3.3.2 JPEG2000标准.pptVIP

3.3.2 JPEG2000标准 1、JPEG2000简介 它采用小波变换作为其核心算法。JPEG200致力于建立一个能够适用不同工作模式（客户/服务器、实时传输、电子图书馆等）下对各种不同特征（如自然图像、科学图像、医学图像、遥感图像、文本等）、不同类型（单色图、灰度图、真彩色）的静止图像进行压缩的统一标准。在低比特率情况下，获得比以前标准更好的率失真性和主观图像质量。 与JPEG相比，JPEG200具有以下优点： 1）改进的压缩性能和更高的图像质量。 2）多分辨率支持和可嵌入的码流，可实现渐进传输。 3）感兴趣区域编码。 4）码流的随机访问与处理。 5）良好的容错性和开放的体系结构。 JPEG2000系统包括图像编码系统、扩充、运动JPEG2000、一致性、参考软件、复合图像文件格式和对图像编码系统的支持七个部分，下面主要介绍图像编码系统，对其他部分有兴趣的读者可以参考标准文档 2、系统框架 JPEG2000图像编码系统框架如图所示。 1) 对原始图像进行预处理，主要是DC位移。 2) 对图像进行正向分量变换，把图像分解成分量图像，例如，把彩色图像分解成亮度色度分量，此过程可选。 3) 把图像（或分量图像）分解成大小相等的矩形块，称之为图像片（tile），图像片是JPEG2000系统的基本操作单元。对每个图像片进行离散小波变换。 4）根据变换后的小波系数特点进行量化。 5）把量化后的系数划分成系数块－称为码块（Code-block）,对每个码块进行独立的嵌入式编码。 3、DC位移、分量变换和分片 1）如果输出图像以无符号数表示，则在进行小波变换前，对数据进行DC电平位移，即所有样值减去2P-1，其中p是样值所用二进制位数。 2) JPEG2000系统中提供两种分量变换 3) 分片 把图像分成图像片可以减少对内存的要求，而且由于块被独立处理，所以在重建图像时，它们也可以被用于重构图像的某一部分而不是整体。 同时，图像分片也提供了一定的图像内容的随机存取能力，有利于抽取感兴趣的图像区域。但是，分片会使图像质量下降，图像片越小，质量下降越多，一般每个图像片为128×128样点或256×256样点。 4、小波变换和量化 1）小波变换（略） 2）量化 采用标量量化 ①对无损编码：所有的量化步长为1 ②对有损编码：每个图像片分解后的每个子带采用一个量化步长，各个子带步长一般不同。 5、熵编码 量化后的每个小波子带数据被分为规则而互不重叠的矩形块，称之为码块（code block）。以码块为单元进行嵌入式编码 熵编码采用的是简化的EBCOT（Embedded Block Coding with Optimized Truncation ） 算法 。 Embedded是指EBCOT支持嵌入式编码，这种编码使得解码器能根据目标码率或失真度的要求在任意时刻均可停止解码，并且得到截取处对应码率的恢复图像； Block是指EBCOT中图像被分成小块，块是独立进行压缩编码的主体。在编码过程中，无需考虑块之间的相关性 Optimized Truncation包含两层意思： （1）EBCOT提供更多的截取点，使解码的预定停止时刻有更多的选择； （2）EBCOT提供了对这些截取点进行优化的过程，从而使解码器在这些点停止所取得的结果一定是当前空间限制下图像最好质量的再现。 EBCOT算法分为分块编码（BLOCK CODING)和分层装配（LAYER FORMATION)两个步骤。 1)块编码 编码器采用位平面编码技术，将码块分成各个位平面后，按照从高位平面到低位平面的顺序，对每个位平面按照图3－32所示的顺序，进行扫描编码。 下面先介绍两个术语定义 重要系数与非重要系数：如果某一个系数在当前位平面中为1，则称该系数在当前位平面以及更低的位平面中为重要系数；否则为非重要系数。 上下文：一个系数X的上下文是由它周围的8个系数的重要性状态所构成的一个二进制矢量，如图3－33所示。如果这8个系数均为不重要的，则上下文为零；否则不为零。 根据当前编码位系数和其上下文对扫描所得的位平面系数进行分类，选择三个不同的编码通道之一进行编码。 ①重要传播通道，对具有非零上下文的非重要系数进行编码。 ②幅度细化通道，对重要系数进行编码。 ③清除通道，对所有其他系数进行编码。 具体的编码过程请参阅JPEG2000标准。 2）分层装配 把每一码块的编码数据分成L层，所有码块的第k层数据组成了整个第k层码流