JPEG标准由多个部分组成，主要的部分有：Part 1——基本的JPEG标准，定义了静止图像编码的方法和系统；Part 2——确定符合Part 1标准的软件规则和检查方法；Part 3——建立一系列对标准改进的扩展等。
本节主要介绍Part 1基本的JPEG标准。
JPEG有两种基本压缩方法：
第一种有损压缩方法：它是以DCT为基础的压缩编码方法，其压缩比较高。
第二种无损压缩方法，又称预测压缩方法，是以二维DPCM为基础的压缩方式，解码后能完全精确地恢复原图像取样值，压缩比低于有损压缩方法。
JPEG还包括多种工作模式：
顺序编码（Sequential Encoding）；
逐次编码（Progressive Encoding）；
分级模式（hierarchical）。
基于DCT的JPEG编解码原理框图如图7-37所示。
图7-37 JPEG编解码系统框图
JPEG编码算法主要有以下几个重要步骤：
一是用DCT去除图像数据的空间冗余；
二是用人眼视觉最佳效果的量化表来量化DCT系数F（u，v），去除视觉冗余；
三是对量化后的DCT系数F（u，v）数据进行熵编码，去除熵冗余。
（一）预处理
1.像块分割（Block）
像块分割指的是把源图像分割成相互不重叠的矩形块，每一个像块作为一个独立的单元进行变换和编解码。
2.直流电平下移
为了提高编码效率，在对f（x，y）作DCT变换之前，先对像块进行电平下移，即直流电平下移128=27，在解码时再进行上移。电平下移后的像块f（x，y）如表7-4（b）所示。
表7-4 块样值
（二）DCT变换
对电平下移后的f（x，y）作DCT变换得到系数块F（u，v），如表7-5（a）所示。
表7-5 作DCT变换后的系数F（v）
（三）量化
用人眼视觉最佳效果的量化表来量化DCT系数F（u，v），去除视觉冗余。JPEG推荐了亮度信号和色度信号两种量化表，如表7-6所示。
表7-6 量化表Q（u，v）
量化公式为：
其中［F（u，v）］Q为量化后得到的系数，如表7-5（b）所示。
在解码端进行反量化时，利用相同的量化表Q（u，v）乘以［F（u，v）］Q，可以得到反量化后重建的DCT系数F′（u，v）：
F′（u，v）=［F（u，v）］Q×Q（u，v）
（四）之字形扫描
量化之后右下角高频系数大部分为0，在编码时为了制造更长的0游程提高编码效率，采用之字形扫描读取法，如图7-38所示。
(www.xing528.com)
图7-38 之字形扫描读取方法图
（五）DC系数的DPCM编码
对DC系数采用差分编码（DPCM），传送当前块与前一个块之间的DC系数差值。
ΔDCi=Fi（0，0）-Fi-1（0，0）
其中，Fi（0，0）表示当前像块的直流系数，Fi-1（0，0）表示前一像块的直流系数。DC系数的DPCM编码示意图如图7-39所示。
（六）可变长熵编码
为了消除码字中的统计冗余，对量化后的DCT系数F（u，v）数据进行可变长熵编码。
JPEG推荐的Huffman码表如表7-7、表7-8、表7-9、表7-10所示。
图7-39 DC系数示意图
表7-7 幅度值的可变长二编码表
表7-8 亮度和色度直流系数的Huffman码表
续表
表7-9 亮度交流系数的Huffman码表
续表
表7-10 色度交流系数的Huffman码表
续表
（七）解码
解码是编码的逆过程，上述所讲例子解码后重建的图像f′（x，y）如表5-8（a）所示，与表7-4（a）原始图像f（x，y）相比较，它们之间有一定的误差e（x，y）如表7-11（b）所示。这个误差是由量化过程引起的，只要这个误差控制在一定范围之内，人眼视觉是可以接受的。
解码后重建图像数据f′（x，y）如表7-11所示。
表7-11 解码后重建图像数据f′（x，y）
续表
（八）JPEG压缩编码图像质量
1.压缩比计算
在本例中，原像块为8×8=64个像素，如果每个像素用8比特编码（8bit/pixel），压缩前的总比特位数为：8×8×8=512。经过编码后，输出的总比特数为31位，平均为31/64=0.4844 bit/pixel，压缩比为512/31=16.5。
2.图像质量
对于自然景色图像，4：2：2色度格式，分辨率为720×576，定长码16bit/pixel（包括色度分量）的图像，经过JPEG编码后的压缩比和图像质量如表7-12 所示。
表7-12 JPEG压缩后图像质量
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