基于JPEG和图像分裂的静止图像编码
基于Java语言的JPEG2000图像编码实现
Ｋｅ ｒ ｓ ｗ ｖ ｌｔａ ａ ｙ ｉ ；ｉ ｇ ｏ ｒｓ ｉ ｎ；Ｊ Ｅ ２ ０ ｙ ｗｏ ｄ ： ａ ｅ ｅ ｎ ｌｓｓ ｍａ ｅ ｃ ｍｐ ｅ ｓｏ Ｐ Ｇ ０ ０；Ｊ ｖ ｉ ｕ ｌｍａ ｈ ｎ ａ ａ ｖｒ ａ ｃ ｉｅ ｔ
ｉ ｇ ｏ ｒ ｓ ｉｎ ｓａ ｄ ｒ ｓ ｐｒｓ ｎ ｅ ｍａ ｅ ｃ ｍｐ ｅ ｓｏ ｔ ｎ ａ ｄ ｉ ｅ ｅ ｔｄ． Ｔｈ ｎ ｔ ｅ ｐ ｉｃ ｐ ｅ ｆｗａ ｅｅ ｒ ｎ ｆｒ ｎ ｔ ｅ ｈ ｒｎ ｉ ｌｓ ｏ ｖ ｌｔｔａ ｓｏ ｍｓ ａ ｄ ｉ ｓ
文 章 编 号 ：０ ３—１５ （０ ７ ０ ０ ６ １０ ２ １２０ ）５— ０ ５—０ ３
基 于 Ｊｖ ａ ａ语 言 的 Ｊ Ｅ ０ ０ 图像 编 码 实 现 Ｐ Ｇ２ ０
张 冶 ， 向磊 王
（ 阳 理 工 大 学 信 息 科 学 与 工 程 学 院 ， 宁 沈 阳 １０ ６ ） 沈 辽 １１８
维普资讯
２ ７ 月 ０ 年ｌ ０ ０
第 ２６卷 第 ５期
沈 阳 理 工 大 学 学 报
ＴＲＡＮＳ ＴＩ ＡＣ ＯＮＳ ＯＦ Ｓ ＨＥＮＹＡＮＧ Ｌ ＧＯＮＧ ＵＮＩ Ｉ ＶＥＲＳ ＴＹ Ｉ
Ｖ０ １． ２ ６ Ｎｏ ０ｃ ． ２ Ｏ Ｏ ｔ
摘
要 ： 绍 ＪＥ ２０ 介 Ｐ Ｇ ０ ０静 止 图像 压 缩标 准 及其 特 点 ， 究分 析 小 波 变换 理论 ， 过 细 研 通
化 图像 压 缩的 具体流 程 及 步骤 ， 理 划 分 功 能模 块 ， 化 算 法 ， 高运 行 速 度 ， Ｊｖ 合 优 提 用 ａａ 语 言编写 图像 编码程 序 ． 为更 为合 理 的硬件／ 件混合 模 式提供 依 据和 参考 ． 软
JPEG2000是新一代静止图像压缩国际标准
JPEG2000是新一代静止图像压缩国际标准，具有优越的图像压缩性能和高的图像质量，不仅克服了传统J PEG静止图像压缩标准在高压缩时出现方块效应的缺点，还提供了图像渐进传输、图像质量可伸缩及感兴趣区域编码等特性，可以应用于数码相机、医疗图像、网络传输等方面。
2 JPEG2000标准基本原理2.1 JPEG2000编解码框架JPEG2000编码器编码主要有预处理、小波变换、量化和熵编码等步骤，相对于编码过程，该系统的解码过程比较简单[1]。
JPEG2000编解码器框图如图1和图2所示。
图1 JPEG2000编码器框图图2 JPEG2000解码器框图2.2 JPEG2000编码的核心算法1）DWT变换通过离散小波变换多级小波分解，小波系数既能表示图像片中局部区域的高频信息也能表示图像片中的低频信息。
这样，即使在低比特率的情况下，也能保持较多的图像细节，另外，下一级分解得到的系数所表示图像在水平和垂直方向的分辨率只有上一级小波系数所表示的图像的一半，所以通过对图像的不同级进行解码，就可以得到具有不同空间分辨率的图像。
2）EBCOT算法EBCOT算法的基本思想是将小波变换以后的子带划分为大小固定的码块，对码块系数量化，按照二进制位分层的方法，从高有效位平面开始，依次对每个位平面上的所有小波系数位进行三个通道扫描建模（重要性传播编码通道、幅度精炼编码通道、清除编码通道），即位平面编码，生成上下文和0、1符号对，然后对这些上下文和符号对进行上下文算术编码，形成码块码流，完成第一阶段编码块编码；最后根据一定参数指标如码率、失真度，按率失真最优原则在每个独立码块码流中截取合适的位流组装成最终的图像压缩码流，完成第二阶段码流组装过程[2]。
