JPEG2000图像压缩标准研究
作者孙大江20092420128 (算法)
邵军立20092420126 (程序)
潘亚辉20092420124 (仿真)
组长邵军立
摘要
JPEG 2000 正式名称为:ISO 15444，是由JPEG 组织负责制定。该标准是由联合摄影专家组于1997 年开始征集提案，把它作为JPEG 标准的一个更新换代标准。它的目标是进一步改进目前压缩算法的性能，以适应低带宽、高噪声的环境，以及医疗图像、电子图书馆、传真、Internet 网上服务和保安等方面的应用。
本文详细、全面的深入研究了JPEG2000 图像压缩标准；系统研究了JPEG2000压缩标准构成的理论基础；按模块分析了的JPEG2000 整个的编码、解码系统；最后选择图像进行了matlab仿真,效果良好.
关键词：图像压缩，JPEG2000，小波变换
Abstract
The Official name of JPEG2000 is ISO 15444.it is developed by the organization of JPEG. The Joint Photographic Expert Group began collecting sponsors from 1997.They want to make it as a replacement standards of the JPEG standard and its goal is to further improve the performance of the current compression algorithm so that it can adapt to the application of low-bandwidth, high noise environment, and medical images, electronic library, fax, Internet and other online services and security aspects.
This article studyed the JPEG2000 coding standard comprehensively; studyed the based theory of the JPEG2000 compression standards constitute; analysis the entire JPEG2000 encoding and decoding system by the modules.finally,the simulation
of the pictures got perfect result.
Key Words: Image compression,JPEG2000, wavelet transform
一.引言
近年来,随着人们对图像压缩处理的要求越来越高,旧的图像处理标准(如JPEG)已经难以适应最新的形势,在这种背景下JPEG2000作为一个新的标准,以其对静止图像更优秀的压缩性能,和处理图像过程中更大的灵活性和伸缩性,在各种具体情况中得到了越来越多的应用.本文主要介绍了JPEG2000图像压缩标准的主要压缩算法及其编程实现,并给出了具体实例加以说明,
二.JPEG2000标准概述
JPEG2000 与传统JPEG 最大的不同，在于它放弃了JPEG 所采用的以离散余
弦变换(Discrete Cosine Transform) 为主的区块编码方式，而采用以小波转换(Wavelet Transform) 为主的多解析编码方式。离散子波变换算法是现代谱分析工具，在包括压缩在内的图像处理与图像分析领域正得到越来越广泛的应用。此外JPEG2000 还将彩色静态画面采用的JPEG 编码方式与2 值图像采用的JBIG 编
码方式统一起来，成为对应各种图像的通用编码方式。简单原理如下图所示
JPEG200 标准提供了一套新的特征，这些特征对于一些新产品（如数码相机）和应用（如互联网）是非常重要的。它把JPEG 的四种模式（顺序模式、渐进模
式、无损模式和分层模式）集成在一个标准之中。在编码端以最大的压缩质量（包括无失真压缩）和最大的图像分辨率压缩图像，在解码端可以从码流中以任意的图像质量和分辨率解压图像，最大可达到编码时的图像质量和分辨率。JPEG2000 应用的领域包括互联网、彩色传真、打印、扫描、数字摄像、遥感、移动通信、医疗图像和电子商务等等。标准提供了一套全新的特征，它的最主要的特征包括: 1.高压缩率：由于在离散子波变换算法中，图像可以转换成一系列可更加有
效存储像素模块的“子波”，因此，JPEG2000 格式的图片压缩比可在现在的JPEG 基础上再提高10％～30％，而且压缩后的图像显得更加细腻平滑，这一特征在互联网和遥感等图像传输领域有着广泛的应用。
2.无损压缩和有损压缩：JPEG2000 提供无损和有损两种压缩方式，无损压
缩在许多领域是必须的，例如医学图像中有时有损压缩是不能忍受的，再如图像档案中为了保存重要的信息较高的图像质量是必然的要求。同时JPEG2000 提供
的是嵌入式码流，允许从有损到无损的渐进解压。
3.渐进传输：现在网络上的JPEG 图像下载时是按“块”传输的，因此只能
一行一行地显示，而采用JPEG2000 格式的图像支持渐进传输(Progressive Transmission)。所谓的渐进传输就是先传输图像轮廓数据，然后再逐步传输其
他数据来不断提高图像质量。互联网、打印机和图像文档是这一特性的主要应用场合。
4.感兴趣区域压缩：可以指定图片上感兴趣区域（Region of Interest），
然后在压缩时对这些区域指定压缩质量，或在恢复时指定某些区域的解压缩要求。这是因为子波在空间和频率域上具有局域性，要完全恢复图像中的某个局部，并不需要所有编码都被精确保留，只要对应它的一部分编码没有误差就可以了。
5.码流的随机访问和处理：这一特征允许用户在图像中随机地定义感兴趣区
域，使得这一区域的的图像质量高于其它图像区域.码流的随机处理允许用户进行旋转、移动、滤波和特征提取等操作。
6.容错性：在码流中提供容错性有时是必要的，例如在无线等传输误码很高
的通信信道中传输图像时，没有容错性是让人不能接受的。
7.开放的框架结构：为了在不同的图像类型和应用领域优化编码系统，提供
一个开放的框架结构在是必须的，在这种开放的结构中编码器只实现核心的工具算法和码流的解析，如果需要解码器可以要求数据源发送未知的工具算法。
8.基于内容的描述：图像文档、图像索引和搜索在图像处理中是一个重要的
领域，MPEG-7 就是支持用户对其感兴趣的各种“资料”进行快速、有效的检索
的一个国际标准。基于内容的描述在JPEG2000 中是压缩系统的特性之一。
这些优秀的特征，使得JPEG2000 成为新世纪的静止图像压缩标准。
三.JPEG2000的编码过程及算法
1.编码过程
JPEG2000 编码器的结构框图如图上部分所示，首先对源图像数据进行离
