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數(shù)字圖像壓縮技術(shù)
（作者未知） 2010/4/1
數(shù)字圖像壓縮技術(shù)
摘 要
靜態(tài)數(shù)字圖像處理是當前信息技術(shù)（尤其是多媒體技術(shù)）的一個重要組成部分，隨著多媒體應用的不斷增長，對多媒體應用技術(shù)上的要求也在不斷提升。在許多領(lǐng)域，例如Internet、彩色傳真、打印、掃描、數(shù)字照片、遙感、移動應用、醫(yī)學圖像、數(shù)字圖書館、電子商務(wù)等，對于靜態(tài)圖像的要求越來越高，靜態(tài)數(shù)字圖像壓縮在需要實現(xiàn)新的功能的同時，需要較高的性能。數(shù)字圖像壓縮技術(shù)對于數(shù)字圖像信息在網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)快速傳輸和實時處理具有重要的意義。本文對當前最為廣泛使用的圖像壓縮算法進行綜述，討論了它們的優(yōu)缺點以及發(fā)展前景。
關(guān)鍵詞：數(shù)字圖像處理，圖像壓縮，JPEG，JPEG2000，小波變換
1 引言
隨著多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的迅猛發(fā)展，現(xiàn)有的JPEG圖像壓縮標準己經(jīng)不能完全滿足用戶的需求。人們迫切需要一種壓縮效果更加優(yōu)越，支持更多圖像格式，并能夠提供更多新特性的新的靜態(tài)圖像壓縮格式。聯(lián)合圖像專家組(JPEG)為了更好地滿足人們在圖像壓縮領(lǐng)域的各種應用需求，于2000年12月推出了新一代的靜態(tài)圖像壓縮標準—JPEG2000 (IS015444)。JPEG2000基于離散小波變換，它不僅在壓縮性能方面明顯優(yōu)于J1)EG，還具有很多J1)EG無法提供或無法有效提供的新功能，比如，同時支持有損和無損壓縮、大幅圖像的壓縮、漸進傳輸、感興趣區(qū)編碼、良好的魯棒性、碼流隨機訪問等。JPEG2000的所有這些特點，使得它的應用領(lǐng)域非常廣泛。
2 JPEG壓縮
負責開發(fā)靜止圖像壓縮標準的“聯(lián)合圖片專家組”(Joint Photographic Expert Group,簡稱JPEG)，于1989年1月形成了基于自適應DCT的JPEG技術(shù)規(guī)范的第一個草案，其后多次修改，至1991年形成ISO10918國際標準草案，并在一年后成為國際標準，簡稱JPEG標準。
2.1 JPEG壓縮原理及特點
JPEG算法中首先對圖像進行分塊處理，一般分成互不重疊的大小的塊，再對每一塊進行二維離散余弦變換（DCT）。變換后的系數(shù)基本不相關(guān)，且系數(shù)矩陣的能量集中在低頻區(qū)，根據(jù)量化表進行量化，量化的結(jié)果保留了低頻部分的系數(shù)，去掉了高頻部分的系數(shù)。量化后的系數(shù)按掃描重新組織，然后進行哈夫曼編碼。JPEG的特點如下：
優(yōu)點：（1）形成了國際標準；
（2）具有中端和高端比特率上的良好圖像質(zhì)量。
缺點：（1）由于對圖像進行分塊，在高壓縮比時產(chǎn)生嚴重的方塊效應；
（2）系數(shù)進行量化，是有損壓縮；
（3）壓縮比不高，小于50。
JPEG壓縮圖像出現(xiàn)方塊效應的原因是：一般情況下圖像信號是高度非平穩(wěn)的，很難用Gauss過程來刻畫，并且圖像中的一些突變結(jié)構(gòu)例如邊緣信息遠比圖像平穩(wěn)性重要，用余弦基作圖像信號的非線性逼近其結(jié)果不是最優(yōu)的。
2.2 JPEG壓縮的研究狀況及其前景
針對JPEG在高壓縮比情況下，產(chǎn)生方塊效應，解壓圖像較差，近年來提出了不少改進方法，最有效的是下面的兩種方法：
（1）DCT零樹編碼
DCT零樹編碼把 DCT塊中的系數(shù)組成log2N個子帶，然后用零樹編碼方案進行編碼。在相同壓縮比的情況下，其PSNR的值比 EZW高。但在高壓縮比的情況下，方塊效應仍是DCT零樹編碼的致命弱點。
（2）層式DCT零樹編碼
此算法對圖像作 的DCT變換，將低頻 塊集中起來，做 反DCT變換；對新得到的圖像做相同變換，如此下去，直到滿足要求為止。然后對層式DCT變換及零樹排列過的系數(shù)進行零樹編碼。
JPEG壓縮的一個最大問題就是在高壓縮比時產(chǎn)生嚴重的方塊效應，因此在今后的研究中，應重點解決 DCT變換產(chǎn)生的方塊效應，同時考慮與人眼視覺特性相結(jié)合進行壓縮。
3 JPEG2000壓縮
JPEG2000是由ISO/IEC JTCISC29標準化小組負責制定的全新靜止圖像壓縮標準。一個最大改進是它采用小波變換代替了余弦變換。2000年3月的東京會議，確定了彩色靜態(tài)圖像的新一代編碼方式—JPEG2000圖像壓縮標準的編碼算法。
3.1 JEPG2000的壓縮過程及原理
JPEG2000的編解碼系統(tǒng)框圖如圖3.1所示。JPEG2000圖像編碼系統(tǒng)基于DavidTaubman提出的EBCOT算法，使用小波變換，采用兩層編碼策略，對壓縮位流分層組織，不僅獲得較好的壓縮效率，而且壓縮碼流具有較大的靈活性。
圖3.1 JPEG2000基本框架
1、Dc電平位移（未完，下一頁）
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