2.3 EBCOT算法中块编码算法的改进研究及实现在JPEG2000编解码系统中，EBCOT算法是其重要的组成部分。
而EBCOT算法中的第一阶段块编码又是整个算法的核心，它占用了大量的编码时间，无论是无损压缩还是有损压缩，EBCOT算法中的位平面编码时间都占到整个编码耗时的50%以上[3][4]。
图像视频编码的国际标准以及每种图像和视频编码的技术特点
H.261是ITU-T针对可视电话和会议电视、窄带ISDN等要求实时编解码和低延时应用提出的一个编码标准。该标准包含的比特率为p*64Kbit/s，其中p是一个整数，取值范围为1～30，对应比特率为64Kbit/s～92Mbit/s。
6、H.261
H.261标准大体上分为两种编码模式：帧内模式和帧间模式。对于缓和运动的人头肩像，帧间编码模式将占主导位置；而对画面切换频繁或运动剧烈的序列图像，则帧间编码模式要频繁地向帧内编码模式切换。
1）输入/输出图像彩色分量之比可以是4∶2∶0，4∶2∶2，4∶4∶4。
2）输入/输出图像格式不限定。
3）可以直接对隔行扫描视频信号进行处理。
4）在空间分辨率、时间分辨率、信噪比方面的可分级性适合于不同用途的解码图像要求，并可给出传输上不同等级的优先级。
JPEG-2000另一个极其重要的优点就是感兴趣区（ROI，Region Of Interest）特性。用户在处理的图像中可以指定感兴趣区，对这些区域进行压缩时可以指定特定的压缩质量，或在恢复时指定特定的解压缩要求，这给人们带来了极大的方便。在有些情况下，图像中只有一小块区域对用户是有用的，对这些区域采用高压缩比。在保证不丢失重要信息的同时，又能有效地压缩数据量，这就是感兴趣区的编码方案所采取的压缩策略。基于感兴趣区压缩方法的优点，在于它结合了接收方对压缩的主观要求，实现了交互式压缩。
JEPG对图像的压缩有很大的伸缩性，图像质量与比特率的关系如下：
a)15～20比特/像素：与原始图像基本没有区别（transparent quality）。
b)075～15比特/像素：极好（excellent quality），满足大多数应用。
c)05～075比特/像素：好至很好（good to very good quality），满足多数应用。
jpeg压缩编码标准
JPEG压缩编码标准是国际标准化组织（ISO）和CCITT联合制定的静态图像的压缩编码标准。
它主要采用预测编码、离散余弦变换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。
JPEG压缩编码标准是面向连续色调静止图像的压缩编码标准，具有较高的压缩比，是目前静态图像中压缩比最高的。
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。
JPEG压缩编码标准有多种类型，包括标准JPEG格式、渐进式JPEG格式和JPEG2000格式。
其中，标准JPEG格式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；渐进式JPEG格式在网页下载时，先呈现出图像的粗略外观后，再慢慢地呈现出完整的内容；JPEG2000格式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。
