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JPEG2000圖像編碼系統(tǒng)理論與應(yīng)用
（作者未知） 2010/4/1
JPEG2000圖像編碼系統(tǒng)理論與應(yīng)用
摘 要
JPEG2000是新一代靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)，它提供了一個(gè)新的框架和一個(gè)綜合性的工具箱，以便于更好地解決人們對(duì)數(shù)據(jù)壓縮的要求。它提供了廣泛的功能，如無(wú)損和有損編碼，嵌入式損耗到無(wú)損編碼，分辨率和質(zhì)量的可擴(kuò)展性，高質(zhì)量，高壓縮效率，錯(cuò)誤恢復(fù)能力和感興趣區(qū)域（ROI）的編碼。結(jié)果表明，JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)確實(shí)優(yōu)于建立圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)。總體而言，JPEG2000的標(biāo)準(zhǔn)提供了豐富的功能，一個(gè)非常有效的方式和范圍內(nèi)統(tǒng)一的算法。由于技術(shù)的迅猛發(fā)展，它的價(jià)格有時(shí)帶來(lái)不少壓力，但這不應(yīng)視為弊端。
一. 引言
國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)JPEG2000是代表圖像壓縮技術(shù)在圖像編碼系統(tǒng)的優(yōu)化，不僅提高效率，而且在網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)環(huán)境的可擴(kuò)展性和互操作性的發(fā)展。數(shù)字圖像已經(jīng)成為互聯(lián)網(wǎng)不可分割的一部分，JPEG2000也是一個(gè)能提供設(shè)計(jì)和網(wǎng)絡(luò)圖像應(yīng)用的強(qiáng)大新工具。
隨著多媒體和互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用對(duì)圖像編碼技術(shù)的需求不斷增長(zhǎng)和發(fā)展，自1997年3月起，需要發(fā)展一個(gè)新的靜態(tài)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)。JPEG2000是JPEG工作組制定的最新的靜止圖像壓縮編碼的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為ISO/IEC 15444（ITU-T T.800），并于2000年陸續(xù)公布。第1部分是標(biāo)準(zhǔn)的核心編碼系統(tǒng)，是由有限數(shù)字的編碼算法組成，以便提供最大限度的交流。第2部分是編碼擴(kuò)展，規(guī)定了核心編碼不具備的功能擴(kuò)展。顯然，第2部分將無(wú)法被第1部分的解碼器譯碼。作為一個(gè)例子，第2部分包括DC電平位移，多種分量變化，網(wǎng)格編碼量化，用戶(hù)定義的小波，任意小波分解，一般基本壓縮比例的感興趣區(qū)域編碼和良好的抗誤碼性方案（圖1）。它實(shí)際上是一個(gè)對(duì)各種專(zhuān)門(mén)技術(shù)所應(yīng)用的工具箱。第3部分所定義的運(yùn)動(dòng)JPEG2000（MJ2或MJP2），是根據(jù)第1部分JPEG2000的。MJ2將被用于許多不同的領(lǐng)域，例如一個(gè)單一的編解碼器為靜止圖像和運(yùn)動(dòng)序列（一個(gè)共同特點(diǎn)，數(shù)碼相機(jī)），或在非常高品質(zhì)的動(dòng)態(tài)圖像需要（如醫(yī)療圖像和電影制作），或在視頻中容易出錯(cuò)的環(huán)境（如無(wú)線(xiàn)和互聯(lián)網(wǎng)）等所應(yīng)用。JPEG2000的壓縮圖像序列，同步音頻和數(shù)據(jù)都可以被存儲(chǔ)為MJ2文件格式。運(yùn)動(dòng)JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)也將目標(biāo)瞄準(zhǔn)了與JPEG2000的文件格式（JP2）和MPEG-4文件格式（MP4）的互操作性。一個(gè)新的專(zhuān)案小組成立于2002年10月以促進(jìn)JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)在醫(yī)療界上的應(yīng)用（運(yùn)動(dòng)JPEG2000的醫(yī)學(xué)影像）。第4部分標(biāo)準(zhǔn)定義了一致性測(cè)試。第5部分定義了參考軟件（高質(zhì)量的免費(fèi)軟件）。提供了實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的兩個(gè)軟件，也就是JPEG2000在Java軟件和JasPer軟件在C語(yǔ)言上的使用。Kakadu軟件也是可以的。第六部分規(guī)定了混合圖像文件格式。第7部分，原打算規(guī)定一個(gè)具有支持最低限度功能的（第一部分）技術(shù)報(bào)告，但已被撤銷(xiāo)。第8部分涉及安全問(wèn)題，如認(rèn)證、數(shù)據(jù)完整性、保護(hù)版權(quán)和知識(shí)產(chǎn)權(quán)、隱私權(quán)和有條件的訪(fǎng)問(wèn)。第9部分定義了互動(dòng)工具，應(yīng)用程序接口和協(xié)議為JPEG2000圖像以一個(gè)客戶(hù)端/服務(wù)器環(huán)境的方式傳輸。第10部分，限定了JPEG2000的算法（對(duì)三維圖像壓縮和浮點(diǎn)數(shù)據(jù)）。第11部分，定義了一個(gè)壓縮的圖像傳輸在無(wú)線(xiàn)環(huán)境中的文件格式，如移動(dòng)電話(huà)，無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)和無(wú)線(xiàn)電臺(tái)。第12部分，定義了MPEG-4和運(yùn)動(dòng)JPEG2000的共同文件格式。第13部分，確定一個(gè)規(guī)范性的入門(mén)級(jí)JPEG2000編碼器，以提供一個(gè)或多個(gè)可選的完整編碼路徑，從而能使用各種功能中所規(guī)定的JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)。
現(xiàn)在JPEG2000是比JPEG格式更為復(fù)雜，它依賴(lài)于離散小波變換（DWT）和編碼在大塊小波系數(shù)上，所以比JPEG算法成本更高。嵌入式熵編碼算法是遠(yuǎn)離瑣碎執(zhí)行的代碼流解析規(guī)則涉及大量復(fù)雜的概念。JPEG2000最苛刻的部分是DWT和熵編碼。許多架構(gòu)無(wú)論是硬件和軟件，迄今為止都是提出了為減少計(jì)算和內(nèi)存要求。嚴(yán)格的架構(gòu)JPE2000以編碼效率預(yù)計(jì)，這是遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他編碼方法或標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)支持無(wú)損和有損。
二． JPEG2000壓縮架構(gòu)
圖1顯示，圖像如何通過(guò)不同階段的JPEG2000編碼過(guò)程而轉(zhuǎn)變。值得一提的是，與許多編碼方法不同，JPEG2000壓縮可以是有損也可以是無(wú)損。JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)還允許圖像分片�！胺制敝傅氖前言紙D像（源）分割成相互不重疊的、壓縮獨(dú)立的矩形塊（片），好像它們是完全不同的圖像似的。圖像片允許任意大小的分片，但包括整個(gè)圖像（即沒(méi)有圖像片）。它降低了儲(chǔ)存空間的要求，是有效提取某部分圖像的方法之一。
A.小波變換
通過(guò)對(duì)圖像片進(jìn)行離散小波變換，得到小波系數(shù)圖像。分解級(jí)數(shù)是通過(guò)兩個(gè)方向的空間頻率關(guān)系到下一個(gè)分解級(jí)數(shù)。第1部分（未完，下一頁(yè)）
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