散小波变换，然后对变换后的小波系数进行量化，接着对量化后的数据熵编码，最后形成输出码流。解码器是编码器的逆过程，如图下部分所示，首先对码
流进行熵解码，然后解量化和小波反变换，最后生成重建图像数据。
JPEG2000 的处理对象不是整幅图像，而是把图像分成若干图像片（image tiles），
对每一个图像片进行独立的编解码操作。术语“图像片”（tiling）是指原始图像被分成互不重叠的矩形块，对每一个图像片进行独立的编解码处理。在对每个图像片进行小波变换之前，通过减去一个相同的数量值对所有的图像片进行水平移位，如下图所示。
编码器的最后使用了算术编码器，在JPEG2000 中使用的是MQ 编码器，MQ
编码器在本质上与JPEG 中的QM 编码器很相似。
整个JPEG2000 的编码过程可概括如下：
1.把原图像分解成各个成分（亮度信号和色度信号）。
2.把图像和它的各个成分分解成矩形图像片。图像片是原始图像和重建图
像的基本处理单元。
3.对每个图像片实施小波变换。
4.对分解后的小波系数进行量化并组成矩形的编码块（code-block）。
5.对在编码块中的系数“位平面”熵编码。
6.为使码流具有容错性，在码流中添加相应的标识符（Maker）。
7.可选的文件格式用来描述图像和它的各个成分的意义。
2.JPEG2000的算法
(1).小波变换和离散小波变换
定义
设函数
满足条件
(1)
其中ψ(ω)^是ψ(t )的傅立叶变换,则称ψ(t )为基本小波或母小波.上式*(1)称为“允许条件”，可以看出，能用作基本小波的函数ψ(t )必须满足
否则Cψ会在ω=0处趋于无穷大。与允许条件相应的时域要求是：
(2)
由式(2)可知基本小波必须是振荡的且平均值为0。原则上讲，满足允许条件的函数ψ(t )便可用作基本小波，不过往往要求更高些，即ψ(t )还要满足“正规条件”，以保证ψ(ω)^在频域上表现出较好的局域性能。为达到此目的，要求ψ(t )的前n 阶原点矩为零，且n 的值越大越好，即：
(3)
式(3)即“正规条件”。之所以要求n 越大越好，是因为要尽可能地消除 f (t )的多
项式中(p ≤n)项在小波变换中的作用，以便突出信号的高阶起伏和高阶导数中可能存
在的奇点，即让小波变换能充分反映信号的高阶(细节)变化。引入尺度因子α(α
≠0)和平移因子b,将基本小波进行伸缩和平移，得到函数族：
称为分析小波。那么对于函数f (t ) ∈L ( R)，其小波变换定义如下:
由于a,b 是连续变量，故成为连续小波变换(continue wavelet transform,CWT)。
但是,在实际应用中，尤其是在计算机上实现时，连续小波必须加以离散化。在连续小波
中，若对a取离散值，,j 为倍频程次数，进一步取 b 为 a 的倍数，
为方便起见，设a > 1，则所对应的离散小波函数可写为：
而离散小波变换系数则可表示为：
其重构公式为：
其中，C 是一个与信号无关的常数。在实际应用中，常设a = 2、b = 1，由此得到的小波变换称为二进小波
(2).小波提升算法
提升算法(Lifting Scheme)的概念首先是由Wim Sweldens 提出来的，是一种更快更有效的小波变换方法，它不依赖傅立叶变换，可以在空间域直接计算小波系
数提升算法主要有两方面的应用。首先，它可以用来实现已经存在的小波。Daubechies和Sweldens 已经证明
，任何离散小波变换或者具有有限长滤波器的双通道子带滤波都可以分解成为一系列的提升步骤，所有能够用Mallat 算法实现的小波换，都可以用提升算法来实现。因此，从这个层面来讲，提升算法只是一种新的实现小波变换的方法信号在小波变换后的性质只取决于所使用的小波，而与提升算法本身无关。其次，提升算法能够构造新的小波。虽然，某个具体的设计可能会使提升算法等同于某个第一代小波变换，但从本质而言，提升算法这一层次的运用属于第二代小波变换的范畴。由于提升算法不依赖于傅立叶变换，不需要伸缩和平移就可以构造小波，因此这样的小波称为第二代小波。与第一代小波相比，提升算法具有如下优点：第一，可以更快速地实现小波变换。
第二，允许完全在空域上计算小波变换。换句话说，就是原始信号的数据可以由小波变换后的数据直接代替而不需要额外的存储器。
第三，传统情况下，不能从小波反变换的形式上直接看出它是小波正变换的逆过程，只有通过傅立叶变换才能证明它的完全重建性质。而提升算法则很直观，只要进行与正变换相反的操作就可立即得到小波的反变换形式。
(3).EBCOT 算法的研究及实现
EBCOT 算法是JPEG2000 标准中的核心算法之一，它能实现对图像的有效压缩，同时产生码流具有分辨率可伸缩性，信噪比可伸缩性，随机访问和处理等非常好的特性。EBCOT 算法与早期的嵌入式算法有相似的地方，都是采用小波变换进行子带采样，然后对小波系数进行量化和编码。与EZW 和SPIHT 算法不同的是，EBCOT 算法并没有使用零树结构而是使用编码块，同时提出了一种称为“压缩后率失真优化”的算法，基于这种思想产生的码流具有完全的嵌入特性。
编码思想
EBCOT 算法的基本思想是将小波变换以后的子带划分为大小固定的码块，对码块系数量化，按照二进制位分层的方法，从高有效位平面开始，依次对每个位平面上的所有小波系数位进行三个通道扫描建模(位平面编码)，生成上下文和0、1 符号对，然后对这些上下文和符号对进行上下文算术编码，形成码块码流，完
成第一阶段编码块编码(tier-1)；最后根据一定参数指标如码率、失真度，按率失真最优原则在每个独立码块码流中截取合适的位流组装成最终的图像压缩码流，完成第二阶段码流组装过程(tier-2)。算法框图如图所示。
第一阶段块编码(tier-1)
位平面编码又称上下文建模(Context Formation)，其作用是对码块进行逐个位平面的扫描，对每个Bit位形成一个上下文标志(Context Label)，然后把这个上下文标志交给后面的算术编码模块进行处理编码框图如下图所示。
JPEG2000 所用的MQ 算术编码器是一种特殊的二进制算术编码器，属于自适应二进制算术编码器。所谓自适应算术编码是指编码系统用来划分区间的当前符号概率估计，是可以根据已经传输和编码的信息串进行调整的。一个自适应二进制算术编码需要使用统计模型，以便用来选择编码区间划分时所用的条件概率估计。MQ 算术编码器概率估计依赖于编码的某些“特征”，故又称为基于上下文的二进制算术编码。其主流程图如下:
第二阶段码流组装(tier-2)
第一阶段块编码得到的仅仅是各个独立码块的码流，为了使解码得到的图像具有不
同的特性，必须对这些码流进行有效的组织。从上面的介绍可以知道以码块为单位的码流是按照块的不同失真度组织的，随着块码流的增加，失真度减少。为了使得全图像在一定码长下的失真度最小，就要从每块中裁剪部分码流组织在一起，这个过程称为打包过程，也就是第二阶段编码。这一过程实现了一定保真度
和分辨率的码率可伸缩性和渐进性。