总之，JPEG压缩编码标准是一种广泛应用于图像处理领域的压缩编码标准，具有较高的压缩比和多种类型，能够满足不同应用场景的需求。
JPEG文件解码详解
JPEG文件解码详解JPEG（Joint Photographic Experts Group）是联合图像专家小组的英文缩写。
它由国际电话与电报咨询委员会CCITT（The International Telegraph and Telep hone Consultative Committee）与国际标准化组织ISO于1986年联合成立的一个小组，负责制定静态数字图像的编码标准。
小组一直致力于标准化工作，开发研制出连续色调、多级灰度、静止图像的数字图像压缩编码方法，即JPEG算法。
JPEG算法被确定为国际通用标准，其适用范围广泛，除用于静态图像编码外，还推广到电视图像序列的帧内图像压缩。
而用JPEG算法压缩出来的静态图片文件称为JPEG文件，扩展名通常为*.jpg、*. jpe、*.jpeg。
JPEG专家组开发了两种基本的压缩算法、两种数据编码方法、四种编码模式。
具体如下：压缩算法：●有损的离散余弦变换（Discrete Cosine Transform，DCT）；●无损的预测技术压缩。
数据编码方法：●哈夫曼编码；●算术编码；编码模式：●基于DCT顺序模式：编/解码通过一次扫描完成；●基于DCT递进模式：编/解码需要多次扫描完成，扫描效果从粗糙到精细，逐级递进；●无损模式：基于DPCM，保证解码后完全精确恢复到原图像采样值；●层次模式：图像在多个空间多种分辨率进行编码，可以根据需要只对低分辨率数据作解码，放弃高分辨率信息。
在实际应用中，JPEG图像使用的是离散余弦变换、哈夫曼编码、顺序模式。
JPEG压缩编码算法的主要计算步骤如下：(0) 8*8分块。
(1) 正向离散余弦变换(FDCT)。
(2) 量化(quantization)。
(3) Z字形编码(zigzag scan)。
(4) 使用差分脉冲编码调制(DPCM)对直流系数(DC)进行编码。
(5) 使用行程长度编码(RLE)对交流系数(AC)进行编码。
静止图像压缩编码简介
静止图像压缩编码简介随着信息技术的发展，静止图像压缩编码技术在信息领域的应用越来越广泛。
如果某种图像编码算法既能够保证质量，又能够存储时占用空间小、传输时占用带宽小，那么该编码算法则越优秀。
JPEG压缩算法就是这样一种既可以避免失真，又能够实现令人满意的压缩比例的算法。
标签：图像编码静止图像压缩JPEG標准多媒体和互联网的发展，图像的存储和传输问题变得越来越突出，要求存储、传输对网络资源的开销尽量低，同时又不能降低存储和传输过程中图像的质量。
因此需要对图像采用合适的方法进行压缩和编码，方便图像存储及传输。
常用的图像文件格式中JPEG以占用空间小，图像质量高等特点而广为用户采用。
上世纪80年代ISO和CCITT 两大标准组织共同推出JPEG压缩算法，它定义了连续色调、多级灰度、静止图像的数字图像压缩算法，是国际上彩色、灰度、静止图像的第一个国际标准。
离散余弦（DCT）则是最小均方误差条件下得出的最佳正交变换，作为多项图像编码国际标准的核心算法而得到广泛应用。
其中最著名的算法即为JPEG图像压缩算法。
DCT算法变换核是余弦函数，计算速度较快，质量劣化程度低，满足图像压缩和其他处理的要求。
按照灰度层次，图像可分为两类：第一类为有灰度层次图像；第二类成为二值图像，即仅黑白层次图像。
