JPG/JPEG 格式（有损压缩）

JPG/JPEG（Joint Photographic Experts Group，联合图像专家组）格式由 ISO/IEC 联合团队于 1992 年制定，采用离散余弦变换（DCT）和量化表实现有损压缩。通过舍弃高频细节将图像压缩至原体积的 1/10-1/20，支持渐进式加载，仍是数码照片和网络图像的主流格式，但不支持透明通道。

格式简介

JPEG 是一种广泛使用的有损压缩图像格式，特别适合存储照片和具有丰富颜色渐变的图像。JPEG 格式通过牺牲一些图像质量来大幅减小文件体积，这种权衡使其成为数码摄影和网络图像传输的主流格式。

JPEG 文件扩展名通常为 .jpg 或 .jpeg，MIME 类型为 image/jpeg。JPEG 标准由 ISO/IEC 10918 定义，支持多种压缩质量级别。

技术特点

压缩算法

JPEG 使用离散余弦变换（DCT）和量化技术进行压缩：

1. 颜色空间转换：将 RGB 转换为 YCbCr 颜色空间
2. 分块处理：将图像分成 8×8 像素块
3. DCT 变换：对每个块进行离散余弦变换
4. 量化：使用量化表减少高频信息
5. 熵编码：使用霍夫曼编码进一步压缩

JPEG 变体

• JPEG：标准 JPEG 格式（基线 JPEG）
• JPEG Progressive：渐进式 JPEG，支持逐步加载显示
• JPEG 2000：使用小波变换的新标准（扩展名 .jp2）
• JPEG XR：微软开发的高动态范围格式

压缩质量

JPEG 压缩质量通常用 0-100 的数值表示：

• 90-100：高质量，文件较大，适合打印
• 70-90：中等质量，平衡质量和文件大小
• 50-70：较低质量，文件较小，适合网络传输
• 0-50：低质量，明显压缩伪影

文件结构

JPEG 文件由多个段（Segment）组成：

[SOI]                    # 文件开始标记 (0xFFD8)
[APP0]                   # 应用数据段（可选）
[APPn]                   # 其他应用数据段
[DQT]                    # 量化表
[SOF0]                   # 帧开始（基线 JPEG）
[DHT]                    # 霍夫曼表
[SOS]                    # 扫描开始
[压缩图像数据]
[EOI]                    # 文件结束标记 (0xFFD9)

主要标记

• SOI (0xFFD8)：图像开始
• EOI (0xFFD9)：图像结束
• APP0-APP15：应用数据段
• DQT：定义量化表
• SOF：帧开始，定义图像参数
• DHT：定义霍夫曼表
• SOS：扫描开始，压缩数据开始

使用场景

适用场景

• 数码摄影：相机和手机拍摄的照片
• 网络图像：网页、社交媒体图片
• 图像存储：需要压缩存储空间的场景
• 照片分享：在线相册、图片分享平台

优缺点

优点：

• 压缩率高，文件体积小
• 支持 1600 万色（24 位真彩色）
• 广泛支持，几乎所有设备都支持
• 支持渐进式加载
• 压缩质量可调

缺点：

• 有损压缩，会丢失图像细节
• 不适合存储文字、线条图（会产生伪影）
• 不支持透明通道
• 不支持动画
• 多次编辑会累积质量损失

代码示例

Python 处理 JPEG

from PIL import Image

# 打开 JPEG 图像
img = Image.open('photo.jpg')
print(f"图像尺寸: {img.size}")
print(f"图像模式: {img.mode}")

# 调整质量保存
img.save('output.jpg', 'JPEG', quality=85, optimize=True)

# 转换为其他格式
img.save('output.png', 'PNG')

# 调整大小
img_resized = img.resize((800, 600), Image.Resampling.LANCZOS)
img_resized.save('resized.jpg', 'JPEG', quality=90)

Python 读取 JPEG 元数据

from PIL import Image
from PIL.ExifTags import TAGS

img = Image.open('photo.jpg')

# 读取 EXIF 数据
exifdata = img.getexif()
for tag_id, value in exifdata.items():
    tag = TAGS.get(tag_id, tag_id)
    print(f"{tag}: {value}")

JavaScript 处理 JPEG

// 在浏览器中读取 JPEG
const img = new Image();
img.onload = function() {
    console.log(`图像尺寸: ${img.width} x ${img.height}`);
    
    // 绘制到 Canvas 并转换
    const canvas = document.createElement('canvas');
    canvas.width = img.width;
    canvas.height = img.height;
    const ctx = canvas.getContext('2d');
    ctx.drawImage(img, 0, 0);
    
    // 转换为 Blob
    canvas.toBlob((blob) => {
        console.log('JPEG Blob:', blob);
    }, 'image/jpeg', 0.9);
};
img.src = 'photo.jpg';

相关工具

• 图像编辑器：
  • Adobe Photoshop、GIMP、Paint.NET
  • 在线工具：TinyJPG、Squoosh
• 命令行工具：
  • jpegoptim：JPEG 优化工具
  • cjpeg：JPEG 压缩工具（来自 libjpeg）
• 编程库：
  • Python: Pillow (PIL)、opencv-python
  • JavaScript: sharp、jimp
  • C/C++: libjpeg、libjpeg-turbo

相关链接

• JPEG 标准 (ISO/IEC 10918)
• libjpeg 官方网站

参考

• JPEG - Wikipedia
• JPEG 压缩原理