[信息与通信]JPEG 2000图像压缩与编码研究.ppt

JPEG 2000图像压缩与编码研究及无线传感器网络节点设计 学 院: 电气工程学院 题 目: JPEG 2000图像压缩与编码研究及无 线传感器网络节点设计 起 始 时 间: 2007年10月8日～2008年6月10日 学 生 姓 名: 何 亮 专 业 班 级: 通信工程041班 指 导 老 师: 宁 志 刚 第一章 绪论 1.1图像压缩概述 图像数据的压缩就是在维持可接受的保真度的条件下，以尽可能最小的数码量(bit数)表示原始图像。在计算机网络和信息高速公路等的产生和发展中，图像压缩技术的研究和开发一直是信息技术领域中最为活跃的研究方向。 图像编码的过程可以概括为变换、量化、熵编码三个步骤。即原始图像经映射变换后得到变换系数，如果不考虑计算机的有限字长效应，则变换对于图像信息是无损的。变换系数经过量化，输出量化后的数据，但是由于量化操作是不可逆的，因此会导致信息的损失，实际上如果不考虑信道噪声的影响，则所有的信息损失均发生在量化操作。量化得到的数据经过熵编码器后得到更为紧凑的码流，从而得到压缩的图像数据，图像的解码过程与编码过程相似，只是执行相反的操作即可，如图 1.2图像压缩的必要性和可能性 图像作为信息的载体具有数据量非常大的缺点。例如，一幅大小为512×512×24bit/pixel的彩色图像，数据量约为6×106bit，存储它就需要6×106bit大小的空问;而在传输时，如果利用的是9600(bit/s)的调制解调器，它的传输时间大约占用11分钟，给图像的存储和传送带来巨大的资源浪费。通常情况下，图像的记录和传播首先需要进行数据压缩处理。压缩的目的就在于减少数据存储空间、提高传输速率和节约费用。 在信息论中，图像压缩又称为信源的有效性编码问题，即通过删除冗余的或者是不需要的信息来达到这个目的。冗余数据的消除或减少便成为图像数据压缩的理论基础和依据。图像数据的冗余是指数据间存在的大量相关性，包括时间和空间的相关性。 1.4图像压缩技术的应用前景 图像编码一系列国际建议的提出标志着图像编码技术己经成熟，开始由学术研究走向产业化，前景十分诱人。早在1991年就有人预言，图像编码技术的突破具有十分巨大的意义。其意义之大已大到可以促使现有信息产业的结构发生巨变的程度，它使通信、广播、计算机产业的界限变得模糊了。制定新的国际建议MPEG-4的目标和功能要求时，一开始就指出原来的广播电视，计算机，电话三者分立的局面正在改观，而MPEG-4面临的将是视听信息进入计算机和电话这两个“世界”的新环境。现在的情况己不是简单地满足某些用户的图像压缩的要求，而是正在以图像编码为核心技术之一大规模地积极开拓新的产品和应用领域，如以下各方面的应用。 (l)数字电视 2)会议电视和可视电话 (3)数字高清晰度电视(HDTV) (4)点播电视(VOD) (5) 电子出版物 (6)各种图像信息系统，如指纹库、遥感图像数据库等  第二章 图像压缩原理 2.1图像压缩的信息论基础 经典的图像压缩编码算法是通过减少或者是删除信源中所存在冗余信息量而实现压缩目的，其理论研究开始于香农的信息论。1948年香农的经典论文《通信的数学原理》中首次提到了信息率一失真函数概念，1959年又进一步确立了率失真理论，从而奠定了信源编码的理论基础。从此理论出发不难得到数据压缩的两种基本途径:其一，设法改变信源的概率分布，使其尽可能地非均匀，再用最佳编码方法使平均码长逼近信源熵;其二，联合信源的冗余度也赋于信源间的相关性之中。去除它们之间的相关性，使之成为或差不多成为不相关信源。 2.2图像质量的评价标准 在实际图像通信过程中，包括了编码、解码、传输等许多环节，其性能的优劣对最终在接收端恢复的图像质量都有很大影响。人们一方面希望接收恢复图像有足够高的图像观赏质量，同时又希望传输码率尽量低。因此，对图像质量纳评价是一个不可忽视的问题，尤其对图像编码具有指导意义。图像质量的含义包括两个方面:一个是图像的逼真度，即被评价图像与原标准图像的偏离程度;另一个是图像的可懂度，它是指由图像能向人或机器提供信息的能力。由于目前对人的视觉系统的性质的理解还很有限，还不能对图像的逼真度和可视度作定量描述，所以在图像质量的测度方法上，仍要分为主观评价方法和客观评价方法。 2.2.1图像的主观评价方法 图像的主观评价就是以人作为图像的观察者，按照一定规则并根据自己的