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标  题: JPEG技术发展动向
发信站: 紫 丁 香 (Sun Mar  5 21:28:24 2000), 转信

                            JPEG技术最新发展动向
   　　                                            陈宇
                                       摘自《电子&电脑》  1998年 第08期
   　　可能许多人都只知道JPEG 是一种图像格式，它可以在真彩色模式下把图像压
   缩得很小。其实远不只这些，JPEG 代表的是一种先进的技术规范，并且该技术一
   直在发展完善之中。下面，我向大家介绍这一技术的最新发展动向，包括为了能
   在网上快速显示而开发的 progressive JPEG 技术（已成为 ISO 技术规范)
   、JPEG的无损压缩技术（已经解决，并且成为一项技术规范）、正在研究中的支
   持透明的JPEG技术，以及其它相关的JPEG技术的发展趋势和人们所关心的一些问
   题。

   　　简单的基线JPEG格式（baseline JPEG ）的图像信息在存储或显示的时候总
   是从上到下逐行扫描像素。因此，若将这样的图像放在网络上，则在网络传输速
   度很慢的情况下（尤其是在中国）完全显示一幅图片要花很长时间，而浏览者又
   要等图片完全显示出来才能得到网页上的信息，因而造成极大的不便，所以许多
   人宁愿使用只支持256色、更大的、GIF格式的图片。当然还有一种由基线JPEG发
   展而来的连续JPEG格式（Sequential JPEG），它用12个比特表示一种颜色，并拥
   有更多的霍夫曼表，但显示效果上并没有太大的变化。在这种情况下，改进
   的JPEG格式（progressive JPEG）应运而生。改进的JPEG格式将图形文件分成许
   多层次进行扫描，第一次扫描时显示一幅质量较低的图像（但速度很快），接下
   来的扫描为图像增加了一些细节，图像的质量有了一定的提高。每一次扫描都为
   图像增加一些像素信息，到最后图像完全扫描出来后其效果和传统的JPEG格式没
   有任何差别。总之，改进的JPEG格式将图像信息重新组织成一种非常复杂的序列
   。

   　　改进的JPEG格式的优点是：图像在浏览的时候不停地变化，通过逐步改进图
   像质量的方法让人觉得显示速度在提高，从而使浏览者不觉得枯燥，这当然要比
   从上到下的显示方式要高明得多。经过测试，显示这种格式的图片时确实要快一
   些，但并没有感觉的那么快。在很大程度上，它的确能够帮助浏览者快速了解网
   上信息。另外，当传输速度很快的时候，改进的JPEG格式在解码时会自动跳过一
   些步骤，直接显示最后结果，因此你也看不到它和传统格式之间的任何差别。不
   过，有的研究人员认为这种格式的图片在质量上可能要略好一些。

   　　现在有许多软件都支持改进的JPEG格式，并且这种格式在网络上已经开始广
   泛地流行起来了。由于改进的JPEG格式与传统的JPEG格式的原理是一样的（即压
   缩方式）。因此，将传统的JPEG格式的图像转换成改进的JPEG格式的图像不会带
   来质量上的改变，当然这需要有专门的软件，否则在压缩和解压缩JPEG格式的图
   像时会因为算法上的缘故而带来一定的质量损失。

   　　值得注意的是：那些只支持基线JPEG格式的解码器还不能显示改进的JPEG格
   式的图像，所以现有的解码器必须进行升级后才能读取改进的JPEG格式的图像文
   件。随着网络的发展，改进的JPEG格式的图像会十分流行，格式上的障碍不会造
   成长期的影响。况且许多软件早已作了改进，迄今为止我还没有发现有哪一种软
   件不能读这种格式的图像。

   　　在下面的两幅图中，图1是progressive JPEG格式的图片显示过程中的情形，
   图2是最后的显示结果。

   　　图1

   　　图2

   　　目前有许多软件可以将普通的JPEG格式转化成改进的JPEG格式。你可以使
   用Photoshop ,在保存为JPEG格式时选择progressive JPEG一项即可。也可以使用
   第三方提供的插件，比如，in-tuch 公司开发了一个photoshop插件，通过它只需
   将图片另存为progressive JPEG格式就可以了，还可以设置压缩比率。该公司的
   网址是：http://www.in-tuch.com，用它保存的图片的扩展名是.pjp。

   　　大家熟悉的另一个相关软件是acdsee。当你将一幅图像转换为JPEG格式时，
   会有一个 progressive选项，选中它就可将图像转换为改进的JPEG格式了。

