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JPG學習筆記5(附完整代碼)

2021-02-19 06:26:07 後端開發

<style>#topics h2 { background: rgba(43, 102, 149, 1); border-radius: 6px; box-shadow: 0 0 1px rgba(95, 90, 75, 1), 1px 1px 6px 1px rgba(10, 10, 0, 0.5); color: rgba(255, 255, 255, 1); font-family: "微軟雅黑", "宋體", "黑體", Arial; font-size: 15px; font-weight: bold; height: 24px; line-height: 23px; margin: 12px 0 !important; padding: 5px 0 5px 10px; text-shadow: 2px 2px 3px rgba(34, 34, 34, 1) } #topics h1 span { font-weight: bold; line-height: 1.5; font-family: "Helvetica Neue", Helvetica, Verdana, Arial, sans-serif; text-decoration: underline; color: rgba(201, 27, 67, 1); text-shadow: 2px 2px 3px rgba(34, 34, 34, 1) }</style>

  JPG壓縮的第4步是哈夫曼編碼,下面主要介紹JPEG是如果進行哈夫曼編碼的,

圖片參考自"Compressed Image File Formats JPEG, PNG, GIF, XBM, BMP - John Miano"[1]

1.AC資料的哈夫曼Symbol.

對于AC資料而言,需要編碼的前4位代表這個資料之前有多少個0,后4位代表當前值的Magnitude Value,

 AC資料的編碼是以ZigZag的順序進行的,

如下圖為例,從1開始前面有0個0, 數值大小為1, magnitude value為1,需要編碼的symbol為0x01;

接著走到3處,前面有5個0,數值大小為3, magnitude value 為2,需要編碼的symbol為0x52;

以此類推:

唯一有的2個額外的情況

0x00代表后面的資料都為0

0xF0代表16個0

 

 

  總共的symbol數量 = (為0的個數)16 * 10(不同的maginitude) + 2 (特殊情況) = 162, 

2.DC資料的哈夫曼Symbol

  DC資料存的是difference,即當前Block的DC值減去上一個Block的DC值,

  如下可知DC symbol總共有12個

 

3.JPEG默認哈夫曼編碼

JPEG提供了默認的huffmanTable(emprically good)[2],如下

 

 

 

 

 參考"https://www.impulseadventure.com/photo/optimized-jpeg.html"

 也可以自己根據圖片生成huffmanCode,代碼如下

void JPG::huffmanCoding() {
    /*****************************************創建yDC_Table*********************************************/
    int lastYDC = 0;
    uint componentID = 1;
    //創建YDC_Table
    for (uint i = 0; i < mcuHeight; i++) {
        for (uint j = 0; j < mcuWidth; j++) {
            MCU& currentMCU = data[i * mcuWidth + j];
            //iterate over 每一個component Y, cb cr
            //遍歷block
            for(uint ii = 0; ii < getVerticalSamplingFrequency(componentID); ii++) {
                for(uint jj = 0; jj < getHorizontalSamplingFrequency(componentID); jj++) {
                    Block& currentBlock = currentMCU[componentID][ii * getHorizontalSamplingFrequency(componentID) + jj];
                    int difference = currentBlock[0] - lastYDC; //DC分量是encode difference
                    lastYDC = currentBlock[0];
                    byte symbol = getBinaryLengthByValue(difference); //Y的2進制的長度就是symbol的值
                    yDC.countOfSymbol[symbol]++;
                }
            }
        }
    }
    yDC.generateHuffmanCode(); 
     /*****************************************創建 yAC_Table*********************************************/
    for (uint i = 0; i < mcuHeight; i++) {
        for (uint j = 0; j < mcuWidth; j++) {
            MCU& currentMCU = data[i * mcuWidth + j];
            //遍歷block
            for(uint ii = 0; ii < getVerticalSamplingFrequency(componentID); ii++) {
                for(uint jj = 0; jj < getHorizontalSamplingFrequency(componentID); jj++) {
                    Block& currentBlock = currentMCU[componentID][ii * getHorizontalSamplingFrequency(componentID) + jj];
                    uint numZero = 0;
                    for(uint k = 1; k < 64; k++) {
                        if(currentBlock[ZIG_ZAG[k]] == 0) {
                            numZero++;
                            if(numZero == 16) {
                                if(isRemainingAllZero(currentBlock, k + 1)) {
                                    yAC.countOfSymbol[0x00]++;
                                    break;
                                } else {
                                    yAC.countOfSymbol[0xF0]++;//16個0
                                    numZero = 0;
                                }
                            }
                        } else {
                            byte lengthOfCoefficient = getBinaryLengthByValue(currentBlock[ZIG_ZAG[k]]);
                            byte symbol = (numZero << 4) + lengthOfCoefficient;
                            yAC.countOfSymbol[symbol]++;
                            numZero = 0;
                        }
                    }
                }
            }
        }
    }
    yAC.generateHuffmanCode();
    /*****************************************創建chromaDC_Table*********************************************/