电视图像、照片传真、静止图像属于有灰度图像。
而文件传真、二值静止图像则属于二值图像范畴。
经过几十年人们对图像压缩技术的不断研究，并且随着软硬件技术的不断发展，人们已经能够实现大量的图像压缩算法。
早期的图像编码主要基于信息论的理论基础，压缩效果不理想。
最近几年随着相关领域科学的发展，人们的研究重点已经转向视觉生理学和景物分析新的方向上，实现了图像编码技术由第一代向第三代的跨越，实现了非常高的压缩比，极限情况下能达到千分之一。
以最小的代价实现特定质量的图像的传输是图像编码的核心，又称为图像压缩，广泛应用于图像的存储、传输和交换。
在相关过程中对图像信号中存在的冗余都进行压缩编码，能够最大程度实现图像编码的本质。
基于JPEG标准的静止图像压缩
基于JPEG标准的静止图像压缩阴国富;李云飞【摘要】介绍了JPEG压缩标准,详细分析了JPEG标准下的图像压缩编码和解码原理以及实现过程,并在Visual C++中通过CJPEG类提供的JPEG编码和解码函数,实现了对静止图像的数据压缩,达到了高效地存储、传输、处理图像数据的目的.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2008(008)011【总页数】3页(P3001-3003)【关键词】JPEG;DCT;数据压缩【作者】阴国富;李云飞【作者单位】西安电子科技大学,西安,710071;渭南师范学院,计算机科学系,渭南,714000【正文语种】中文【中图分类】基础科学第 8 卷第 II 期 2008 年 6 月1671-1819(2008)11-3001-03科学技术与工程ScienceTechnologyandEngineering Vol.8No.IlJune 2008@2008Sci.Tech.Engng.基于 JPEG标准的静止图像压缩阴国富李云飞（西安电子科技大学，西安 710071 ；渭南师范学院计算机科学系，渭南 714000 ）摘要介绍了 JPEG 压缩标准，详细分析了 JPEG 标准下的图像压缩编码和解码原理以及实现过程，并在 VisualC++ 中通过 CJPEC 类提供的 JPEG 编码和解码函数，实现了对静止图像的数据压缩，达到了高效地存储、传输、处理图像数据的目的。
关键词JPEC DCT数据压缩中图法分类号 TP317.4 ；文献标志码A 1静止图像压缩标准国际标准化组织 (ISO) 和国际电报电话咨询委员会( ccirr)联合成立的专家组 JPEG(JointPhoto- graphicExpertsGroup)于 1991 年 3 月提出了 ISO CDI0918号建议草案：多灰度静止图像的数字压缩编码（通常简称为JPEG 标准）。
这是一个适用于彩色和单色多灰度或连续色调静止数字图像的压缩标准。
JPEG图像压缩与编码解析
JPEG图像压缩与编码解析
JPEG（Joint Photographic Experts Group）压缩格式，以其易于使用、压缩率高而著称，是应用最为广泛的一种图像压缩格式。
JPEG压缩
算法把图像分为内容和质量两个维度来进行压缩。
下面将详细论述JPEG
图像编码与解码的基本原理。
1.JPEG图像编码过程
（1）空间域转换
空间域转换是将原始图像由空间域变换成更加节省存储空间的频域。
JPEG压缩采用的是离散余弦变换（DCT）这种空间域转换方法，它可以把
图像表示成一系列正交基函数的线性组合，每一个函数表示的是对应的图
像量化值。
