多媒体技术实验一音频转换报告

12051742+盛竹青+实验一一、实验原理JPG相关知识：（1）颜色模式：JPG文件和BMP文件不同，使用YCbCr颜色，其中Y为亮度，Cb为蓝色色差，Cr为红色色差。可以使用公式将两种颜色进行转换。BGR转换YCbCr公式为：y=((306*(r)+601*(g)+117*(b))10);cb=((((b)-(y))*578+(12810))10);cr=((((r)-(y))*730+(12810))10);YCbCr转换BGR公式为：r=y+((1402*(cr-128))10);g=y-((344*(cb-128))10)-((714*(cr-128))10);b=y+((1772*(cb-128))10);该数值还要进行范围判断，如值小于0则截断为0，如值大于255则截断为255。编码时y、cb、cr值还要减去128，解码时y、cb、cr值要加上128。（2）最小编码单元MCU：JPG文件中数据是以最小编码单元为单位存放的。图像数据要划分为若干个8*8的矩阵。JPG文件中，亮度采样系数为1，即逐点扫描，而色度采样系数为2，即隔点扫描。因此以16*16为一个最小编码单元。该最小编码单元中，有4个亮度矩阵，1个Cb矩阵，1个Cr矩阵。整个BMP文件按从左至右，从上至下地顺序划分为若干个最小编码单元。如果图像宽和高不是16的倍数，则需要进行扩充，以便编码。解码时，扩充的数据将被忽略。（3）离散余弦转换：对于每个8*8的矩阵，要进行离散余弦转换。这是一种数学变换，分为正向(FDCT)和反向(IDCT)两种。编码时进行正向离散余弦转换，解码时进行反向离散余弦转换。通过这个转换，使得像素的变化规律呈现出来，以便编码和解码。（4）量化：经过离散余弦转换后的矩阵要进行量化。量化即矩阵中每个数分别除以量化表中的相应值。同理，反量化即矩阵中每个数分别乘以量化表中相应值。量化是主要的有损变换的过程。（5）矩阵系数：每个8*8矩阵共有64个系数。这64个系数中，第一个为直流系数DC，其余63个为交流系数AC。JPG使用不同的方法分别为每个矩阵的DC和AC编码。（6）ZIGZAG扫描：对于矩阵中数据，要按一定顺序进行读取，同理，反ZIGZAG扫描按和ZIGZAG相反的顺序进行读取。ZIGZAG扫描顺序是：0,1,8,16,9,2,3,10,17,24,32,25,18,11,4,5,12,19,26,33,40,48,41,34,27,20,13,6,7,14,21,28,35,42,49,56,57,50,43,36,29,22,15,23,30,37,44,51,58,59,52,45,38,31,39,46,53,60,61,54,47,55,62,63反ZIGZAG扫描顺序是：0,1,5,6,14,15,27,28,2,4,7,13,16,26,29,42,3,8,12,17,25,30,41,43,9,11,18,24,31,40,44,53,10,19,23,32,39,45,52,54,20,22,33,38,46,51,55,60,21,34,37,47,50,56,59,61,35,36,48,49,57,58,62,63（7）DC系数的编码：因为相邻两个编码单元DC有相差不大的特点，因此对DC实行差分编码，除第一个编码单元存储DC原值外，其他编码单元均存储当前单元和前一单元的DC的差值。编码时使用直流哈夫曼表。（8）AC系数的编码：AC系数可能会存在许多连续的0，根据这个特点，使用行程长度编码RLE进行压缩，然后使用交流哈夫曼表进行编码。遇到块结束EOB或已读取了63个AC则当前矩阵解码完毕。（9）数值编码：JPG将数值按范围分成16组，按照表3进行编码。（10）哈夫曼表：每个哈夫曼表，可以分为位表和值表两部分。位表16个字节长，每个数值表示相应长度的编码个数。比如一个值表为0,1,5,1,1,1,1,1,1,0,0,0,0,0,0,0则表示长度1的编码没有，长度2的编码有1个，长度3的编码有5个，长度4，5，6，7，8，9的编码各有1个，没有长度10以上的编码。哈夫曼编码从0开始，相同位数的哈夫曼编码连续增加，遇到升位，最后一个低一位编码加1后左移一位作为高一位的第一个编码。JPG的解码流程：（1）以MCU为单位进行解码：使用哈夫曼表先解出4个亮度矩阵，再解出1个Cb矩阵，再解出1个Cr矩阵。（2）反量化、反ZIGZAG、反向DCT转换：得到1个DC系数和63个AC系数。（3）YCbCr颜色转换BGR：最后得到1个16*16的BGR图像数据。BMP图像格式：BMP文件结构如表2所示：二、程序流程图输入打开文件路径启动程序文件是否存在读入JPG图片以MCU为单位进行解码反量化、反ZIGZAG、反向DCT转换YCbCr颜色转换BGR输入输出图片路径保存成BMP格式退出程序是否三、实验操作与结果截图1、启动程序2、输入JPG文件路径（相对路径）3、输入生成的BMP图片的路径（相对路径）4、结果截图