图像压缩在现代多媒体通信中具有核心地位.doc

图像压缩在现代多媒体通信中具有核心地位，并且压缩的图像可证明为代表当今因特网通信量中的主导资源。在众多的图像压缩方法中，JPEG图像压缩标准已经应用于广泛的领域中，包括因特网、数码相机、打印机和扫描设备等。 JPEG（Joint Photographic Expert Group:联合影像专家小组）标准是一种用于彩色静止图象压缩的国际标准编码方式。 1、JPEG的目的 JPEG的目的在于提供一种应用面广、通用性强的彩色静止图象的标准编码方式。JPEG算法应考虑到实际应用中的诸项要求。 ⑴ 顺序显示于累进显示 以静止图象传递为主要目的的图象通信可分为两种不同的类型。一种是用于传递记录在纸上的静止图形，称为硬拷贝通信,其代表是电传真；一种是用于传递呈现在显示屏幕上的静止图象，称为软拷贝通信，其代表是图象检索服务系统、远距离通信会议系统。图象检索服务系统设置有一个图象库，可从图象库中检出所需的图象提供给用户，检出的图象通常呈现在显示屏幕上。远距离通信会议系统是一种利用通信线路同时传送图象和声音的通信系统。 硬拷贝通信传递的图象是从上到逐次扫描进行呈现的称为顺序方式。这种通信由于采用了顺序方式，所需存储容量较小，是一种较好的通信方式。 用于图象检索的软拷贝不宜采用这种顺序方式。由于顺序方式是自上而下的徐徐呈现，用户要看清一帧图象需等待它呈现完毕，这需要等待较长的时间，不利于图象检索服务，为此可采用累积方式。 累积方式是这样呈现图象的：首先呈现图象的大致轮廓，便于拥护大致了解图象的内容，决定是否检索。若需要，随后逐次地提高图象的质量，直到呈现出一帧清晰的图象；当呈现图象的大致轮廓时，用户决定不需要，则转向呈现下一帧图象。这种显示方式可为用户的检索带来很大方便，并大大提高检索速度。 JPEG算法不仅应提供顺序方式，还应提供累进方式。 ⑵ 保真度的选择 图象压缩不可避免的带来图象的失真，为了得到较好的图象压缩效果，往往会带来较大的图象失真。JPEG算法应提供用户对图象保真度的选择。 ⑶ 可逆编码 考虑到JPEG算法的广泛应用，它不仅要提供不可逆编码，还应为用户提供可逆编码。 ⑷ 高效编码 JPEG算法应是一种高效的编码方式。这种编码方式具有通信价格便宜、存储量开销小的特点，并可得到较好的图象质量。 2、JPEG的标准 JPEG标准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。它包括基于DPCM（差分脉冲编码调制）、DCT（离散余弦变换）和Huffman编码的有损压缩算法两个部分。前者不会产生失真，但压缩此很小；后一种算法进行图像压缩是信息虽有损失但压缩比可以很大，例如压缩20倍左右时，人眼基本上看不出失真。JPEG标准实际上有三个范畴： 1）基本顺序过程（Baseline Sequential processes） 实现有损图像压缩，重建图像质量达到人眼难以观察出来的要求。采用的是8x8像素自适应DCT算法、量化及Huffman型的墒编码器。 2）基于DCT的扩展过程（Extended DCT Based Process）使用累进工作方式，采用自适应算术编码过程。 3）无失真过程（Losslesss Process）采用预测编码及Huffman编码（或算术编码），可保证重建图像数据与原始图像数据完全相同。 其中的基本顺序过程是JPEG最基本的压缩过程:符合JPEG标准的硬软件编码/解码器都必须支持和实现这个过程。另两个过程是可选扩展，对一些特定的应用项目有很大实用价值。 4、基本系统的处理算法 基本JPEG算法操作可分成以下三个步骤：通过离散余弦变换（DCT）去除数据冗余；使用量化表对以DCT系数进行量化，量化表是根据人类视觉系统和压缩图像类型的特点进行优化的量化系数矩阵；对量化后的DCT系数进行编码使其熵达到最小，熵编码采用Huffman可变字长编码。 2）离散余弦变换：JPEG采用8x8子块的二维离散余弦变换算法。在编码器的输入端，把原始图像（对彩色图像是每个颜色成分）顺序地分割成一系列8x8的子块。在8x8图像块中，像素值一般变化较平缓，因此具有较低的空间频率。实施三维8x8离散余弦变换可以将图像块的能量集中在极少数儿个系数上，其它系数的值与这些系数相比，绝对值要小得多。与Fourier变换类似，对于高度相关的图像数据进行这样变换的效果使能量高度集中，便于后续的压缩处理。 3）量化：为了达到压缩数据的目的，对DCT系数需作量化处理。量化的作用是在保持一定质量前提下，丢弃图像中对视觉效果影响不入的信息。量化是多对一映射，是造成DCT编码信息损失的根源。JPEG标准中采用线性均匀量化器，量化过程为对64个DCT系数除以量化步长并四舍五入取整，量化步长由量化