多媒体实践论文 jpeg2000技术的应用研究

《多媒体技术》期末论文

题目：JPEG2000技术的应用研究

摘要： JPEG2000是为适应不断发展的图像压缩应用而出现的新的静止图像压缩标准。该文介绍了JPEG2000的基本原理，在与JPEG标准比较的基础上分析了JPEG2000的主要特点，并基于网络对JPEG2000 应用前景作出展望。

关键词：JPEG2000；静止图像压缩

JPEG 基本系统基于离散余弦变换（DCT）和可变长编码（VLC）压缩技术, 能提供较高的压缩比，但由于DCT编码有失真, 所以重建图像不能精确的再现原图像, 其图像的失真程度也与压缩比密切相关。由于JPEG能够保证可接受的重建图像质量, 目前网站上80%的图像都是采用JPEG标准。然而, 随着信息技术的发展, 尤其是Internet应用的发展, 人们对数字图像在质量、大小和应用上提出了更高的要求, 传统JPEG压缩技术已无法满足人们的要求。目前的JPEG静止图像压缩标准,具有中端和高端比特速率上的良好的速率畸变特性，但在低比特率范围内，将会出现很明显的方块效应，其质量变得不可接受。JPEG不能在单一码流中提供有损和无损压缩，并且不能支持大于64×64 K的图像压缩。同时，尽管当前的JPEG标准具有重新启动间隔的规定，但当碰到比特差错时图像质量将受到严重的损坏。因此, 更高压缩率以及具有更多功能的新一代静态图像压缩技术JPEG2000就诞生了。2000年3月的东京会议，确定了彩色静态图像的新一代编码方式JPEG2000图像压缩标准的编码算法。

一 JPEG2000的基本原理

JPEG 2000 与传统 JPEG 最大的不同，在于它放弃了 JPEG 所采用的以离散馀弦转换(Discrete Cosine Transform) 为主的区块编码方式，而改采以小波转换(Wavelet transform) 为主的多解析编码方式。小波转换的主要目的是要将影像的频率成分抽取出来。在编码时, 先对图像的无符号分量JPEG进行类似于的电平位移。若无符号图像分量（如RGB分量）用r位二进制数表示, 则对这些无符号分量样本值减去一2的（r-1）次方，然后进行分量变换, 在分量变换是可选的。JPEG2000采用两种变换：可逆的分量变换和不可逆的分量变换。不可逆的分量变换只能用于有损压缩, 可逆的分量变换既可用于无损压缩、也可用于有损压缩。接下来进行离散小波变换, 该变换可将图象信号分解成不同空间分辨率、不同频率特征和方向性特征的子图象信号，便于在失真编码中综合考虑人的视觉特性, 同时也利于实现图象的渐进传输。根据变换后的小波系数的特点进行量化, 量化的关键是依据变换后图像的特征、重构图像质量要求等因素设计合理的量化标准, 这是图像压缩特别是有损压缩关键的一步。图像经过变换、量化后在一定程度上减少了空域和频域上的冗余度, 但是这些数据在统计意义上还存在一定的相关性, 为此采用嫡编码来消除数据间的相关。嫡编码之后的流数据被按照一定的意图组织在不同的“层”里, “层”对应的是图像的质量级别又或精度级别, 将码流分层组织, 形成不同质量的层图像的这种分层累进式传输

可以让网络用户根据自己的需要控制图像的分层传输, 当用户得到满意的图像效果时,便可终止传输。最后, 对每个分层码流以包为单元进行组织, 输出最终的压缩码流。

解码过程相对比较简单。根据压缩码流中存储的参数, 对应于编码器的各部分, 进行逆向操作, 输出重构的图像数据。

二 JEPG2000的优势

相比JPEG,JPEG2000有以下几个优点：

1、JPEG2000 作为JPEG升级版，高压缩（低比特速率）是其目标，其压缩率比 JPEG 高约 30% 左右。而且高压缩比率下有良好的率失真性能, 适应当前移动通信和网络等有限带宽的应用需要。

2、JPEG2000 同时支持有损和无损压缩，而 JPEG 只能支持有损压缩。JPEG2000编码的图像最终可以提供最高质量的无损压缩, 这一点对于既要保证原始图像质量又要求小的文档尺寸的用户极为有用, 而且单一码流可以适应从低质量到高质量的各种不同应用需求。而JPEG标准则无法在同一个压缩模式中同时提供有损和无损压缩

3、JPEG2000 能实现渐进传输，这是JPEG2000的一个极其重要的特征。也就是我们对 GIF 格式影像常说的“渐现”特性。它先传输图像的轮廓，然后逐步传输数据，不断提高图像质量，让图象由朦胧到清晰显示，而不必是像现在的JPEG 一样，由上到下慢慢显示。

4、JPEG2000 支持所谓的“感兴趣区域”特性，你可以任意指定影像上你感兴趣区域的压缩质量，还可以选择指定的部份先解压缩。这样我们就可以很方便的突出重点了。

三 JPEG2000的应用

目前，支持JPEG2000的软件已经出现，如LuraWave SmartCompressFreeware for Windows为ACDSee 3.0提供JPEG2000 LWF格式的外挂插件，这样只要我们安置了这个插件就可以观看和制作采用JPEG2000编码的LWF格式文件。

在不久的将来，JPEG2000无论是在传统的JPEG市场（如数码相机、扫描仪等）还是在新兴应用领域（如网路传输、无线通讯、医疗影像等）都将大有用武之地。JPEG2000标准在不降低信息质量的前提下又具备高压缩比的方案正适应了移动通信的需要, 相比当前流行的JPEG标准, 它的文件体积更小, 交互式的传输过程可以让用户决定接受何种质量的图像信息, 而且具备很好的在吵杂的信道上传输中的误差稳定性, 它的渐进式传输也可使用户不必为看到手机上的

一张朋友传过来的相片而焦急地等待了。

相信在JPEG的正式标准确定之后，现有的JPEG将迅速被其取代。

参考文献

[1] 李冬梅.发展中的静止图像压缩标准JPEG2000.电视技术，2001(6)

[2] 张晓娣，等.新一代的静止图像压缩标准 JPEG2000.电信科学，2001(5)

[3] JPEG 2000 Image Coding ystem.JPEG 2000 Final Committee Draft Version 1.0, 2000，16(3)