围为4，即其值可以用一个四位的二进制数来表示；然后用查到的4在直流霍夫曼码表中查找相应的霍夫曼编码，其对应的霍夫曼编码为一个三位的二进制数101，那么这个DC系的编码为它值的长度对应的霍夫曼编码再加上其幅度。对于一15幅度为0000(最高位为符号位，0为负，1为正)。计算幅值的过程：在长度为4的范围有16个值，即从一l5到15，用4位二进制补码来表示为0001、0010、0011、0100、0101、0110、0111、1000、1000、1001、1010、1011、1100、1101、1110、1111。负数的幅值就是其绝对值的4位二进制表示的反码，反码等于补码减1，0000，0001，0010，0011，0100，0101，0110，0111，0111，1000，1001，1010，1011，1100，1101，1110，1111。这样DC值为一15的编码即为1010000。交流系数和直流系数相比多了零行程编码。零行程编码的步骤：按照扫描之后的顺序逐个检测交流系数，并用变量来记录零系数的个数，遇到非零系数时首先观察它和前一个非零系数之间有多少个零系数，如果超过了16个则对前16个零单独编码，在霍夫曼码表中有单独的ZRL代码对它编码，然后观察剩余零的个数是否超过16个，如果超过仍然执行上一步操作，如果小于16则把剩余零的个数和非零交流系作为参数对应霍夫曼码表进行编码。

本文到此讲解完毕了，希望对大家有帮助。