在JPEG2000 编解码系统中，EBCOT 算法是其重要的组成部分。而EBCOT 算法当中的第一阶段块编码又是整个算法的核心，它占用了大量的编码时间，具体如下表所示。
由表内容可以看出，无论是无损压缩还是有损压缩，EBCOT 算法都占整个编码器耗时的70%以上，而其中的位平面编码时间，更是占到整个编码耗时的50%以上。所以，自从EBCOT 算法提出后，由于第一阶段块编码的运算量比较大、编码速度较慢，针对这种情况的优化研究很有必要。目前很多学者提出了相应的改进方法，比较有代表性的有样点省略法和群列省略法。这里不加以详细论述. 块编码算法改进
在进行位平面编码时虽然每个系数仅在一次通道扫描中编码输出，但是三次通道扫描都需要扫描该系数，而且每次扫描都有可能需要收集上下文信息。例如编码一个32×32比特，深度为N 的码块，由高到低需要编码的位平面N 个，则需要扫描的次数高达32×32×( N×3 2)次，与此同时还需要收集大量的上下文。所以位平面编码的编码时间占整个编码器编码时间50%以上。而上下文形成的特点使三个编码通道中的系数的数量在不同位平面间变化很大。如下图所示，此图为barbara图像(256×256)在位平面编码时三个通道系数编码数量变化示意图。图中通道1表示重要性通道，通道2表示幅度精练通道，通道3表示清除通道。由图可以看出，在最高位平面MSB，所有系数都只在清除通道进行编码。重要性传播通道中编码的系数数量先是增加，然后由于在重要性传播通道中的系数已变为重要的，所以在重要性传播通道中编码的系数数量又逐渐减少。在低位平面(0、1、2)大部分系数在幅度精练通道中编码，只有一少部分在重要通道中编码，
没有系数在清除通道中编码。在整个扫描编码过程中，三次扫描要形成三次上下文并判断其所属编码通道，这样就会使编码时间大幅度增加。
根据对图中的数据分析研究，目前存在两种针对于位平面编码的改进方法。即低位平面清除通道编码省略法和高位平面一次扫描法.这里也不再加以详细讲解.只是给出二者编码框图
低位平面清除通道编码省略法编码框图
高位平面一次扫描法编码框图
四.程序
1.以下程序保存为.m文件到matlab安装文件中的work文件夹中，供主程序运行时调用。
①imratio
function cr = imratio(f1, f2)
error(nargchk(2, 2, nargin)); % Check input arguments
cr = bytes(f1) / bytes(f2); % Compute the ratio
function b = bytes(f)
if ischar(f)
info = dir(f); b = info.bytes;
elseif isstruct(f)
b = 0;
fiel ds = fiel dnames(f);
for k = 1:l ength(fiel ds)
b = b + bytes(f.(fiel ds{k}));
end
else
info = whos('f'); b = info.bytes;
end
② wavefast
function [c, s] = wavefast(x, n, varargin)
error(nargchk(3, 4, nargin));
if nargin == 3
if ischar(varargin{1})
[lp, hp] = wavefilter(varargin{1}, 'd');
else
error('Missing wavel et name.');
end
else
lp = varargin{1}; hp = varargin{2};
end
fl = l ength(lp); sx = size(x);
if (ndims(x) ~= 2) | (min(sx) < 2) | ~isreal(x) | ~isnumeric(x) error('X must be a real, numeric matrix.');
end
if (ndims(lp) ~= 2) | ~isreal(lp) | ~isnumeric(lp) ...
| (ndims(hp) ~= 2) | ~isreal(hp) | ~isnumeric(hp) ...
| (fl ~= l ength(hp)) | rem(fl, 2) ~= 0
error(['LP and HP must be even and equal l ength real, '...
'numeric filter vectors.']);
end
if ~isreal(n) | ~isnumeric(n) | (n < 1) | (n > log2(max(sx))) error(['N must be a real scalar between 1 and '...
'l og2(max(size((X))).']);
end
c = []; s = sx; app =
d oubl e(x);
for i = 1:n
[app, keep] = symextend(app, fl);
rows = symconv(app, hp, 'row', fl, keep);
coefs = symconv(rows, hp, 'col', fl, keep);
c = [coefs(:)' c]; s = [size(coefs); s];
coefs = symconv(rows, lp, 'col', fl, keep);
c = [coefs(:)' c];
rows = symconv(app, lp, 'row', fl, keep);
coefs = symconv(rows, hp, 'col', fl, keep);
c = [coefs(:)' c];
app = symconv(rows, lp, 'col', fl, keep);
end
c = [app(:)' c]; s = [size(app); s];
function [y, keep] = symextend(x, fl)
keep = fl oor((fl + size(x) - 1) / 2);
y = padarray(x, [(fl - 1) (fl - 1)], 'symmet ric', 'both'); function y = symconv(x, h, type, fl, keep)
if strcmp(type, 'row')
y = conv2(x, h);
y = y(:, 1:2:end);
y = y(:, fl / 2 + 1:fl / 2 + keep(2));
else
y = conv2(x, h');
y = y(1:2:end, :);
y = y(fl / 2 + 1:fl / 2 + keep(1), :);
End
③huff2mat
function x = huff2mat(y)
if ~isstruct(y) | ~isfiel d(y, 'min') | ~isfiel d(y, 'size') | ...
