通过修改AC系数将jpeg块着色为黑色

Question

我正在尝试通过操纵 libjpeg 上的各个 DCT 系数值，将 DCT 空间上的 JPEG 图像区域着色为黑色。

我知道 DC 系数指定了色调。因此，忽略上/下采样问题，应该能够通过将所有 AC 系数归零并操纵 DC 系数来对整个块进行着色。但是，我无法弄清楚值的范围是多少。

例如，要将左上角的块着色为中点灰色，可以：

int row = 0;
int col = 0;

jvirt_barray_ptr *src_coef_arrays = jpeg_read_coefficients(&src.info);
for (int ci = 0; ci < src.info.num_components; ci++) {

    JBLOCKARRAY buffer = src.info.mem->access_virt_barray(
        (j_common_ptr)&src.info,
        src_coef_arrays[ci],
        row,
        comp_info.v_samp_factor,
        TRUE
    );
    for (int k = 0; k < DCTSIZE2; k++)
        blk_buf[0][col][k] = 0;
}

代替中点灰色，假设 YCbCr，可以通过仅更改亮度分量的 DC 系数来变暗/变亮：

  if (ci == 0)  // luma component
      blk_buf[0][col][0] = -50;  // tweak DC coeff of luma component
  else
      blk_buf[0][col][0] = 0;    // zero DC coeff of chroma components
  for (int k = 1; k < DCTSIZE2; k++)
      blk_buf[0][col][k] = 0;    // zero all AC coeffs

但是，我还没有弄清楚如何从特定的YCbCr值到DC值，即黑色的DC值是多少？如何从任意颜色转换为 DC 值？

Answer 1

在 libjpeg 中操作“原始”DCT 系数有两个关键点：

1. 返回的系数已经/仍在量化
2. 系数放大了8倍

jdct.h

（libjpeg 的内部头文件）中提到了 8 的因子：

/*
 [...]
 * The DCT inputs are expected to be signed (range +-CENTERJSAMPLE).
 * The DCT outputs are returned scaled up by a factor of 8; they therefore
 * have a range of +-8K for 8-bit data, +-128K for 12-bit data.  This
 [...]
 */

因此，查找给定颜色所需的 DC 值的过程是：

1. 将所需颜色转换为输出 jpeg 颜色空间（通常为 YCbCR）。检查

   info.jpeg_color_space

   。有效的 jpeg 颜色空间是：

   • JCS_YCbCr

   • JCS_GRAYSCALE

   • JCS_RGB

   • JCS_CMYK

   • JCS_YCCK

2. 将值转换为

   -CENTERJSAMPLE : (CENTERJSAMPLE-1)

   范围乘以8。假设您想要黑色，JPEG颜色空间是YCbCR，因为黑色是

   YCbCr(-128, 0, 0)

   （假设YCbCr表示法取-128到127之间的值），那么：

   int DC_black_Y = -CENTERJSAMPLE *8;
   int DC_black_Cb = 0;
   int DC_black_Cr = 0;
   

3. 将该值除以该图像分量的量化器矩阵的第一个元素（DC 值的量化器值）。您可以通过以下方式获取每个组件使用的量化器值：

   for (int ci = 0; ci < info.num_components; ci++) {
     const int quant_tbl_no = info.comp_info[ci].quant_tbl_no;
     const UINT16 dc_quant = info.quant_tbl_ptrs[quant_tbl_no]->quantval[0];
     [...]
   

4. 将值远离零舍入（如果为正则取整，如果为负则取下限）

   // Round towards closest infinity (away from zero)
   // assuming dc_value and dc_quant are integers
   if (dc_value < 0)
     dc_value = (dc_value - dc_quant +1) / dc_quant;
   else if (dc_value > 0)
     dc_value = (dc_value + dc_quant -1) / dc_quant;
   // else do nothing, it's zero