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第八章 JPEG2000压缩标准简介 8.1 JPEG2000 简介 JPEG 2000是ISO与CCITT/ITU共同成立的联合图像专家组（JPEG），于2000年底开始推出的一种基于小波变换的静态图像压缩标准(ISO/IEC 15444-1~12，ITU T.800~808)。 统一了2值图像编码标准JBIG、无损压缩编码标准JPEG-LS以及原来的JPEG编码标准， 支持更多的颜色分量和更大的颜色深度，具有多分辨率表示和渐进传输功能， 同时支持有损和无损压缩，比JPEG标准的压缩率更高、性能更优秀。 8.1.1 JPEG2000 的目标 J PEG2000 是新的图像压缩标准, 其目标是： 在一个统一的集成系统中, 允许使用不同的图像模型(如客户/ 服务器、实时传输、图像库驱动、有限缓冲和带宽资源等) 对具有不同特征(如自然图像、医疗图像、遥感图像等) 的不同类型(如二值、灰度、彩色或者多分量图像) 的静止图像进行压缩 在低比特率的情况下,获得比目前标准更好的率失真性能和主观图像质量。 (1) 良好的低比特率压缩性能 这是J PEG2000 最主要的特征。目前的J PEG标准, 对于细节分量多的灰度图像, 当编码压缩率低于每像素0. 25bit 时,视觉失真大。为了克服这一点,要求J PEG2000 在低比特率下, 具有良好的率失真性能, 以适应网络、移动通信等有限带宽的应用需要。 (2) 连续色调和二值图像压缩 目前的J PEG标准对于自然图像具有较好的压缩性能, 但是当用于计算机图形和二值文本的压缩时, 性能变差, 不适用于复合文本压缩。为了改进这一点,J PEG2000 在同一系统中采用相似的方法, 能够对自然图像、复合文本、医学图像、计算机图形等具有不同特征、不同类型的图像进行压缩。 (3) 有损和无损压缩: 对于目前的J PEG标准, 在同一个压缩码流中不能同时提供有损和无损两种压缩,而在J PEG2000 系统中, 通过选择参数, 能够对图像进行有损和无损两种压缩, 可满足图像质量要求很高的医学图像、图像库等方面的处理需要。 (4) 按照像素精度或者分辨率进行累进式传输: 累进式图像传输允许图像按照所需的分辨率或象素精度进行重构, 用户根据需要,对图像传输进行控制,在获得所需的图像分辨率或质量要求后,便可终止解码,而不必接收整个图像压缩码流。 (5) 随机获取和处理码流: 由于J PEG2000 采用小波技术,利用其局部分辨特性,在不解压的情况下,可随机获取某些感兴趣的图像区域(ROI) 的压缩码流, 对压缩的图像数据进行传输、滤波等操作。 (6) 强的抗误码特性: 在无线通信信道上, 噪声干扰大, 这就希望压缩码流具有较强的容错性能。J PEG2000 系统通过设计适当的码流格式和相应的编码措施, 来减小因解码失败造成的损失。 (7) 固定速率、固定大小、有限的存储空间: 由于处理的图像越来越大, 这为硬件实现以及带宽资源和存储空间有限的应用提出了问题。JPEG2000 使用分块技术,对每个小块进行处理,来解决这类问题。 除了上述主要特点外, J PEG2000 还采用开放式结构, 并对图像安全保护、图像交换等方面做了考虑。 J PEG2000 具有的多种特点使得它具有广泛的应用前景, 目前, 许多著名的图形图像公司如Corel 、Pegasus 等都开始在新开发的图像工具软件中集成J PEG2000 图像压缩技术, Microsoft 、Netscape 等浏览器领域的公司也开始将J PEG2000 新技术集成到下一个版本的浏览器中。JPEG2000 将在21 世纪图像压缩领域发挥重要作用。 8.1.2 JPEG 2000标准的组织结构 JPEG2000 标准可分为7大部分: PART 1 ,J PEG2000 图像编码系统, 是JPEG2000 标准的核心系统; PART 2 ,扩展系统,在核心系统上,添加了一些功能; PART 3 ,运动JPEG2000 ,针对运动图像提出的解决方案; PART 4 ,兼容性; PART 5 ,参考软件; PART 6 ,复合图像文件格式,主要针对印刷和传真应用。 PART 7 , 技术报告, 介绍实现PART1 所需的最小支持环境。 8.2 JPEG 2000的核心编码系统 JPEG2000 图像编码系统基于David Taubman 提出的EBCOT( Embedded Block Coding with Optimized Truncation) 算法使用小波变换, 采用两层编码策略, 对压缩位流分层组织。 首先对源图像进行离散小波变换,根据变换后的小波系数特点进行量化。 将量化后的小波系数划分成小的