~isfiel d(y, 'hist') | ~isfiel d(y, 'cod e')
error('The input must be a st ructure as ret urned by MAT2HUFF.'); end
sz = d oubl e(y.size); m = sz(1); n = sz(2);
xmin = d oubl e(y.min) - 32768; % Get X minimum
map = huffman(d oubl e(y.hist)); % Get Huffman cod e (cell) cod e = cellstr(char('', '0', '1')); % Set starting conditions as
link = [2; 0; 0]; l eft = [2 3]; % 3 nod es w/2 unprocessed found = 0; tofind = l ength(map); % Tracking variabl es
whil e l ength(l eft) & (found < tofind)
l ook = find(strcmp(map, cod e{l eft(1)})); % Is string in map?
if l ook % Yes
link(l eft(1)) = -l ook; % Point to Huffman map
l eft = l eft(2:end); % Del ete current nod e
found = found + 1; % Increment cod es found else% No, ad d 2 nod es & pointers l en = l ength(cod e); % Put pointers in nod e
link(l eft(1)) = l en + 1;
link = [link; 0; 0]; % Ad d unprocessed nod es
cod e{end + 1} = strcat(cod e{l eft(1)}, '0');
cod e{end + 1} = strcat(cod e{l eft(1)}, '1');
l eft = l eft(2:end); % Remove processed nod e
l eft = [l eft l en + 1 l en + 2]; % Ad d 2 unprocessed nod es end
end
x = unravel(y.cod e', link, m * n); % Decod e using C 'unravel'
x = x + xmin - 1; % X minimum offset adjust
x = reshape(x, m, n); % Make vector an array
④huffman
function CODE = huffman(p)
error(nargchk(1, 1, nargin));
if (ndims(p) ~= 2) | (min(size(p)) > 1) | ~isreal(p) | ~isnumeric(p) error('P must be a real numeric vector.');
end
gl obal CODE
CODE = cell(l ength(p), 1); % Init the gl obal cell array
if l ength(p) > 1 % When more than one symbol ...
p = p / sum(p); % Normalize the input probabilities
s = reduce(p); % Do Huffman source symbol red uctions makecod e(s, []); % Recursively generate the cod e
else
CODE = {'1'}; % Else, trivial one symbol case!
end;
function s = red uce(p);
s = cell(l ength(p), 1);
for i = 1:l ength(p)
s{i} = i;
end
whil e numel(s) > 2
[p, i] = sort(p); % Sort the symbol probabilities
p(2) = p(1) + p(2); % Merge the 2 l owest probabilities
p(1) = []; % and prune the l owest one
s = s(i); % Reord er tree for new probabilities
s{2} = {s{1}, s{2}}; % and merge & prune its nod es
s(1) = []; % to match the probabilities
end
function makecod e(sc, cod eword)
gl obal CODE
if isa(sc, 'cell') % For cell array nod es, makecod e(sc{1}, [cod eword 0]); % ad d a 0 if the 1st el ement makecod e(sc{2}, [cod eword 1]); % or a 1 if the 2nd
else% For l eaf (numeric) nod es, CODE{sc} = char('0' + cod eword); % create a char cod e string end
⑤wave*
function nc = wavepaste(type, c, s, n, x)
error(nargchk(5, 5, nargin))
nc = wavework('paste', type, c, s, n, x);
function [varargout] = waveback(c, s, varargin)
error(nargchk(3, 5, nargin));
error(nargchk(1, 2, nargout));
if (ndims(c) ~= 2) | (size(c, 1) ~= 1)
