图像处理及JPEG压缩分析实验报告.docx
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图像处理及JPEG压缩分析实验报告
计算机多媒体实验报告
题目:
图像处理及JPEG压缩分析
【实验题目】实验一使用ACDSee做图像处理
【实验日期】2014.10.18
【实验目的及要求】
使用ACDSee10简体中文版做如下要求的图像处理。
(1)设置图像深度。
(2)更改RGB值和HSL值。
(3)图像格式转换。
【实验环境】ACDSee10简体中文版
【实验步骤】1.设置图像深度
可以在“查看器”(可以通过选中图像,右击,在弹出的快捷菜单中选择“查看”命令来打开)中修改图像的色深。
色深是指图像所包含的颜色范围。
通过选择点击【修改】→【更改色深】命令,然后在弹出的级联菜单中选择一个命令,如图2所示。
图2色深设置
提示:
图像设置不同的色深决定了图像中像点显示颜色的精度,通常颜色越多,图像越生动、逼真,但是数据量也就越大。
2.更改RGB值和HSL值
可以调整图像的红色、绿色以及蓝色(RGB)的颜色值。
这些选项可以保存为预设值以便日后使用。
具体操作步骤如下:
(1)在图像上右击,在弹出的快捷菜单中点击【编辑】→【使用编辑器打开】,打开“编辑面板”,如图3所示。
图3编辑面板
(2)在“编辑面板”中选择【颜色】选项,左侧弹出如图4所示的面板,通过对应颜色的修改实现图像的颜色设置。
4.图像格式转换:
可以将图像转换成ACDSee支持的任何文件格式。
可以单独为每个格式设置选项,指定如何处理多页图像,并自动应用默认转换操作。
具体操作步骤如下:
(1)在“浏览器”中,选择一个或多个图像,然后选择【修改】→【转换文件格式】命令,打开如图5所示的“批量转换文件格式”对话框。
图5“批量转换文件格式”对话框
(2)在“批量转换文件格式”对话框中设置输出选项,如图6所示。
图6批量转换设置输出选项
(3)设置多页选项。
并通过【开始转换】按钮完成格式转换,如图7所示。
图7批量转换设置多页选项
【实验二】使用UltraEdit分析图像文件压缩原理
【实验日期】2014.09.27
【实验目的及要求】通过实践全面理解已学的相关声音处理方式,主流的发展方向。
通过本实验内容,可以理解多媒体技术中声音、图像、视频在计算机中如何存储和处理的,以及Android手机应用程序的设计。
【实验环境】UltraEdit分析图像文件
【实验步骤】
先来制作一个简单的8×8大小的像素图,然后把它存成JPEG格式(属性见图1)。
方法是用windows的画图工具,定义一个8×8大小的图,用一些色块填充进去,然后另存为JPEG格式,如test.jpg,在这里创建了2个相同大小的图像,如图1所示。
其中图1(a)为数码相机拍摄的自然真彩色图像(色彩比较丰富),图1(b)来源于画笔的制作(颜色较单一),虽然具有相同的尺寸,但是左侧的图像大小为11.5KB,右侧的图像大小为669个字节,不难看出具有连续和相同色彩的图像JPEG压缩效果更佳。
图1图像存储属性设置
(a)真彩色图像 (b)画笔制作的图像
图18×8图像
保存成的文件后缀为jpg,但按标准来说,它是一种JFIF格式标准的文件,里面的图像的压缩方式是JPEG。
JFIF是一个文件格式标准,JPEG是一个压缩标准,总体来说它们不是一个概念。
JFIF是JPEGFileInterchangeFormat的缩写,也即JPEG文件交换格式。
JFIF是一个图片文件格式标准,它是一种使用JPEG图像压缩技术存储摄影图像的方法。
JFIF代表了一种“通用语言”文件格式,它是专门为方便用户在不同的计算机和应用程序间传输JPEG图像而设计的语言。
JFIF文件格式(见表1)定义了一些内容是JPEG压缩标准未定义的,如resolution/aspectratio,colorspace等。
表1JPEG段格式
标记缩写
占用字节
含义
标记值
SOI
2
StartOfImage
FFD8
EOI
2
EndOfImage
FFD9
APP0Marker
2
It’sthemarkerusedtoidentifyaJPGfilewhichusestheJFIFspecification
FFE0
Identifier
5
Identifier
JFIF
SOF0
2
StartOfFrame0
FFC0
SOS
2
StartOfScan
FFDA
COM
2
Comment
FFFE
DNL
2
DefineNumberofLines
FFDC
DRI
2
DefineRestartInterval
FFDD
DQT
2