利用DCT将一幅图像分成8×8（也有可能是16×16）大小的块，每一个块由64（或者256）个相互独立的像素构成，被称为DCT子块。
（2）频段选择
JPEG图像压缩算法采用频段选择的原则，根据图像中的特征，把空
间域转换之后的低频分量即低频信息传��有损，而只把高频分量即高频
信息传递以达到保留重要信息的目的，在JPEG中，特征的保留按照“从
重要的到不重要的”的顺序进行。
（3）变换。
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Ｊ Ｐ Ｅ Ｇ（ ｊ ｏ ｉ ｎ ｔ ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ ｇ ｒ ａ ｐ ｈ ｉ ｃ ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｔ ｓ ｇ ｒ ｏ ｕ ｐ）标
随着 比特 率 的提高 ， 这 种方法 的率 失真性 能变差 ，
准¨ 以其优 良 的压 缩 性 能 和 较 低 的计 量也不能得到 明显
第３ ５ 卷 第４ 期
２ ０ １ ３年 ８ 川
武 汉理工大学学报 （ 信息与管理工程版 ）
Ｊ Ｏ Ｕ Ｒ Ｎ Ａ Ｌ Ｏ Ｆ ＷＵ Ｔ （ Ｉ Ｎ Ｆ Ｏ Ｒ ＭＡ Ｔ Ｉ Ｏ Ｎ＆ＭＡ Ｎ Ａ Ｇ Ｅ Ｍ Ｅ Ｎ Ｔ Ｅ Ｎ Ｇ Ｉ Ｎ Ｅ Ｅ Ｒ Ｉ Ｎ Ｇ）
Ｖｏ １ ． ３ ５ Ｎｏ． ４
项 目（ ２ ０ １ ３～Ｉ Ｖ一０ ２ ３ ） ．
４ ７ ０
武汉理工大学学报（ 信息与管理工程版）
２ ０ １ ３年 ８月
考 虑到 式 （ １ ） ， 对 于 由原始 图像 每 个 ２×２
像块 右下像 素构成 的 Ｒ Ｄ， 其 预测残 差 为 ：
ｅ ｒ ｒ Ｒ Ｄ（ ｉ √ ）＝Ｒ Ｄ（ ｉ √ ）一 Ｒ － － ＇ ｌ Ｊ （ ｉ ， ｊ ）：Ｒ Ｄ（ ｉ ， ｊ ）一
［Ｉ （ ２ ｉ ＋１ ， ２ ｊ＋１ ）一Ｉ （ ２ ｉ ， ２ ｊ ） ］＋ ［ Ｉ （ ２ ｉ ， ２ ｊ ） 一 Ｉ （ ／ 一１ ２ ， ＋１ ） ］一［ Ｉ （ ２ ｉ＋１ ， ２ ｊ一１ ）一１ （ ／， ２ ） ］ ｝＝
现方块 效应 。针 对 该 问题 ， 文献 ［ ２ ］ 通 过 对 未 经
如果 能够 把插 值残 差 进行 编码 再 传输 到 解 码 器 ， 那 么提 高的 比特 率 有 望改 善 图像质 量 。鉴 于此 ， 算法 首先 将一 幅原始 图像 通过 亚 采样 分裂 得 到 ４ 幅相似 的图像 ， 然后 对其 中一 幅进行 Ｊ Ｐ Ｅ Ｇ编 码 ， 再 利用其 解码 图像 插值 预测 另 外 ３幅 图像 ， 预
改善 。原 因在 于 ， 亚采 样 造 成不 可恢 复 的信 息损
失， 提 高 的 比特 率 难 以进 一 步 减 小 插 值 残 差 Ｊ 。
而成为 一种 针对 自然 图像 广 泛 使 用 的压 缩 方法 。 然而 ， 在 低 比特 率 条 件 下 Ｊ Ｐ Ｅ Ｇ 的重 建 图像 会 呈
摘
要： 钊‘ 对Ｊ Ｐ Ｅ Ｇ和 “ 亚采样 一 Ｊ Ｐ Ｅ Ｇ一插值 ” 方案都 不能在所有 比特率下 取得最佳 解码 图像 质量 的问
题， 以亚采样方 式将原始 图像分裂为 ４幅相似的子图像 ， 对其 中一幅子 图像 Ｌ Ｕ进行 Ｊ Ｐ Ｅ Ｇ编码 ， 然后 利用其