error('C must be a row vector.');
end
if (ndims(s) ~= 2) | ~isreal(s) | ~isnumeric(s) | (size(s,2) ~= 2) error('S must be a real, numeric two-column array.');
end
电子科技 2004年第7期（总第178期） 61 图像压缩标准知多少 徐庆征，镇桂勤 (西安通信学院二系，陕西 西安 710106) 摘 要 介绍了一些典型的静止图像压缩标准和活动图像压缩标准，并分析了各自的技术特点及其应用场合。 关键词 图像压缩；JPEG ；H.26x ；MPEG4 中图分类号 TN919.8 图像通信直观生动，包含极其丰富的信息，是人们传递信息的重要媒介。同时，巨大的数据量也给图像的采集、存储、处理和传输带来了极大的困难，严重影响了图像媒体成为主要媒体，因此，压缩数字图像信号的数码率就成为图像通信和图像信号处理领域的首要任务，受到全世界科技工作者的关注。 20世纪80年代以来，国际标准化组织(ISO)和国际电信联盟(ITU)组织了一批专家，开展了大量细致、全面的工作，陆续制定了一系列有关图像通信方面建议和标准，极大地推动了图像编码技术的发展与应用。这些标准可以归为两种类型：静止图像压缩标准和活动图像压缩标准(包括ITU-T 制定的H.263系列和ISO 制定的MPEG-x 系列)。 1 静止图像压缩编码标准 1.1 JBIG 标准 1988年，ISO 和ITU-T 成立了“联合二值图像专家组”(Joint Binary Image Expert Group ，JBIG)， 1991年10月提出了ITU-T T.82标准。这一标准确定了具有逐层、逐层兼容顺序和单层顺序3种模式的编码方法，并提出了获得任意低分辨率图像的方法。 1.2 JPEG 标准 收稿日期: 2004-04-21 1986年底，ISO 和ITU-T 成立了联合图像专家小组(Joint Photographic Experts Group ，JPEG)，该小组近年来一直致力于静止图像压缩算法的标准化工作。1991年3月正式提出ISO CD10918号建议草案“连续色调静止图像的数字压缩编码”(通常简称为JPEG 标准)，这是第一个适用于连续色调、多级灰度、彩色或黑白静止图像的国际标准。 JPEG 标准提供了一种无损编码的模式和3种有损编码模式(基于DCT 的顺序模式、基于DCT 的渐进模式、层次模式)。所有符合JPEG 的 遍解码器都必须支持基准模式，其他模式可作为选择项根据不同的应用目的来取舍。基准模式编解码框图如图1所示。 尽管JPEG 建议主要是应用于静止图像的编码技术，但是在某些场合也可将它应用于视频编辑系统。此时JPEG 把视频序列中的每一帧当作一幅静止图像来处理，这就是所谓的Motion JPEG 的处理方法。 1.3 JPEG-LS 标准 JPEG 组织从1994年开始征集新的无损/近无损(简称JPEG-LS)算法提案，并于1998年2月作 图1 JPEG 基准模式遍解码框图
JPEG2000图像压缩算法标准 摘要：JPEG2000是为适应不断发展的图像压缩应用而出现的新的静止图像压缩标准。本文介绍了JPEG2000图像编码系统的实现过程, 对其中采用的基本算法和关键技术进行了描述，介绍了这一新标准的特点及应用场合，并对其性能进行了分析。 关键词：JPEG2000；图像压缩；基本原理；感兴趣区域 引言 随着多媒体技术的不断运用，图像压缩要求更高的性能和新的特征。为了满足静止图像在特殊领域编码的需求，JPEG2000作为一个新的标准处于不断的发展中。它不仅希望提供优于现行标准的失真率和个人图像压缩性能，而且还可以提供一些现行标准不能有效地实现甚至在很多情况下完全无法实现的功能和特性。这种新的标准更加注重图像的可伸缩表述。所以就可以在任意给定的分辨率级别上来提供一个低质量的图像恢复，或者在要求的分辨率和信噪比的情况下提取图像的部分区域。 1.JPEG2000的基本介绍及优势 相信大家对JPEG这种图像格式都非常熟悉，在我们日常所接触的图像中，绝大多数都是JPEG格式的。JPEG的全称为Joint Photographic Experts Group，它是一个在国际标准组织(ISO)下从事静态图像压缩标准制定的委员会，它制定出了第一套国际静态图像压缩标准：ISO 10918－1，俗称JPEG。由于相对于BMP等格式而言，品质相差无己的JPEG格式能让图像文件“苗条”很多，无论是传送还是保存都非常方便，因此JPEG格式在推出后大受欢迎。随着网络的发展，JPEG的应用更加广泛，目前网站上80％的图像都采用JPEG格式。 但是，随着多媒体应用领域的快速增长，传统JPEG压缩技术已无法满足人们对数字化多媒体图像资料的要求：网上JPEG图像只能一行一行地下载，直到全部下载完毕，才可以看到整个图像，如果只对图像的局部感兴趣也只能将整个图片载下来再处理；JPEG格式的图像文件体积仍然嫌大；JPEG格式属于有损压缩，当被压缩的图像上有大片近似颜色时，会出现马赛克现象；同样由于有损压缩的原因，许多对图像质量要求较高的应用JPEG无法胜任。 JPEG2000是为21世纪准备的压缩标准，它采用改进的压缩技术来提供更高的解像度，其伸缩能力可以为一个文件提供从无损到有损的多种画质和解像选择。JPEG2000被认为是互联网和无线接入应用的理想影像编码解决方案。 “高压缩、低比特速率”是JPEG2000的目标。在压缩率相同的情况下，JPEG2000的信噪比将比JPEG提高30%左右。JPEG2000拥有5种层次的编码形式：彩色静态画面采用的JPEG 编码、2值图像采用的JBIG、低压缩率图像采用JPEGLS等，成为应对各种图像的通用编码方式。在编码算法上，JPEG2000采用离散小波变换（DWT）和bit plain算术编码（MQ coder）。此外，JPEG2000还能根据用户的线路速度以及利用方式(是在个人电脑上观看还是在PDA上观看)，以不同的分辨率及压缩率发送图像。 JPEG2000的制定始于1997年3月，但因为无法很快确定算法，因此耽误了不少时间，直到2000年 3 月，规定基本编码系统的最终协议草案才出台。目前JPEG2000已由ISO和