    int lastChromaDC = 0;
    for(uint componentID = 2; componentID <=3; componentID++) {
        for (uint i = 0; i < mcuHeight; i++) {
            for (uint j = 0; j < mcuWidth; j++) {
                MCU& currentMCU = data[i * mcuWidth + j];
                //iterate over 每一個component Y, cb cr
                //遍歷block
                for(uint ii = 0; ii < getVerticalSamplingFrequency(componentID); ii++) {
                    for(uint jj = 0; jj < getHorizontalSamplingFrequency(componentID); jj++) {
                        Block& currentBlock = currentMCU[componentID][ii * getHorizontalSamplingFrequency(componentID) + jj];
                        int difference = currentBlock[0] - lastChromaDC; //DC分量是encode difference
                        lastChromaDC = currentBlock[0];
                        byte symbol = getBinaryLengthByValue(difference); //Y的2進制的長度就是symbol的值
                        chromaDC.countOfSymbol[symbol]++;
                    }
                }
            }
        }
    }
    chromaDC.generateHuffmanCode();
    /*****************************************創建chromaAC_Table*********************************************/
    for(uint componentID = 2; componentID <=3; componentID++) {
        for (uint i = 0; i < mcuHeight; i++) {
            for (uint j = 0; j < mcuWidth; j++) {
                MCU& currentMCU = data[i * mcuWidth + j];
                //遍歷block
                for(uint ii = 0; ii < getVerticalSamplingFrequency(componentID); ii++) {
                    for(uint jj = 0; jj < getHorizontalSamplingFrequency(componentID); jj++) {
                        Block& currentBlock = currentMCU[componentID][ii * getHorizontalSamplingFrequency(componentID) + jj];
                        uint numZero = 0;
                        for(uint k = 1; k < 64; k++) {
                            if(currentBlock[ZIG_ZAG[k]] == 0) {
                                numZero++;
                                if(numZero == 16) {
                                    if(isRemainingAllZero(currentBlock, k + 1)) {
                                        chromaAC.countOfSymbol[0x00]++;
                                        break;
                                    } else {
                                        chromaAC.countOfSymbol[0xF0]++;//16個0
                                        numZero = 0;
                                    }
                                }
                            } else {
                                byte lengthOfCoefficient = getBinaryLengthByValue(currentBlock[ZIG_ZAG[k]]);
                                byte symbol = (numZero << 4) + lengthOfCoefficient;
                                chromaAC.countOfSymbol[symbol]++;
                                numZero = 0;
                            }
                        }
                    }
                }
            }
        }
    }
    chromaAC.generateHuffmanCode();

}
 void generateHuffmanCode() {
        std::vector<LinkedSymbol> symbols;
        //遍歷每個出現的symbol, add to vectors
        for(uint symbol = 0; symbol < 256; symbol++) {
            if(countOfSymbol[symbol] == 0) 
                continue;
            Symbol* s = new Symbol(symbol, countOfSymbol[symbol], 0, nullptr);
            LinkedSymbol linkedSymbol;
            linkedSymbol.symbol = s;
            linkedSymbol.weight = s->weight;
            symbols.push_back(linkedSymbol);
        }
        
        
        // FF是一個不會出現的symbol,作為我們的dummy symbol 防止one bit stream 的出現  比如11111, 這樣就可以防止compressdata中出現FF的可能
        Symbol* dummySymbol = new Symbol(0xFF, 1, 0, nullptr); 
        LinkedSymbol dymmyLinkedSymbol;
        dymmyLinkedSymbol.symbol = dummySymbol;
        dymmyLinkedSymbol.weight = dummySymbol->weight;
        symbols.push_back(dymmyLinkedSymbol);
        
        

