JPEG（Joint Photographic Experts Group）是同名专家小组开发的图像压缩技术标准，该标准由国际标准化组织（ISO）制订，是面向连续色调静止图像的一种压缩标准。JPEG格式是最常用的图像文件格式，后缀名为.jpg或.jpeg。

JPEG（ Joint Photographic Experts Group）即联合图像专家组，是用于连续色调静态图像压缩的一种标准，文件后缀名为.jpg或.jpeg，是最常用的图像文件格式。其主要是采用预测编码（DPCM）、离散余弦变换（DCT）以及熵编码的联合编码方式，以去除冗余的图像和彩色数据，属于有损压缩格式，它能够将图像压缩在很小的储存空间，一定程度上会造成图像数据的损伤。尤其是使用过高的压缩比例，将使最终解压缩后恢复的图像质量降低，如果追求高品质图像，则不宜采用过高的压缩比例。

JPEG可以用有损压缩方式去除冗余的图像数据，用较少的磁盘空间得到较好的图像品质。而且JPEG是一种很灵活的格式，具有调节图像质量的功能，它允许用不同的压缩比例对文件进行压缩，支持多种压缩级别，压缩比率通常在10:1到40:1，压缩比越大，图像品质就越低；相反地，压缩比越小，图像品质就越高。同一幅图像，用JPEG格式存储的文件是其他类型文件的1/10~1/20，通常只有几十KB，质量损失较小，基本无法看出。JPEG格式压缩的主要是高频信息，对色彩的信息保留较好，适合应用于互联网；它可减少图像的传输时间，支持24位真彩色；也普遍应用于需要连续色调的图像中。

JPEG格式可分为标准JPEG、渐进式JPEG及JPEG2000三种格式。

1. 标准JPEG格式；此类型在网页下载时只能由上而下依序显示图像，直到图像资料全部下载完毕，才能看到图像全貌。

2. 渐进式JPEG；此类型在网页下载时，先呈现出图像的粗略外观后，再慢慢地呈现出完整的内容，而且存成渐进式JPG格式的文档比存成标准JPG格式的文档要来得小，所以如果要在网页上使用图像，可以多用这种格式。

3. JPEG2000；它是新一代的影像压缩法，压缩品质更高，并可改善在无线传输时，常因信号不稳造成马赛克现象及位置错乱的情况，改善传输的品质。

JPEG的性能，用质量与比特率之比来衡量，是相当优越的。它的优点是：

JPEG的缺点是：

JPEG的复杂度之低和使用时间之长，给人以深刻的印象。以下是对于8位/像素的中等复杂画面的图像，JPEG所给出的几个等级作为衡量压缩编码效果的准则：

其中位/像素（ bit/pixel）定义为压缩图像（包括色度分量）的总位数除以亮度分量的样本数。

JPEG标准

JPEG成立于1986年，该标准于1992年正式通过，它的正式名称为“信息技术连续色调静止图像的数字压缩编码”。在JPEG算法中，共包含4种运行模式，其中一种是基于DPCM的无损压缩算法，另外3种是基于DCT的有损压缩算法。其要点如下：

·无损压缩编码模式。采用预测法和哈夫曼编码（或算术编码）以保证重建图像与原图像完全相同（设均方误差为零），无失真。

·基于DCT的顺序编码模式。根据DCT变换原理，按从上到下、从左到右的顺序对图像数据进行压缩编码。当信息传送到接收端时，首先按照上述规律进行解码，从而还原图像。在此过程中存在信息丢失，因此这是一种有损图像压缩编码。

基于DCT的累进编码模式。它也是以DCT变换为基础的，但是其扫描过程不同。它通过多次扫描的方法来对一幅图像进行数据压缩。其描述过程采取由粗到细逐步累加的方式进行。图像还原时，在屏幕上首先看到的是图像的大致情况，而后逐步地细化，直到全部还原出来为止。

基于DCT的分层编码模式。这种模式是以图像分辨率为基准进行图像编码的。它首先是从低分辨率开始，逐步提高分辨率，直至与原图像的分辨率相同为止。图像重建时也是如此。可见其效果与基于DCT累进编码模式相似，但其处理起来更复杂，所获得的压缩比也更高一些。

JPEG 2000标准

JPEG标准1992年通过以来，由于其优良的品质，使得它在短短的几年内就获得极大的成功。然而，随着多媒体应用领域的不断扩展，传统JPEG压缩技术已无法满足人们对多媒体影像资料的要求。JPEG采用离散余弦变换将图像压缩为8×8的小块，然后依次放入文件中，这种算法靠丢弃频率信息实现压缩，因而图像的压缩率越高，频率信息被丢弃的越多。在极端情况下，JFEG图像只保留了反映图貌的基本信息，精细的图像细节都损失了，为此，JPEG制定了新一代静止图像压缩标准JPEG2000。

JPEG2000与传统JPEG最大的不同在于，它放弃了JPEG所采用的以离散余弦变换（DCT）为主的区块编码方式，而采用以小波变换为主的多解析编码方式，其主要目的是要将影像的频率成分抽取出来。小波转换将一幅图像作为一个整行变换和编码，很好地保存了图像信息中的相关性，达到了更好的压缩编码效果。

JPEG2000有以下特点：

1.高压缩率

由于在离散小波变换算法中，图像可以转换成一系列可更加有效存储像素模块的“小波”，因此，JPEG2000格式的图片压缩比可在传统的JPEG基础上再提高10%~30%，而且压缩后的图像显得更加细腻平滑，这一特征在互联网和遥感等图像传输领域有着广泛的应用。