数字图像压缩技术 二、JPEG压缩 负责开发静止图像压缩标准的“联合图片专家组”（JointPhotographicExpertGroup,简称JPEG），于1989年1月形成 了基于自适合DCT的JPEG技术规范的第一个草案，其后多次修改，至1991年形成ISO10918国际标准草案，并在一年后成为国际标准，简称JPEG标准。 1．JPEG压缩原理及特点 JPEG算法中首先对图像实行分块处理，一般分成互不重叠的大小的块，再对每一块实行二维离散余弦变换（DCT）。变换后的系数基本不相关，且系数矩阵的能量集中在低频区，根据量化表实行量化，量化的结果 保留了低频部分的系数，去掉了高频部分的系数。量化后的系数按zigzag扫描重新组织，然后实行哈夫曼编码。JPEG的特点如下： 优点：（1）形成了国际标准；（2）具有中端和高端比特率上的良好 图像质量。 缺点：（1）因为对图像实行分块，在高压缩比时产生严重的方块效应；（2）系数实行量化，是有损压缩；（3）压缩比不高，小于502。 JPEG压缩图像出现方块效应的原因是：一般情况下图像信号是高度非平稳的，很难用Gauss过程来刻画，并且图像中的一些突变结构例如 边缘信息远比图像平稳性重要，用余弦基作图像信号的非线性逼近其 结果不是最优的3。 2．JPEG压缩的研究状况及其前景2 针对JPEG在高压缩比情况下，产生方块效应，解压图像较差，近年 来提出了很多改进方法，最有效的是下面的两种方法： （1）DCT零树编码
DCT零树编码把DCT块中的系数组成log2N个子带，然后用零树编码方案实行编码。在相同压缩比的情况下，其PSNR的值比EZW高。但在高压缩比的情况下，方块效应仍是DCT零树编码的致命弱点。 （2）层式DCT零树编码 此算法对图像作的DCT变换，将低频块集中起来，做反DCT变换；对新得到的图像做相同变换，如此下去，直到满足要求为止。然后对层式DCT变换及零树排列过的系数实行零树编码。 JPEG压缩的一个最大问题就是在高压缩比时产生严重的方块效应，所以在今后的研究中，应重点解决DCT变换产生的方块效应，同时考虑与人眼视觉特性相结合实行压缩。 三、JEPG2000压缩 JPEG2000是由ISO/IECJTCISC29标准化小组负责制定的全新静止图像压缩标准。一个最大改进是它采用小波变换代替了余弦变换。2000年3月的东京会议，确定了彩色静态图像的新一代编码方式—JPEG2000图像压缩标准的编码算法。 1．JPEG2000压缩原理及特点 JPEG2000编解码系统的编码器和解码器的框图如图1所示4。 编码过程主要分为以下几个过程：预处理、核心处理和位流组织。预处理部分包括对图像分片、直流电平（DC）位移和分量变换。核心处理部分由离散小波变换、量化和熵编码组成。位流组织部分则包括区域划分、码块、层和包的组织。 JPEG2000格式的图像压缩比，可在现在的JPEG基础上再提升 10%~30%，而且压缩后的图像显得更加细腻平滑。对于当前的JPEG标准，在同一个压缩码流中不能同时提供有损和无损压缩，而在 JPEG2000系统中，通过选择参数，能够对图像实行有损和无损压缩。现在网络上的JPEG图像下载时是按“块”传输的，而JPEG2000格式
多媒体图像压缩技术 2010级电子信息科学与技术刘小辉2010271022 摘要：随着计算机多媒体技术的不断发展，人们期望更高性能的图像压缩技术的出现。图像压缩是用最少的数据量来表示尽可能多的原图像的信息。多媒体数据压缩技术是现代网络发展的关键性技术之一。由于图像和声音信号中存在各种各样的冗余，为数据压缩提供了可能。数据压缩技术有无损压缩缩和有损压缩两大类，这些压缩技术又各有不同的标准。 Abstract:With the ever-growing multimedia technology, people are looking for ward to new image compression technologies with better performances. Image compression with the least amount of data is represented as much information of original image .Multimedia data compression technology is the modern network development of the key technology of. Because of the image and sound signal in the presence of various kinds of redundancy, compression of data is possible. Data compression technology of lossless and lossy compression two categories, these compression techniques and different standards. 关键字（Keyword）：多媒体数据压缩技术（Multimedia data compression technology） 无损压缩和有损压缩（Lossless and lossy compression） 图像和声音信号（The image and sound signal） 最少的数据量（The least amount of data） 随着计算机多媒体技术和通信技术的日益发展，以及网络的迅速普及，图像数据信息以
摘要 多媒体技术和网络与移动通信的飞速发展激发了人们进行视频信息交流的需求，推动了图像通信和数字视频技术的全面发展。图像和视频信号数字化可以避免远距离传输的累积失真，数字化存储可以高保真还原，并且容易借助计算机进行灵活处理和管理。而传输和存储图像需要占用大量的数据空间，这严重影响了传输速率和实时处理量,极大地制约了图像通信的发展。因此，图像压缩编码技术受到了越来越多的关注及应用。 本文在分析视频特点的基础上主要从图像压缩的概念、原理、发展现状等方面进行介绍。并且详细介绍了图像压缩技术的分类方便及几种常用的图像压缩编码方法。主要介绍了行程长度编码（RLE）、LZW编码、霍夫曼编码、预测及内插编码、矢量量化编码、分形编码及小波变换编码 1.引言 在当前这个信息化社会中，新信息技术革命使人类被日益增多的多媒体信息所包围。多媒体信息主要是由图像、文本和声音三大元素组成。图像作为其主要元素之一，发挥着越来越重要的作用。而传输和存储图像需要占用大量的数据空间，这严重影响了传输速率和实时处理量,极大地制约了图像通信的发展。在同等的通信容量下，如果图像数据可以压缩之后再传输，就可以使传输的数据量变得很小，也就能够增加通信能力。因此图像压缩编码技术受到了越来越多的关注及广泛的应用。如数码相机、USB摄像头、可视电话、视频点播、视频会议系统、数字监控系统等等，都使用到了图像或视频的压缩技术。 2.图像压缩的概念及原理 图像可以按其内容的运动状态分成静止图像和活动图像两大类。活动图像又称运动图像，沿用电视技术的术语，一般称其为视频。视频是指一组图像在时间轴上的有序排列，它是由一系列的二维空域（平面）图像沿时间轴所排成的序列，用以描写景物的状态和变化的过程。