        //合并的程序
        while(symbols.size() != 1) {
            
            //leastWeight
            LinkedSymbol least = getLeastWeightLinkedSymbol(symbols);
            //second Least Weight
            LinkedSymbol second = getLeastWeightLinkedSymbol(symbols);
            //add two weights
            least.weight = least.weight + second.weight;

            //linked two linkedsymbols;
            Symbol* temp = second.symbol;
            while(temp->nextSymbol != nullptr)
                temp = temp->nextSymbol;
            temp->nextSymbol = least.symbol;
            least.symbol = second.symbol;
            //把每個symbol加1 codeLength,并且加入到 
            for(auto i = least.symbol; i != nullptr; i = i->nextSymbol) {
                i->codeLength++;
            }
            symbols.push_back(least);
        }

        //放入sortedSymbols
        for(Symbol* i = symbols[0].symbol; i != nullptr; i = i->nextSymbol) {
            sortedSymbol.push_back(*i);
        }

        //排序,并且把dummy symbol 放在最后面;
        std::sort(sortedSymbol.begin(), sortedSymbol.end(), comp);

        //釋放記憶體
        Symbol* temp = symbols[0].symbol;
        while(temp != nullptr) {
            auto t = temp->nextSymbol;
            delete temp;
            temp = t;
        }

        //長度為n的code的個數
        //生成codeLengthCount for each codeLength;
        for (auto it = sortedSymbol.cbegin(); it != sortedSymbol.cend(); it++) {
            codeCountOfLength[it->codeLength]++;
        }

        //規定codeLength不能大于16, 套用書上的方法實作了一下
        for(uint ii = 32; ii >= 17; ii--) {
            while(codeCountOfLength[ii] != 0) {
                uint jj = ii - 2;
                while(codeCountOfLength[jj] == 0)
                    jj--;
                codeCountOfLength[ii] = codeCountOfLength[ii] - 2;
                codeCountOfLength[ii - 1] = codeCountOfLength[ii - 1] + 1;
                codeCountOfLength[jj + 1] = codeCountOfLength[jj + 1] + 2;
                codeCountOfLength[jj] = codeCountOfLength[jj] - 1;
            }
        }

        uint index = 1; //codeLength賦值回去
        for (auto it = sortedSymbol.begin(); it != sortedSymbol.end(); it++) {
            if(codeCountOfLength[index] != 0) {
                it->codeLength = index;
                codeCountOfLength[index]--;
            } else {
                index++;
                it--;
            }
        }

        
        //生成huffmanCode for each symbol
        uint huffmanCode = 0;
        uint currentLength = 1;
        for (auto it = sortedSymbol.begin(); it != sortedSymbol.end(); it++) {
            if(currentLength == it->codeLength) {
                it->code = huffmanCode++;
                codeOfSymbol[it->symbol] = it->code;
                codeLengthOfSymbol[it->symbol] = it->codeLength;
            } else {
                huffmanCode = huffmanCode << 1;
                currentLength++;
                it--;
            }
        }
    }

 全部代碼在https://github.com/Cheemion/JPEG_COMPRESS/tree/main/Day5

 完結

 Thanks for reading.

                                                                                                                                                                                                                                                                                >>>> JPG學習筆記6


 

參考資料

[1]https://github.com/Cheemion/JPEG_COMPRESS/blob/main/resource/Compressed%20Image%20File%20Formats%20JPEG%2C%20PNG%2C%20GIF%2C%20XBM%2C%20BMP%20-%20John%20Miano.pdf

[2]https://www.impulseadventure.com/photo/optimized-jpeg.html

轉載請註明出處,本文鏈接:https://www.uj5u.com/houduan/260879.html

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    今天要講的是C++中我最喜歡的一個用法——參考,也叫別名。 參考就是給一個變數名取一個變數名,方便我們間接地使用這個變數。我們可以給一個變數創建N個參考,這N + 1個變數共享了同一塊記憶體區域。(參考型別的變數會占用記憶體空間,占用的記憶體空間的大小和指標型別的大小是相同的。雖然參考是一個物件的別名,但 ......

    uj5u.com 2020-09-10 01:00:22 more
  • 【C/C++編程筆記】從頭開始學習C ++:初學者完整指南

    眾所周知,C ++的學習曲線陡峭,但是花時間學習這種語言將為您的職業帶來奇跡,并使您與其他開發人員區分開。您會更輕松地學習新語言,形成真正的解決問題的技能,并在編程的基礎上打下堅實的基礎。 C ++將幫助您養成良好的編程習慣(即清晰一致的編碼風格,在撰寫代碼時注釋代碼,并限制類內部的可見性),并且由 ......

