小编教你科普：关于图像格式JPG和JPEG你知多少

关于图像格式JPG和JPEG你知多少？大家在浏览网页时，总能看到各种各样的精美图片，将这些图片下载下来后，有可能是JPG格式，也可能是JPEG格式，当然还有其它PNG、GIF等格式，相对于PNG等格式来说，JPG格式的体积相对较小，这也是JPG格式受欢迎的原因。相信很多伙伴都不晓得JPG和JPEG格式有何关系吧？为了不让大家总是云里雾里的，今天小编将给大家科普下JPG和JPEG的相关知识。

一、前言

JPG格式的图片体积相对较小，是因为它采用了一系列的压缩算法，压缩图片弊端就是和原始的图片相比，它牺牲掉了一些画面细节，这些丢失的细节或许可被人的肉眼看出，或许以人的肉眼难以发现，对于这种通过牺牲画面的精细程度来达到缩小体积的目的的压缩算法，我们称之为“有损压缩”或者“破坏性压缩”，今天，IT之家就和大家聊聊JPEG图片压缩的基本原理。

二、JPEG和JPG的关系

很多读者可能会有这样的疑惑，JPEG和JPG看起来如此相像，它们到底是不是同一种图片格式？JPEG和JPG之间的关系到底是怎样的？在回答这个问题之前，我们首先要了解，JPEG的来头。

JPEG，全称为“Joint Photographic Experts Group”，翻译成中文，则是“联合图像专家小组”，这是一个成立于1986年的组织，1992年，该组织发布了“JPEG标准”，这是一种针对图像的压缩而制定的标准。

使用JPEG标准压缩的图片文件，被称为“JPEG文件”，这种文件的扩展名通常是JPG、JPEG、JPE、JFIF以及JIF，在这些文件格式中，以JPG的使用最为广泛。

如果这里JPEG指的是联合图像专家小组，那JPEG与JPG则是制定压缩标准的组织与采用该组织制定的压缩标准压缩成的图片的一种的格式的关系；

如果JPEG指的是JPEG压缩标准，那JPEG与JPG则是一种图像的压缩标准与采用该标准压缩成的图片的一种格式的关系；

如果JPEG指的是一张图片文件的后缀名，那JPEG与JPG的关系则是采用JPEG标准压缩的图片的两种不同的格式。

三、色彩空间转换

要压缩图片，首先要知道这个图片中都包含了些什么内容，在对图片的内容进行分解时，第一步就要进行色彩空间转换。

所谓的色彩空间，指的是描述图像的颜色的一组数值，比较常见的色彩空间有RGB、CMYK。

RGB，即是分别用三组数值，来表示红、绿、蓝，而红、绿、蓝三种颜色经过不同程度的配比，就会显示出不同的颜色。通常RGB的色彩模型用于显示屏的显示。

CMYK，即是分别用四组数值，来表示青色、品红、黄色和黑色，而青色、品红、黄色和黑色四种颜色经过不同程度的配比，就会显示出不同的颜色。通常CMYK的色彩模型用于印刷。

在JPEG压缩图像过程中，是怎么用数值来表示图像内容的呢？事实上，JPEG量化图像的颜色时并非采用RGB模式，也非CMYK模式，而是YCbCr模式，其中，Y表示的是亮度，Cb表示的是彩度（蓝），Cr表示的是彩度（红）。那么问题来了，为什么JPEG在压缩图像时，不采用RGB和CMYK的色彩模型，而偏偏采用YCbCr这种看似奇葩的模式呢？这还要从人眼的工作机制谈起。

我们的眼睛之所以能感知图像，是因为人眼内含有视锥细胞和视杆细胞，其中，视锥细胞具有感知颜色的能力，而视杆细胞具有感知亮度的能力，通常，我们的眼睛中，视杆细胞数量相对较多，所以人眼对亮度的敏感程度要高于对色彩的敏感程度。就像你熄灯时，你可以在暗光下渐渐地看清周围的事物，而对周围事物的颜色，你可能就不那么敏感了。

JPEG正是利用了人眼的这一特性，在压缩图像时，将亮度和颜色分开处理。

由于人眼对亮度很敏感，所以JPEG不会对亮度做太多改变，而人眼对颜色不甚敏感（科学研究表明，人眼大概可以区分出1000万种不同的颜色，这种感知能力相比于电脑，就没那么精确了），所以在人眼开始察觉色彩不对了之前，JPEG对颜色进行压缩处理，这样就算图像损失了部分细节，人眼也不太容易捕捉得到。

JPEG在压缩图像时所进行的色彩空间转换，指的就是将RGB转换为YCbCr。

四、缩减取样

在YCbCr模型中，Cb通道和Cr通道中所包含的信息量远远少于Y通道中包含的信息量，同时，人眼对色彩的敏感程度有限，因此，JPEG的压缩算法主要对Cb和Cr通道中的数据进行缩减取样，取样的比例可以是4:4：4（无缩减取样）、4:2：2（在水平方向2的倍数中取样）和4:2：0（在水平方向和垂直方向的2的倍数中取样），其中，以4:2：0最为常见。

五、离散余弦变换（DCT）

通常我们认为，在8*8像素的一块方格里，它里面的像素往往非常相似，因此，当进行到这一步时，JPEG会将图像分为一个又一个的8*8的像素块。

一个8*8的像素块，图片来自维基百科

每一个像素块都利用离散余弦变换来编码，法国数学家傅里叶告诉我们，几乎所有的周期函数，都可以用一系列的“弦波”来表示，也就是说，靠着带权重的一系列不同余弦值的相加，就可以重构出我们的原图。最后，每个8*8的像素块都会通过特定的函数，来生成一个新的8*8的数字矩阵。

一个8*8的数字矩阵，图片来自维基百科