题目：图像压缩技术的综述 学生姓名：徐欢学号：070110117 系别：计算机与信息学院专业：计算机科学与技术 入学年份：2010年9月 导师姓名：陈蕴谷职称/学位：讲师/硕士研究生 导师所在单位：中国科学院合肥物质研究院 完成时间:2014年4月 1.引言 随着多媒体技术和通讯技术的不断发展，多媒体娱乐、信息高速公路等不断对信息数据的存储和传输提出了更高的要求，也给现有的有限带宽以严峻的考验，特别是具有庞大数据量的数字图像通信，更难以传输和存储，极大地制约了图像通信的发展，因此图像压缩技术受到了越来越多的关注。图像压缩的目的就是把原来较大的图像用尽量少的字节表示和传输，并且要求复原图像有较好的质量。利用图像压缩，可以减轻图像存储和传输的负担，使图像在网络上实现快速传输和实时处理。 图像数据是用来表示图像信息的，如果不同的方法为表示相同的信息使用了不同的数据量，那么使用较多数据量的方法中，有些数据必然代表了无用的信息，或者是重复的表示了其他数据表示的信息，前者成为数据冗余，后者成为不相干信息。图像压缩编码的主要目的，就是通过删除冗余的或者是不相干的信息，以尽可能地的数码率来存储和传输数字图像数据。 图像压缩编码技术可以追溯到1948年提出的电视信号数字化，到今天已经有50多年的历史了。在此期间出现了很多种图像压缩编码方法，特别是到了80年代后期以后，由于小波变换理论，分形理论，人工神经网络理论，视觉仿真理论的建立，图像压缩技术得到了前所未有的发展，其中分形图像压缩和小波图像压缩是当前研究的热点。本文对当前最为广泛使用的图像压缩算法进行综述，讨论了它们的优缺点以及发展前景。 图像编码基础 图像编码压缩是指在满足一定图像质量的条件下，用尽可能少的数据量来表示图像。编码技术比较系统的研究始于Shannon信息论，从此理论出发可以得到数据压缩的两种基本途径。一种是联合信源的冗余度也寓于信源间的相关性之
数字电视课程论文题目活动图像压缩标准H.263 专业 学号 学生 日期2014年3月28 日
活动图像压缩标准H.263 摘要：图像压缩的主要目的是为了解决电视信号经数字编码后面临的海量数据存储于传输问题，本文介绍了图像压缩的理论基础和视频图像压缩的研究概况以及方法，并着重介绍了活动图像压缩标准H.263及其基本算法，并做了总结和展望。 关键词：图像压缩、H.263 1 图像压缩的原因及原理 电视信号经数字编码以后，面临的最大难题之一是海量数据存储与传输的问题，以我国数字高清晰度电视格式为例，亮度信号抽样频率为74.25MH，两个色差信号为37.125MHz，采用10比特量化，串行比特率高达l.485Gb/s。从理论(PCM)上讲每1Hz信道带宽能传输的最高比特率是2b/s，因此标准清晰度电视要求信道提供135MHz的带宽，是模拟电视信号带宽的二十几倍，而高清晰度电视要求的信道的带宽则更宽。如果不经压缩编码处理，现有的频率资源仅能传输几套标清电视节目。显然，这是人们无法容忍的，所以必需对图像进行压缩编码处理才能充分利用频率资源。这就好像将牛奶中的水分去掉(压缩)制成奶粉，在需要时将水倒进去(解码)又做成牛奶一样。 近年来，多媒体技术迅猛发展，视频压缩编码技术的应用越来越广。视频压缩的理论依据主要在两个方面，一方面是视频信号中存在大量的冗余，如：（1）时间冗余：活动图像的两个连续帧之间的冗余。 （2）空间冗余：像素点之间的相关性。 （3）信息熵冗余：单位信息量大于其熵。（4）知识冗余。 （4）结构冗余：图像的区域上存在非常强的纹理结构。 （5）知识冗余：有固定的结构，如人的头像。 （6）视觉冗余：某些图像的失真是人眼不易觉察的。 视频压缩实质上就是通过减少这些冗余来降低存储和传送视频信息所需要的比特数。 另一方面，根据人眼的视觉特性，如果在对图像质量要求不是特别严格，允许重建图像有一定限度失真的情况下，数据压缩的可能性更大，而且压缩的比例也更大。对数字图像进行压缩通常利用两个基本原理： (1) 数字图像的相关性。在图像的同一行相邻像素之间、活动图像的相邻帧的对应像素之间往往存在很强的相关性，去除或减少这些相关性，也就去除或减少图像信息中的冗余度，即实现了对数字图像的压缩。 (2) 人的视觉心理特征。人的视觉对于边缘急剧变化不敏感(视觉掩盖效应)，对
记录：云端与存储信息记录材料 2019年4月 第20卷第4期 164 的支持下才可以顺利完成数据存储的综合管理服务，完善数据访问功能，提高数据存储效率。 三是，数据服务层分析。云存储技术具有安全性、便捷性、可用性以及数据访问性等诸多特点，数据服务层作为关键的组成部分，可以为不同用户提供专业性服务，满足不同用户的服务需求，促进行业的有效发展。 四是，用户访问层分析。一般情况下，用户访问层主要涵盖了W E B 端和W A P 端这两种类型，这两种类型在使用阶段有着不同的需求，所以访问手段存在一定差别性，但是都可以保证数据信息的安全性，因此，具有重要意义。 3 基于Web的云存储技术简要分析 Web 作为一种网站服务器，可以向浏览器等Web 客户端提供文档，方便用户浏览信息数据和下载信息数据[3]。但是在科学技术发展迅速的背景下，网络系统中黑客出入频繁，导致数据被盗取的问题频繁发生，严重影响到数据的安全性。因此，企业需要积极使用基于Web 的云存储技术，以下就对这些技术进行简要分析。 对云存储系统的结构进行细致分析，可以详细了解到云存储系统的访问层中涵盖了WEB 端和WAP 端这两种不同的类型，无论是哪一种类型，都是目前云存储技术的主要形式，发挥着重要的作用。WEB 端作为一个访问终端，是基于WEB 的云存储技术的基础，在使用阶段具有无可比拟的优势，具体体现在以下两点：一方面，基于Web 的云存储技术处理效率和传输速度都非常快，能够为人们数据使用提供便利性，有效提高数据传输的效率。