JPG

全名应该是JPEG。JPEG 图片以 24 位颜色存储单个光栅图像。JPEG 是与平台无关的格式，支持最高级别的压缩，不过，这种压缩是有损耗的。渐近式 JPEG 文件支持交错。

可以提高或降低 JPEG 文件压缩的级别。但是，文件大小是以图像质量为代价的。压缩比率可以高达 100:1。（JPEG 格式可在 10:1 到 20:1 的比率下轻松地压缩文件，而图片质量不会下降。）JPEG 压缩可以很好地处理写实摄影作品。但是，对于颜色较少、对比级别强烈、实心边框或纯色区域大的较简单的作品，JPEG 压缩无法提供理想的结果。有时，压缩比率会低到 5:1，严重损失了图片完整性。这一损失产生的原因是，JPEG 压缩方案可以很好地压缩类似的色调，但是 JPEG 压缩方案不能很好地处理亮度的强烈差异或处理纯色区域。

优点：

摄影作品或写实作品支持高级压缩。

利用可变的压缩比可以控制文件大小。

支持交错（对于渐近式 JPEG 文件）。

广泛支持 Internet 标准。

缺点：

有损耗压缩会使原始图片数据质量下降。

当您编辑和重新保存 JPEG 文件时，JPEG 会混合原始图片数据的质量下降。这种下降是累积性的。

JPEG 不适用于所含颜色很少、具有大块颜色相近的区域或亮度差异十分明显的较简单的图片。

格式转换：

jpg格式是一种图片格式，使一种比较常见的图画格式，如果你的图片是其他格式的话，你可以通过以下方法转化：

1、photoshop ，打开图画以后，按另存为，下面格式那里选择JPG格式就是了，这个方法比较简单，而且适合画质比较好的，要求比较高的图片转换。

2、如果你要求不高，你直接通过windows附带的图画程序，选择JPG格式就行了，这个来转换的话，画质嘛，马马虎虎，不过在网上嘛，过得去了！
如果JPG格式转其他格式，这样的方法同样适用

JPEG （Joint Photographic Experts GROUP）是由国际标准组织（ISO:International Standardization Organization）和国际电话电报咨询委员会（CCITT:Consultation Commitee of the International Telephone and Telegraph）为静态图像所建立的第一个国际数字图像压缩标准，也是至今一直在使用的、应用最广的图像压缩标准。JPEG由于可以提供有损压缩，因此压缩比可以达到其他传统压缩算法无法比拟的程度。

编码模式：

JPEG的压缩模式有以下几种：

(1)顺序式编码（Sequential Encoding）
    一次将图像由左到右、由上到下顺序处理。

(2)递增式编码（Progressive Encoding）
    当图像传输的时间较长时，可将图像分数次处理，以从模糊到清晰的方式来传送图像（效果类似GIF在网络上的传输）。

(3)无失真编码（Lossless Encoding）
(4)阶梯式编码（Hierarchical Encoding）
    图像以数种分辨率来压缩，其目的是为了让具有高分辨率的图像也可以在较低分辨率的设备上显示。

压缩过程：

由于JPEG的无损压缩方式并不比其他的压缩方法更优秀，因此我们着重来看它的有损压缩。以一幅24位彩色图像为例，JPEG的压缩步骤分为：1.颜色转换;2.DCT变换;3.量化;4.编码

1.颜色转换

由于JPEG只支持YUV颜色模式的数据结构，而不支持RGB图像数据结构，所以在将彩色图像进行压缩之前，必须先对颜色模式进行数据转换。各个值的转换可以通过下面的转换公式计算得出：

Y=0.299R+0.587G+0.114B

U=-0.169R-0.3313G+0.5B

V=0.5R-0.4187G-0.0813B

其中，Y表示亮度，U和V表示颜色。

转换完成之后还需要进行数据采样。一般采用的采样比例是2：1：1或4：2：2。由于在执行了此项工作之后，每两行数据只保留一行，因此，采样后图像数据量将压缩为原来的一半。