2.无损压缩和有损压缩

JPEG2000提供无损和有损两种压缩方式，无损压缩在许多领域是必需的，例如医学图像和档案图像等对图像质量要求比较高的情况。同时JPEG2000提供的是嵌入式码流，允许从有损到无损的渐进解压。

3.渐进传输

现在网络上的JPEG图像下载时是按“块”传输的，因此只能一行一行地显示，而采用JPEG2000格式的图像支持渐进传输，先传输图像轮廓数据，然后再逐步传输其他数据来不断提高图像质量。互联网、打印机和图像文档是这一特性的主要应用场合。

4.感兴趣区域压缩

这一特征可以指定图片上感兴趣区域，然后在压缩时对这些区域指定压缩质量，或在恢复时指定某些区域的解压缩要求。这是因为小波变换在空间和频率域上具有局域性，要完全恢复图像中的某个局部，并不需要所有编码都被精确保留，只要对应它的一部分编码没有误差就可以了。这样就可以很方便地突出重点。

5.码流的随机访问和处理

这一特征允许用户在图像中随机地定义感兴趣区域，使得这一区域的图像质量高于其他图像区域，码流的随机处理允许用户进行旋转、移动、滤波和特征提取等操作。

6.容错性

JPEG2000在码流中提供了容错措施，在无线等传输误码很高的通信信道中传输图像必须采取容错措施才能达到一定的重建图像质量。

8.基于内容的描述

图像文档、图像索引和搜索在图像处理中是一个重要的领域，MPEG7就是支持用户对其感兴趣的各种“资料”进行快速、有效地检索的一个国际标准。JPEG2000支持基于内容的元数据描述，这可以与MPEG7等标准协同工作以实现高效的图像检索。

JPEG XT标准

JPEG XT发布于2015年6月，扩展了基本JPEG格式，支持更高的整数位深度（高达16位），高动态范围成像和浮点编码，无损编码和Alpha通道编码。扩展向后兼容基本JPEG/JFIF文件格式和8位有损压缩图像。

JPEG XT使用基于JFIF的可扩展文件格式。扩展层用于修改JPEG 8位基本层并恢复高分辨率图像。现有的软件是向前兼容的，可以读取JPEG XT二进制流。

1.高动态范围图像的编码

JPEG XT是JPEG向后兼容的扩展，用于高动态范围摄影，使用传统的基于文本的元数据编码技术。

2.框式文件格式

JPEG XT指定了一种可扩展的基于框的文件格式，所有后续和未来的JPEG扩展都将基于此格式。指定的格式本身与JFIF，ISO/IEC 10918-5兼容，因此可以被所有现有的实现读取。

3. IDR编码

JPEG XT定义了JPEG的扩展，用于9到16位精度之间的整数样本的向后兼容编码。它使用可扩展的基于框的文件格式。

4. HDR浮点编码

JPEG XT扩展JPEG以用于HDR图像的编码，即由浮点样本组成的图像。并且提供了额外的编码工具，以满足低复杂性或硬件实现的需求。

5.无损和近无损编码

JPEG XT定义了整数和浮点样本的无损编码机制。它允许可伸缩的有损到无损压缩。

JPEG XL标准

JPEG XL发布于2021-2022。它用一种基于DCT的免版税格式取代了JPEG格式，并允许高效的转码作为传统JPEG图像的存储选项。 新的标准旨在超越HEVC HM，Daala和WebP所显示的静态图像压缩性能。它支持10亿×10亿像素的图像、每分量高达32位的高动态范围以及适当的传递函数（PQ和HLG）、合成图像的补丁编码（如位图字体和渐变）、动画图像、Alpha通道编码以及RGB/YCbCr/ICtCp颜色编码选项。

1.多通道

多达4099个通道。主通道：一个灰度通道、三个RGB通道或四个CMYK通道。其余通道是可选的，可用于存储alpha（“直”或“预乘”）、深度或热成像数据。

2.渐进式解码

专为响应加载大图像而设计的模式，具体取决于查看设备的分辨率。

3.高效的编码和解码，无需专门的硬件

JPEG XL的编码和解码速度与旧JPEG一样快，与使用x265的HEIC相比，编码和解码速度快了一个数量级，它也是可并行的。

4.支持宽色域和HDR

JPEG XL内置了对各种颜色空间、传输曲线和高屏幕亮度的支持。

5.独立平铺

通过允许图像存储在平铺中来解码大图像的部分。

JPEG格式的压缩率是目前各种图像文件格式中最高的。JPEG格式的压缩率并不是所有图像文件格式中最高的，而是取决于图像内容、压缩设置和图像格式本身的特点。在实际应用中，选择合适的图像格式需要根据具体的需求和场景来决定。JPEG压缩算法在具有平滑色调和颜色变化的真实场景的照片和绘画上表现最佳。它用有损压缩的方式去除图像的冗余数据，但存在着一定的失真。由于JPEG的典型使用是有损压缩方法，这降低了图像保真度，因此不适合精确再现成像数据（例如一些科学和医学成像应用以及某些技术图像处理工作）。由于其高效的压缩效率和标准化要求，目前已广泛用于彩色传真、静止图像、电话会议、印刷及新闻图片的传送。由于各种浏览器都支持JPEG这种图像格式，对于Web使用而言，减少图像使用的数据量对于响应式演示非常重要，因此它也被广泛用于图像预览和制作HTML网页。