    uj5u.com 2020-09-10 01:00:41 more
最新发布
  • Rust中的智能指標:Box<T> Rc<T> Arc<T> Cell<T> RefCell<T> Weak

    Rust中的智能指標是什么 智能指標(smart pointers)是一類資料結構,是擁有資料所有權和額外功能的指標。是指標的進一步發展 指標(pointer)是一個包含記憶體地址的變數的通用概念。這個地址參考,或 ” 指向”(points at)一些其 他資料 。參考以 & 符號為標志并借用了他們所 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:24:10 more
  • Java的值傳遞和參考傳遞

    值傳遞不會改變本身,參考傳遞(如果傳遞的值需要實體化到堆里)如果發生修改了會改變本身。 1.基本資料型別都是值傳遞 package com.example.basic; public class Test { public static void main(String[] args) { int ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:24:04 more
  • [2]SpinalHDL教程——Scala簡單入門

    第一個 Scala 程式 shell里面輸入 $ scala scala> 1 + 1 res0: Int = 2 scala> println("Hello World!") Hello World! 檔案形式 object HelloWorld { /* 這是我的第一個 Scala 程式 * 以 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:23:58 more
  • 理解函式指標和回呼函式

    理解 函式指標 指向函式的指標。比如: 理解函式指標的偽代碼 void (*p)(int type, char *data); // 定義一個函式指標p void func(int type, char *data); // 宣告一個函式func p = func; // 將指標p指向函式func ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:23:52 more
  • Django筆記二十五之資料庫函式之日期函式

    本文首發于公眾號:Hunter后端 原文鏈接:Django筆記二十五之資料庫函式之日期函式 日期函式主要介紹兩個大類,Extract() 和 Trunc() Extract() 函式作用是提取日期,比如我們可以提取一個日期欄位的年份,月份,日等資料 Trunc() 的作用則是截取,比如 2022-0 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:23:45 more
  • 一天吃透JVM面試八股文

    什么是JVM? JVM,全稱Java Virtual Machine(Java虛擬機),是通過在實際的計算機上仿真模擬各種計算機功能來實作的。由一套位元組碼指令集、一組暫存器、一個堆疊、一個垃圾回收堆和一個存盤方法域等組成。JVM屏蔽了與作業系統平臺相關的資訊,使得Java程式只需要生成在Java虛擬機 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:23:31 more
  • 使用Java接入小程式訂閱訊息!

    更新完微信服務號的模板訊息之后,我又趕緊把微信小程式的訂閱訊息給實作了!之前我一直以為微信小程式也是要企業才能申請,沒想到小程式個人就能申請。 訊息推送平臺🔥推送下發【郵件】【短信】【微信服務號】【微信小程式】【企業微信】【釘釘】等訊息型別。 https://gitee.com/zhongfuch ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:22:59 more
  • java -- 緩沖流、轉換流、序列化流

    緩沖流 緩沖流, 也叫高效流, 按照資料型別分類: 位元組緩沖流:BufferedInputStream,BufferedOutputStream 字符緩沖流:BufferedReader,BufferedWriter 緩沖流的基本原理,是在創建流物件時,會創建一個內置的默認大小的緩沖區陣列,通過緩沖 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:22:49 more
  • Java-SpringBoot-Range請求頭設定實作視頻分段傳輸

    老實說,人太懶了,現在基本都不喜歡寫筆記了,但是網上有關Range請求頭的文章都太水了 下面是抄的一段StackOverflow的代碼...自己大修改過的,寫的注釋挺全的,應該直接看得懂,就不解釋了 寫的不好...只是希望能給視頻網站開發的新手一點點幫助吧. 業務場景:視頻分段傳輸、視頻多段傳輸(理 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:22:42 more
  • Windows 10開發教程_編程入門自學教程_菜鳥教程-免費教程分享

    教程簡介 Windows 10開發入門教程 - 從簡單的步驟了解Windows 10開發,從基本到高級概念,包括簡介,UWP,第一個應用程式,商店,XAML控制元件,資料系結,XAML性能,自適應設計,自適應UI,自適應代碼,檔案管理,SQLite資料庫,應用程式到應用程式通信,應用程式本地化,應用程式 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:22:35 more