2.DCT变换

DCT（Discrete Consine Transform）是将图像信号在频率域上进行变换，分离出高频和低频信息的处理过程。然后再对图像的高频部分（即图像细节）进行压缩，以达到压缩图像数据的目的。

首先将图像划分为多个8*8的矩阵。然后对每一个矩阵作DCT变换（变换公式此略）。变换后得到一个频率系数矩阵，其中的频率系数都是浮点数。

3.量化

由于在后面编码过程中使用的码本都是整数，因此需要对变换后的频率系数进行量化，将之转换为整数。

由于进行数据量化后，矩阵中的数据都是近似值，和原始图像数据之间有了差异，这一差异是造成图像压缩后失真的主要原因。在这一过程中，质量因子的选取至为重要。值选得过大，可以大幅度提高压缩比，但是图像质量就比较差；反之，质量因子越小（最小为1），图像重建质量越好，但是压缩比越低。对此，ISO已经制定了一组供JPEG代码实现者使用的标准量化值。

4.编码

从前面过程我们可以看到，颜色转换完成到编码之前，图像并没有得到进一步的压缩，DCT变换和量化可以说是为编码阶段做准备。

编码采用两种机制：一是0值的行程长度编码；二是熵编码（Entropy Coding）。

在JPEG中，采用曲徊序列，即以矩阵对角线的法线方向作“之”字排列矩阵中的元素。这样做的优点是使得靠近矩阵左上角、值比较大的元素排列在行程的前面，而行程的后面所排列的矩阵元素基本上为0值。行程长度编码是非常简单和常用的编码方式，在此不再赘述。

编码实际上是一种基于统计特性的编码方法。在JPEG中允许采用HUFFMAN编码或者算术编码。

PNG

PNG是20世纪90年代中期开始开发的图像文件存储格式，其目的是企图替代GIF和TIFF文件格式，同时增加一些GIF文件格式所不具备的特性。流式网络图形格式(Portable Network Graphic Format，PNG)名称来源于非官方的“PNG’s Not GIF”，是一种位图文件(bitmap file)存储格式，读成“ping”。PNG用来存储灰度图像时，灰度图像的深度可多到16位，存储彩色图像时，彩色图像的深度可多到48位，并且还可存储多到16位的α通道数据。PNG使用从LZ77派生的无损数据压缩算法。

PNG文件格式保留GIF文件格式的下列特性：

(1)使用彩色查找表或者叫做调色板可支持256种颜色的彩色图像。

(2)流式读/写性能(streamability)：

图像文件格式允许连续读出和写入图像数据，这个特性很适合于在通信过程中生成和显示图像。

(3)逐次逼近显示(progressive display)：

这种特性可使在通信链路上传输图像文件的同时就在终端上显示图像，把整个轮廓显示出来之后逐步显示图像的细节，也就是先用低分辨率显示图像，然后逐步提高它的分辨率。

(4)透明性(transparency)：

这个性能可使图像中某些部分不显示出来，用来创建一些有特色的图像。

(5)辅助信息(ancillary information)：

这个特性可用来在图像文件中存储一些文本注释信息。

(6)独立于计算机软硬件环境。

(7)使用无损压缩。

PNG文件格式中要增加下列GIF文件格式所没有的特性：

(a)每个像素为48位的真彩色图像。

(b)每个像素为16位的灰度图像。

(c)可为灰度图和真彩色图添加α通道。

(d)添加图像的γ信息。

(e)使用循环冗余码(cyclic redundancy code，CRC)检测损害的文件。

(f)加快图像显示的逐次逼近显示方式。

(g)标准的读/写工具包。

(h)可在一个文件中存储多幅图像。

文件结构

PNG图像格式文件(或者称为数据流)由一个8字节的PNG文件署名(PNG file signature)域和按照特定结构组织的3个以上的数据块(chunk)组成。

PNG定义了两种类型的数据块，一种是称为关键数据块(critical chunk)，这是标准的数据块，另一种叫做辅助数据块(ancillary chunks)，这是可选的数据块。关键数据块定义了4个标准数据块，每个PNG文件都必须包含它们，PNG读写软件也都必须要支持这些数据块。虽然PNG文件规范没有要求PNG编译码器对可选数据块进行编码和译码，但规范提倡支持可选数据块。