DefineQuantizationTable
FFDB
DHT
2
DefineHuffmanTable
FFC4
可以用UltraEdit打开刚才保存的JPEG文件查看里面的内容,即可看到上面的各个标记段,如图2所示。
图2JPEG文件二进制存储形式
在图2上,把刚刚保存的JPEG文件用二进制形式打开后,标注出各种标记如下:
①在起始地址为00000000h的头部有FFD8标记表示图像的开始;
②在起始地址为00000000h的中间有FFE0标记用于识别JPG文件采用JFIF规格;
③在地址为00000010h和00000050h段中有FFDB标记表示两个量化表;
④在地址为00000090h段中有FFC0标记用来表示图像大小的信息;
⑤在地址为000000b0h、000000d0h、00000180h和000001a0h段中有FFC4标记用来表示后面有霍夫曼表。
一般一个JPG文件里会有两类霍夫曼表:
一个用于DC,一个用于AC,也即实际有4个表,亮度的DC,AC两个,色度的DC,AC两个;
⑥在地址为00000260h段中有FFDA标记用来表示图像数据段;
⑦在地址为00000290h段中最后位置有FFD9标记用来表示图像的结束。
我们再来看看各个标记的细部,具体分析一下各个部分的含义。
1、图片的识别信息
图片的识别信息首先是分析JPEG的段格式见表2。
表2JPEG段格式
长度:
(高字节,低字节),2字节
标识符(identifier),5字节
版本号(version),2字节
1字节主版本号,1字节次版本号
X和Y的密度单位(units=0:
无单位;units=1:
点数/英寸;units=2:
点数/厘米),1字节
X方向像素密度(Xdensity),2字节
Y方向像素密度(Ydensity),2字节
缩略图水平像素数目(thumbnailhorizontalpixels),1字节
缩略图垂直像素数目(thumbnailverticalpixels),1字节
缩略图RGB位图(thumbnailRGBbitmap),由前面的数值决定,取值3n,n为缩略图
在本案例中(见图3)标记FFE0后为0010,即为长度16。
然后是5字节的JFIF标识符号,说明这是一个JPEG压缩的文件。
然后是主/次版本号码。
下一个为XY像素的单位,这里为1,表示单位为点数/英寸。
然后是XY方向的像素密度,这里是96DPI,最后是缩略图有关信息,这里为0。
图3JPEG图片的结构信息
2、量化表(QT)的实例
图片文件的量化表结构见表3。
表3JPEG量化表结构
长度:
(高字节,低字节)
QT信息(1byte):
低4位:
QT号(0..3,否则错误),高4位:
QT精度,0=8bit,否则16bit
n字节的QT表,n=64*(精度+1)
案例中在图4里面的FFDB标记后的值为0043,也就是长度值为67,接下来的是QT信息,占一个字节;这里是0,表示这个QT表编号为0,并且精度是8bit。
然后后面就是64个8×8的QT表的各个系数值了,也即第一个量化表的十进制表示内容,如图5所示,这个表即为JPEG亮度量化表。
图4JPEG图片的量化表信息
8
6
5
8
12
20
26
31
6
6
7
10
13
29
30
28
7
7
8
12
20
29
35
60
7
9
11
15
26
44
50
31
9
11
19
28
34
56
52
39
12
18
28
32
61
52
57
46
25
32
39
57
52
61
60
51
36
46
39
49
56
50
52
50
图5JPEG图片的亮度量化表
第二个量化表的十进制表示的内容为图6所示,这个表的内容即为JPEG色度量化表。
9
9
12
50
50
50
50
50
9
11
24
33
50
50
50
50
12
13
28
50
50
50
50
50
24
33
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
图6JPEG图片的色度量化表
当你打开不同的JPEG文件,你会看到这两个表可能也是会有区别的。
这个主要是使用了不同的量化方式的结果。
3、图像信息段
JPEG图像信息段的结构如表4所示。
表4JPEG图像信息段结构
长度:
(高字节,低字节)
数据精度(1byte):
每个颜色分量每个像素的位数,通常是8
图片高度(高字节,低字节)
图片宽度(高字节,低字节)
Components数量(1byte):
灰度图是1,YCbCr/YIQ彩色图是3,CMYK彩色图是4
每个component:
3bytes:
Componentid(1=Y,2=Cb,3=Cr,4=I,5=Q)
