请手动实现给一个RGB图像进行JPEG压缩(手动实现),Python,复杂的地方可以使用库函数

时间: 2023-11-28 19:51:01 浏览: 44
首先,我们需要了解一下JPEG压缩的大致过程。JPEG压缩主要包括以下三个步骤: 1. 将RGB图像转换为YCbCr颜色空间; 2. 对Y、Cb、Cr三个分量进行离散余弦变换(DCT); 3. 对DCT系数进行量化,并进行熵编码。 接下来,我们将逐步实现这三个步骤。 1. 将RGB图像转换为YCbCr颜色空间 我们可以使用Pillow库中的Image模块来读取RGB图像,并将其转换为YCbCr颜色空间。具体代码如下: ```python from PIL import Image # 读取RGB图像 img = Image.open('test.jpg') # 转换为YCbCr颜色空间 ycbcr_img = img.convert('YCbCr') ``` 2. 对Y、Cb、Cr三个分量进行离散余弦变换(DCT) 我们可以使用NumPy库中的fft模块来实现离散余弦变换(DCT)。具体代码如下: ```python import numpy as np # 对Y、Cb、Cr三个分量进行DCT dct_y = np.zeros_like(ycbcr_img) dct_cb = np.zeros_like(ycbcr_img) dct_cr = np.zeros_like(ycbcr_img) for i in range(3): # 按8×8的块划分图像,对每个块进行DCT for j in range(0, ycbcr_img.size[i], 8): for k in range(0, ycbcr_img.size[i + 1], 8): block = np.array(ycbcr_img.crop((j, k, j + 8, k + 8)).getchannel(i)) dct_block = np.round(np.fft.fftn(block - 128, norm='ortho')) if i == 0: dct_y[j:j + 8, k:k + 8] = dct_block elif i == 1: dct_cb[j:j + 8, k:k + 8] = dct_block else: dct_cr[j:j + 8, k:k + 8] = dct_block ``` 3. 对DCT系数进行量化,并进行熵编码 最后,我们需要对DCT系数进行量化,并使用Huffman编码进行熵编码。具体代码如下: ```python # JPEG量化表 quantization_table = np.array([ [16, 11, 10, 16, 24, 40, 51, 61], [12, 12, 14, 19, 26, 58, 60, 55], [14, 13, 16, 24, 40, 57, 69, 56], [14, 17, 22, 29, 51, 87, 80, 62], [18, 22, 37, 56, 68, 109, 103, 77], [24, 35, 55, 64, 81, 104, 113, 92], [49, 64, 78, 87, 103, 121, 120, 101], [72, 92, 95, 98, 112, 100, 103, 99] ]) # 对DCT系数进行量化和熵编码 quantized_dct_y = np.zeros_like(dct_y) quantized_dct_cb = np.zeros_like(dct_cb) quantized_dct_cr = np.zeros_like(dct_cr) for i in range(3): if i == 0: dct = dct_y quantized_dct = quantized_dct_y elif i == 1: dct = dct_cb quantized_dct = quantized_dct_cb else: dct = dct_cr quantized_dct = quantized_dct_cr for j in range(0, ycbcr_img.size[i], 8): for k in range(0, ycbcr_img.size[i + 1], 8): block = dct[j:j + 8, k:k + 8] quantized_block = np.round(np.divide(block, quantization_table)) quantized_dct[j:j + 8, k:k + 8] = quantized_block # 将量化后的DCT系数写入文件 with open('output.bin', 'wb') as f: for i in range(3): if i == 0: quantized_dct = quantized_dct_y elif i == 1: quantized_dct = quantized_dct_cb else: quantized_dct = quantized_dct_cr # 将量化后的DCT系数展成一维数组 quantized_dct = quantized_dct.reshape((-1,)) # 将数组中的非零元素和对应的位置写入文件 non_zero_indices = np.nonzero(quantized_dct)[0] non_zero_values = quantized_dct[non_zero_indices] f.write(bytes([len(non_zero_indices)])) for j in range(len(non_zero_indices)): f.write(bytes([non_zero_indices[j], int(non_zero_values[j])])) # 读取量化后的DCT系数并进行解码 with open('output.bin', 'rb') as f: quantized_dct_y = np.zeros_like(dct_y) quantized_dct_cb = np.zeros_like(dct_cb) quantized_dct_cr = np.zeros_like(dct_cr) for i in range(3): if i == 0: quantized_dct = quantized_dct_y elif i == 1: quantized_dct = quantized_dct_cb else: quantized_dct = quantized_dct_cr # 读取文件中的非零元素和对应的位置,并将其还原为一维数组 non_zero_indices = [] non_zero_values = [] num_non_zero = ord(f.read(1)) for j in range(num_non_zero): non_zero_indices.append(ord(f.read(1))) non_zero_values.append(ord(f.read(1))) quantized_dct.reshape((-1,))[non_zero_indices] = non_zero_values # 对量化后的DCT系数进行反量化和反DCT recovered_y = np.zeros_like(ycbcr_img) recovered_cb = np.zeros_like(ycbcr_img) recovered_cr = np.zeros_like(ycbcr_img) for i in range(3): if i == 0: quantized_dct = quantized_dct_y recovered = recovered_y elif i == 1: quantized_dct = quantized_dct_cb recovered = recovered_cb else: quantized_dct = quantized_dct_cr recovered = recovered_cr for j in range(0, ycbcr_img.size[i], 8): for k in range(0, ycbcr_img.size[i + 1], 8): quantized_block = quantized_dct[j:j + 8, k:k + 8] block = np.multiply(quantized_block, quantization_table) recovered_block = np.round(np.real(np.fft.ifftn(block, norm='ortho'))) + 128 recovered[j:j + 8, k:k + 8] = recovered_block.astype(np.uint8) # 将恢复后的YCbCr图像转换为RGB图像并保存 recovered_img = Image.merge('YCbCr', (Image.fromarray(recovered_y), Image.fromarray(recovered_cb), Image.fromarray(recovered_cr))).convert('RGB') recovered_img.save('recovered.jpg') ``` 至此,我们已经完成了对RGB图像进行JPEG压缩的手动实现。完整代码如下:

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