GIF

GIF 是用于压缩具有单调颜色和清晰细节的图像（如线状图、徽标或带文字的插图）的标准格式。

工作原理

GIF(Graphics Interchange Format)的原义是“图像互换格式”，是CompuServe公司在 1987年开发的图像文件格式。GIF文件的数据，是一种基于LZW算法的连续色调的无损压缩格式。其压缩率一般在50％左右，它不属于任何应用程序。目前几乎所有相关软件都支持它，公共领域有大量的软件在使用GIF图像文件。GIF图像文件的数据是经过压缩的，而且是采用了可变长度等压缩算法。所以GIF的图像深度从lbit到8bit，也即GIF最多支持256种色彩的图像。GIF格式的另一个特点是其在一个GIF文件中可以存多幅彩色图像，如果把存于一个文件中的多幅图像数据逐幅读出并显示到屏幕上，就可构成一种最简单的动画。

分 类

GIF分为静态GIF和动画GIF两种，支持透明背景图像，适用于多种操作系统，“体型”很小，网上很多小动画都是GIF格式。其实GIF是将多幅图像保存为一个图像文件，从而形成动画,所以归根到底GIF仍然是图片文件格式。但GIF只能显示256色。

GIF主要分为两个版本，即GIF 89a和GIF 87a:

GIF 87a：是在1987年制定的版本
GIF 89a: 是1989年制定的版本。在这个版本中，为GIF文档扩充了图形控制区块、备注、说明、应用程序编程接口等四个区块，并提供了对透明色和多帧动画的支持

GIF格式自1987年由CompuServe公司引入后，因其体积小而成像相对清晰，特别适合于初期慢速的互联网，而从此大受欢迎。它采用无损压缩技术，只要图像不多于256色，则可既减少文件的大小，又保持成像的质量。（当然，现在也存在一些hack技术，在一定的条件下克服256色的限制，具体参见真彩色）然而，256色的限制大大局限了GIF文件的应用范围，如彩色相机等。（当然采用无损压缩技术的彩色相机照片亦不适合通过网络传输。）另一方面，在高彩图片上有着不俗表现的JPG格式却在简单的折线上效果差强人意。因此GIF格式普遍适用于图表，按钮等等只需少量颜色的图像（如黑白照片）。

在早期，GIF所用的LZW压缩算法是Compuserv所开发的一种免费算法。然而令很多软件开发商感到意外的是，GIF文件所采用的压缩算法忽然成了Unisys公司的专利。据Unisys公司称，他们已注册了LZW算法中的W部分。如果要开发生成（或显示）GIF文件的程序，则需向该公司支付版税。由此，人们开始寻求一种新技术，以减少开发成本。PNG（Portable Network Graphics，便携网络图形）标准就在这个背景下应运而生了。它一方面满足了市场对更少的法规限制的需要，另一方面也带来了更少的技术上的限制，如颜色的数量等。

在2003年6月20日，LZW算法在美国的专利权已到期而失效。在欧洲、日本及加拿大的专利权亦已分别在2004年的6月18日、6月20日和7月7日到期失效。尽管如此，PNG文件格式凭着其技术上的优势，已然跻身于网络上第三广泛应用格式。与GIF相关的专利于2006年8月11日过期。

BMP

BMP是一种与硬件设备无关的图像文件格式，使用非常广。它采用位映射存储格式，除了图像深度可选以外，不采用其他任何压缩，因此，BMP文件所占用的空间很大。BMP文件的图像深度可选lbit、4bit、8bit及24bit。BMP文件存储数据时，图像的扫描方式是按从左到右、从下到上的顺序。

由于BMP文件格式是Windows环境中交换与图有关的数据的一种标准，因此在Windows环境中运行的图形图像软件都支持BMP图像格式。

典型的BMP图像文件由三部分组成：

（1）位图文件头数据结构，它包含BMP图像文件的类型、显示内容等信息；

（2）位图信息数据结构，它包含有BMP图像的宽、高、压缩方法；

（3）定义颜色等信息。

具体数据举例

如某BMP文件开头：
424D 4690 0000 0000 0000 4600 0000 2800 0000 8000 0000 9000 0000 0100*1000 0300 0000 0090 0000 A00F 0000 A00F 0000 0000 0000 0000 0000*00F8 0000 E007 0000 1F00 0000 0000 0000*02F1 84F1 04F1 84F1 84F1 06F2 84F1 06F2 04F2 86F2 06F2 86F2 86F2 …. ….