   　　另一项重要的技术就是JPEG格式的无损压缩。目前有很多无损压缩解决方案
   。ISO 标准定义了一种无损压缩方法（lossless JPEG），但其通过的另一项新标
   准叫JPEG-LS，也很流行。这里所说的无损压缩是指解压以后的每个像素和原图是
   完全一致的，这比不可分辨缺损的压缩方式要强得多。无损压缩方式是不同寻常
   的一种算法，一般可以压缩到2：1，它对具有连续色调的图像压缩得较好，对有
   调色板或较少色深的图像的压缩效果不是很好。JPEG的无损压缩技术最近才开始
   流行起来。ISO JPEG组织最近通过了一项新的无损压缩标准叫 JPEG-LS ，这项技
   术比普通的无损压缩技术更令人满意，它比一般的JPEG技术规范要复杂，这里我
   不想就这项复杂技术规范本身作太多的介绍。这方面的软件并没有及时出现，因
   为不少人认为现有的压缩技术已经足够保证肉眼难以分辨图像的缺损，而且一般
   情况下我们根本就没有必要将压缩质量设成100%。但是，这项技术本身有很大的
   发展前途，因为在某些情况下人们还是需要一种在保持高压缩率的同时又能够保
   证图像没有缺损的技术。至少在医学领域这种技术已经有了广泛的应用。例如，
   医学照相必须十分精确，每一个细节都必须保持原样，而有损JPEG或多或少地会
   造成一定程度的缺损，尤其是当多次压缩和解压缩的时候更是如此。目前，无损
   压缩方面的软件还比较少。Pegasus 公司推出了一个名叫“ViewMED” 的软件，
   它能够将8位或16位的灰度图像转换成无损JPEG格式，扩展名为.lip。尽管它的功
   能有限，但对广泛使用灰度图像的医学领域来说已经很不错了。Augrin公司推出
   了一个名叫JPEG PRO 3.1.0的软件开发包，它提供了供开发人员使用的有关JPEG
   格式压缩的的各种算法的源代码，包括对图像进行2：1的无损JPEG压缩。

   　　你听说过透明的JPEG格式吗？现在已经有很多公司开始研究它了。但开发透
   明JPEG格式远比开发Progressive JPEG 格式要困难得多，像GIF等图像格式在处
   理透明的时候是选一种颜色，当图形是该颜色时便为透明，但这不能用于JPEG格
   式，主要是因为JPEG 是有损压缩的，压缩后的图像上的点的信息并不是原来的状
   况。这样，显示透明的时候就会出现偏差，小的偏差并不影响图像的显示，但如
   果将透明的图像转换成普通的图像时，则这种偏差就会变得十分严重，特别是当
   实际的背景和透明颜色差别很大的时候更是如此。因此，人们想出了另一种可行
   的方法，就是增加一个alpha 通道，该通道存储了图像的透明信息，但当图像有
   大块的变化时会出现问题。因此，你不得不详细地存储alpha通道的信息，这就不
   可避免地会使文件变得更加庞大，显然有些不合算。

   　　最近，有两位研究人员提出了一种新的格式，即JPIG。这种格式可以保存透
   明信息，并且整

   　　个文件又不会变得很大。这是我所知道的比较成功的探索之一。到目前为止
   ，这项技术还在发展之中。他们的主要设想是：在显示图像的时候，根据alpha
   通道中的黑色与白色的比例来确定图像的透明程度：当alpha 通道完全是黑色时
   表示透明，不显示；相反，当alpha 通道完全为白色时就显示出来。请看下面的
   图像：

   　　图3

   　　图4

   　　图3是原图，图4是它的alpha通道。我们马上会意识到这种增加alpha 通道的
   办法要比透明的GIF格式好得多，因为它拥有多种透明度。

   　　尽管这种新的图形格式包含许多新的特性，但他们还是尽量使用原有的JPEG
   格式以保存更多的信息，在如图5所示的图像中，图像被分成许多小块（为了便于
   说明，这些小块被放大并标以颜色, 中间的部分表示不透明区，四周兰色区表示
   透明区，靠近中间的红色区表示过度区）。在JPIG 格式中，图象数据也是被分块
   压缩的，只不过压缩时加入了透明信息。这样合成以后就成为一幅完整的JPIG格
   式的图像。如果仔细观察一下，图像的边界不是平滑的，但是如果图块分得很小
   ，就不会感觉出边缘的粗糙了（好比正多边型的边非常非常多时，我们所看到的
   图形不是多边形而是圆）。虽然PNG格式的图像也有类似的功能，但这种格式的图
   像文件非常大，因为它们没有使用JPEG这样的压缩算法。而JPIG格式也没有
   像JPEG那样在压缩时对图像作严重的变形，而是在改善透明图像的质量方面使用
   了许多增强技术，因而使图象的边缘更加平滑。当然，这其中包括复杂的数学模
   型和评估算法，在此处就不对它们作详细的介绍了。目前，还没有一种软件专门
   用来制作JPIG格式的图像，也没有这样的插件供浏览器使用，上面的示例是
   用Photoshop模拟出来的。不过上面提及的两位研究人员许诺将尽快开发出
   供Photoshop 和Netscape Navigator使用的插件。

   　　有关JPEG的新技术还有很多，比如M-JPEG（即运动JPEG）是用来进行视频压
   缩的，还有各种高压缩率的JPEG压缩方案。
  (图是看不到的啦！//sigh)

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    感情是一个难以驯服的野马
    理智却是一个严厉的马夫

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