解码 图像插值预测另外 ３幅子 图像 ， 并 利用子 图像 Ｌ 的 ２阶方向导数 预测插值残差 的模值 ， 实现 了将残差按 模值降序排列从而保证较大的残差被首先扫描 和编码 。实验结果表 明， 该方法 的率失 真性能优于 “ 亚采样 一
比特 率下 能 够得 到 高于 Ｊ Ｐ Ｅ Ｇ 的图像 质量 。但 是
图１ 所提 出算法 的编码／ 解码框架
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３— ０ １— ０ ２ ．
作者简介 ： 刘雪冬（ １ ９ ７ ６一 ） ， 男， 内蒙古化德人 ， 武汉理工大学信息工程学 院副教授 ； 博士． 基金项 目： 圈家 自然科学基金资助项 目（ ６ １ ０ ０ １ ０ ８ ２ ） ； 湖北省博士后科技活动择优基金资助项 目； 中央 高校基本科研 业务费专项基金 资助
１
Ｏ
１
２
３
４
５
６
７
估计 的残 差模 递减序号／ ×１ ０
图 ３ 按照 Ｌ ｅ ｎ ａ （ ５ １ ２× ５ １ ２ ） 的 子 图像 Ｌ Ｕ二 阶导 数 模
１ （ ２ ／ ＋ １ ， ＋ １ ） ］ ＝ — ｝ ｛ ［ ， （ ， ） 一 ， （ 一 １ ， 一 １ ） ］ 一
Ｊ Ｐ Ｅ Ｇ一插值 ” 方案 。就重建 图像 质量而言 ， 在低 比特率 条件 下高于 Ｊ Ｐ Ｅ Ｇ， 而在 中高 比特率下则接近 Ｊ Ｐ Ｅ Ｇ。
关键词 ： 图像编码 ； 图像分裂 ； Ｊ Ｐ Ｅ Ｇ； 插值预测 ； ２阶方 向导数 ； 模值排序
中 图分 类号 ： Ｔ Ｎ ９ １ ９ ． ８ １ Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ３ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． ２ ０ ９ ５— ３ ８ ５ ２ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ４ ． ０ ０ ２
Ａｕ ｇ． ２０１ ３
文章编号 ： ２ ０ ９ ５— ３ ８ ５ ２ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４— ０ ４ ６ ８— ０ ５
文献标志码 ： Ａ
基于 Ｊ Ｐ Ｅ Ｇ 和 图像 分 裂 的静 止 图像 编 码
刘 雪冬 ， 杨 杰 ， 张 康
（ 武汉理工大学 信息工程学院 ， 湖北 武汉 ４ ３ ０ ０ ７ ０ ）
测 残差 也被 编码 传 输 。笔 者 所提 出算 法 的编 码／
解 码框架 如 图 １所示 。
避化 的 Ｄ Ｃ Ｔ系数 进行 预测 ， 提 供 了一个 后处 理 系
统来 减 轻 方块 效 应 ， 同 时 减 少 了边 缘 的 模 糊 度 。 解决 方块效 应 的另一种 思路 是对 原始 图像亚 采样 后进行 Ｊ Ｐ Ｅ Ｇ编码 ， 最后 解码 器利 用该 Ｊ Ｐ Ｅ Ｇ解 码 图像进 行插 值 重 建 原 始 图 像 Ｊ 。该 方 法 在 甚 低
１ ＾ ＾
÷［ （ ｉ ， ）＋ （ ｉ √ ＋１ ）＋ （ ｉ＋１ ， ）＋
Ｌ Ｕ （ ｉ ＋ １ ， Ｊ ＋ １ ） ］ Ｉ （ ２ ｉ ， ２ ｊ ）～￣ － ［ Ｉ （ ２ ｉ 一１ ，
一
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１
１ ）＋， （ ２ 一１ ， ２ ｊ＋１ ）＋， （ ２ ＋１ ， ２ ｊ一１ ）＋