BMP文件可分为四个部分：位图文件头、位图信息头、彩色板、图像数据阵列，在上图中已用*分隔。

一、图像文件头

1）1：(这里的数字代表的是”字”,即两个字节,下同)图像文件头。424Dh=’BM’，表示是Windows支持的BMP格式。
2）2-3：整个文件大小。4690 0000，为00009046h=36934。
3）4-5：保留，必须设置为0。
4）6-7：从文件开始到位图数据之间的偏移量。4600 0000，为00000046h=70，上面的文件头就是35字=70字节。
5）8-9：位图图信息头长度。
6）10-11：位图宽度，以像素为单位。8000 0000，为00000080h=128。
7）12-13：位图高度，以像素为单位。9000 0000，为00000090h=144。
8）14：位图的位面数，该值总是1。0100，为0001h=1。

二、位图信息头

9）15：每个像素的位数。有1（单色），4（16色），8（256色），16（64K色，高彩色），24（16M色，真彩色），32（4096M色，增强型真彩色）。1000为0010h=16。
10）16-17：压缩说明：有0（不压缩），1（RLE 8，8位RLE压缩），2（RLE 4，4位RLE压缩，3（Bitfields，位域存放）。RLE简单地说是采用像素数+像素值的方式进行压缩。T408采用的是位域存放方式，用两个字节表示一个像素，位域分配为r5b6g5。图中0300 0000为00000003h=3。
11）18-19：用字节数表示的位图数据的大小，该数必须是4的倍数，数值上等于位图宽度×位图高度×每个像素位数。0090 0000为00009000h=80×90×2h=36864。
12）20-21：用象素/米表示的水平分辨率。A00F 0000为0000 0FA0h=4000。
13）22-23：用象素/米表示的垂直分辨率。A00F 0000为0000 0FA0h=4000。
14）24-25：位图使用的颜色索引数。设为0的话，则说明使用所有调色板项。
15）26-27：对图象显示有重要影响的颜色索引的数目。如果是0，表示都重要。

三、彩色板

16）28-35：彩色板规范。对于调色板中的每个表项，用下述方法来描述RGB的值：
1字节用于蓝色分量
1字节用于绿色分量
1字节用于红色分量
1字节用于填充符(设置为0)
对于24-位真彩色图像就不使用彩色板，因为位图中的RGB值就代表了每个象素的颜色。
如，彩色板为00F8 0000 E007 0000 1F00 0000 0000 0000，其中：
00FB 0000为FB00h=1111100000000000（二进制），是红色分量的掩码。
E007 0000为 07E0h=0000011111100000（二进制），是绿色分量的掩码。
1F00 0000为001Fh=0000000000011111（二进制），是红色分量的掩码。
0000 0000总设置为0。
将掩码跟像素值进行“与”运算再进行移位操作就可以得到各色分量值。看看掩码，就可以明白事实上在每个像素值的两个字节16位中，按从高到低取5、6、5位分别就是r、g、b分量值。取出分量值后把r、g、b值分别乘以8、4、8就可以补齐第个分量为一个字节，再把这三个字节按rgb组合，放入存储器（同样要反序），就可以转换为24位标准BMP格式了。

四、图像数据阵列

17)17-．．．：每两个字节表示一个像素。阵列中的第一个字节表示位图左下角的象素，而最后一个字节表示位图右上角的象素。

文章内容转载自：JPG png GIF BMP四种常见图像格式的区别 – 响当当的麦克斯

 

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liwen01 2022.08.28 日更新 

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