采样系数(bit0-3vert,4-7hor)
量化表编号
在案例图7所示的内容中,FFC0标记后为0011即是十进制长度为17,然后是一个字节的数据精度,通常是为8,代表样本位数。
接下来是图片的高度,占两字节,这里即为8,然后是图片的宽度,也为8,这也就是我们定义的8×8的内容。
然后是component的个数,这里是3,表示YUV。
接下来是三组数据,每组数据里,第一个是componentID,第二个是采样系数,这里Y的采样系数为22,说明垂直是2,水平是2。
再后面就是量化表的编号了。
图7JPEG图片的图像信息段
4、霍夫曼表(HuffmanTable)的实例
JPEG图片中的HuffmanTable结构见表5。
表5JPEG的HuffmanTable结构
长度:
(高字节,低字节)
HT信息(1byte):
低4位:
HT号(0..3,否则错误);bit4:
HT类型,0=DCtable,1=ACtable;高3位:
必须为0
索引表头,16bytes:
长度是1到16范式Huffman编码对应的符号个数
值表,nbytes:
一个包含了按递增次序,Huffman编码组号对应的各个值,(n=代码总数)
图8所示为本例的霍夫曼表信息。
上面的这个内容FFC4标记后的内容为数据长度(如001F为31),再接着的1个字节为HT(HuffmanTable)的信息,低4位是HTID号,第5位是HT表类型标记,再高三位是为0。
①第一个DHT表,00,类型为DCtable,HTID号为0;
②第二个DHT表,10,类型为ACtable,HTID号为0;
③第三个DHT表,01,类型为DCtable,HTID号为1;
④第四个DHT表,11,类型为ACtable,HTID号为1;
图8JPEG图片的HuffmanTable信息
即前两个表为Y亮度分量的DC/AC表,后两个为UV色度分量的DC/AC表。
以第一个表为例,因为长度只有31,那么00后面的16字节,即为霍夫曼编码组号,如表6所示.
表6霍夫曼编码各组元素的个数
霍夫曼
编码组号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
组中个数
00
01
05
01
01
01
01
01
01
00
00
00
00
00
00
00
从表6中不难看出组号为1的组中代码有0个;组号为2的代码有1个;组号为3的代码有5个;组号为4、5、6、7、8、9的代码各1个。
总共12个。
再看后续的数据:
000102030405060708090A0B,即对应的编码保存值(见表7):
表7霍夫曼编码表
组号
代码
对应的编码保存值
2
00
00
3
0102030405
001010011100101
4
06
0110
5
07
00111
6
08
001000
7
09
0001001
8
0A
00001010
9
0B
000001011
从表7中我们发现,实际上对于组号代表的含义为对应编码的二进制位数。
其他未出现的组号,对应的数据未使用到。
也就是说前面提到过的范式在霍夫曼编码里,目前只使用部分数据即可,原因是这个8×8的图像数据很小。
第二个DHT表就更复杂些了,长度有181。
5、图像数据段
JPEG图像数据段的结构见表8。
表8JPEG图像数据段的结构
长度:
(高字节,低字节)
扫描行内组件的数量(1byte),通常是3
每个组件:
2bytes
Componentid(1=Y,2=Cb,3=Cr,4=I,5=Q),见SOF0
使用的Huffman表:
bit0..3:
ACtable(0..3)
bit4..7:
DCtable(0..3)
图像数据段的分析如图9所示。
从地址为00000260h的FFDA为图像扫描的起始标记,接下来的000C说明长度为12,然后是03,代表后面所含有的component的数量为3个,也即YUV。
然后的0100代表component的编号ID为1,既是亮度Y分量,并且对应所使用的霍夫曼表的ID是0的DC/AC表。
在接下来是0211代表component的编号ID为2,既是色度U分量,并且对应所使用的霍夫曼表的ID是1的DC/AC表。
在这个段的后面就是所有压缩后的数据。
直到结束的FFD9标记表示图像的结束,既EOI(EndOfImage)。
图9JPEG图片的图像数据段
【实验心得】
这两款软件皆是当下流行的软件,与人们生活密切相关,用好这类软件很重要,课上时间较短,课下还应多加练习使用,熟悉更多的功能,很有用处。
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