另一方面，基于Web 的云存储技术可以进行数据共享、数据快速检索、数据自动被动、多数据文件共同上传与下载等多项工作，具有操作便利等一系列优势，有效节省了工作人员的工作 效率[4]。 随着我国科学技术的迅速发展，我国已经步入了互联网时代，人们依托互联网技术可以随时随地浏览信息，为人们带来了诸多方便。在此种情况下，诸多WEB 服务器应运而生，且做到了业务的跨媒介联通，如，智能手机客户端、移动电话等中都融入了云存储服务系统，让人们浏览信息不再受到时间、地点等多种因素的影响，且可以随时进行网上购物、阅览时事、查看天气预报等多项工作，不仅丰富了人们的业余生活，为人们带来诸多乐趣；还实现了云存储服务业务的拓展，因此，云存储技术使用范围在不断扩大。4 总语 总而言之，云存储技术作为一种新兴的网络存储技术，有效的解决了存储空间的浪费等问题，充分提高了存储率，降低企业运营成本。面对此种情况，企业要想提高工作效率，就需要在Web 服务器中合理使用云存储技术，明确云存储技术及其系统架构，充分做到合理应用，从根本上提高数据存储量，满足时代发展需求。【参考文献】 [1]曾新洲.基于Openstack 的云计算技术与应用专业Web 云盘设计与实现[J].电脑知识与技术，2018，14(20):265-267.[2]周威.对基于Web 的云存储技术的几点探讨[J].电脑迷，2016(4):161. [3]徐岩，万曙静，乔丽娟，等.基于Hadoop 的数字迎新系统的设计与实现[J].电子测试，2017(20):56-57. [4]钟小军，杨磊，黄莉旋，等.农村综合信息服务平台云存储技术研究与应用[J].广东农业科学，2015，42(3):170-176，182. 1 引言 在日常生活中，人们想要以最高效的方法完成某件事情，同样对于计算机而言，想要以最少的空间存储足够多的数据，因此人们想到数据压缩，通俗的讲，数据压缩就是用最少最简单的符号表达最丰富多彩的信息内容，从而达到节约大量空间存储的效果。对于图像而言，亦是如此。例如，揠苗助长这个成语就和数据压缩有关，它用四个汉字描述了一个将近200字的故事，因此数据压缩与我们日常生活息息相关。2 图像压缩的可能性 图像分为位图和矢量图，无论哪一种图像形式都需要较大的存储空间。例如，存储一幅由100直线条组成的矢量图形，需要存储构成图形的线条信息，即需要记录线条的线型线宽和颜色，而且每条直线有起点坐标和终点坐标，图像压缩研究 张路园，陈玉红，魏明月 （河北农业大学理工学院 河北 沧州 061100） 【摘要】随着计算机时代的发展，人们可以利用多媒体计算机存储图像、听音频、做文件等等，因此计算机需要存储大量的数据信息，人们往往希望用最少的存储空间来存储更多的数据信息，利用数据压缩可以实现把一些冗余去掉。图像作为数据信息的一部分，在计算机中有着不可替代的存储形式，论文介绍了图像压缩标准JPEG 和改进后的JPEG2000标准以及动态图像压缩各个标准MPEG 的特点。压缩之后的解压图像往往希望失真较小，使人眼很难分辨与原图像的差别。压缩就是以最少的符号空间来表述更加丰富多彩的内容，这种思想在日常生活领域得到了广泛的应用。【关键词】标准；图像存储；图像处理；图像编码 【中图分类号】TP33 【文献标识码】A 【文章编号】1009-5624（2019）04-0164-02
一、JEPG压缩算法（标准） (一)JPEG压缩标准 JPEG(Joint Photographic Experts Group)是一个由ISO/IEC JTC1/SC2/WG8和CCITT VIII/NIC于1986年底联合组成的一个专家组，负责制定静态的数字图像数据压缩编码标准。迄今为止，该组织已经指定了3个静止图像编码标准，分别为JPEG、JPEG-LS和JPEG2000。这个专家组于1991年前后指定完毕第一个静止图像压缩标准JPEG标准，并且成为国际上通用的标准。JPEG标准是一个适用范围很广的静态图像数据压缩标准，既可用于灰度图像又可用于彩色图像。 JPEG专家组开发了两种基本的静止图像压缩算法，一种是采用以离散余弦变换(Discrete Cosine Transform, DCT)为基础的有损压缩算法，另一种是采用以预测技术为基础的无损压缩算法。使用无损压缩算法时，其压缩比比较低，但可保证图像不失真。使用有损压缩算法时，其算法实现较为复杂，但其压缩比大，按25：1压缩后还原得到的图像与原始图像相比较，非图像专家难于找出它们之间的区别，因此得到了广泛的应用。 JPEG有4种工作模式，分别为顺序编码，渐近编码，无失真编码和分层编码，他们有各自的应用场合，其中基于顺序编码工作模式的JPEG压缩系统也称为基本系统，该系统采用单遍扫描完成一个图像分量的编码，扫描次序从左到右、从上到下，基本系统要求图像像素的各个色彩分量都是8bit，并可通过量化线性地改变DCT系统的量化结果来调整图像质量和压缩比。下面介绍图像压缩采用基于DCT的顺序模式有损压缩算法，该算法下的JPEG压缩为基本系统。 (二)JPEG压缩基本系统编码器 JPEG压缩是有损压缩，它利用了人的视觉系统的特性，将量化和无损压缩编码相结合来去掉视觉的冗余信息和数据本身的冗余信息。基于基本系统的JPEG压缩编码器框图如图1所示，该编码器是对单个图像分量的处理，对于多个分量的图像，则首先应将图像多分量按照一定顺序和比例组成若干个最小压缩单元（MCU），然后同样按该编码器对每个MCU各个分量进行独立编码处理，最终图像压缩数据将由多个MCU压缩数据组成。 图1 JPEG压缩编码器结构框图
目前，红外网络摄像机的图像压缩编码标准主要有MPEG4、H.263、H.264、M-JPEG 等。 MPEG4 所谓MPEG标准就是指由ISO的活动图像专家组制定的一系列关于音视频信号以及多媒体信号的压缩与解压缩技术的标准。到目前为止，已经制定完成并批准执行的有：1991年批准的MPEG1、MP3;1994年批准的MPEG2;1999年批准的MPEG4和MP4。正在制定的标准有：MPEG7和MEPG21. H.263 H.263是ITU-T提出的作为H.324终端使用的视频编解码建议，H.263经过不断地完善和多次的升级已经日臻成熟，如今已经大部分代替了H.261，而且H.263由于能在低带宽上传输高质量的视频 流而日益受到欢迎。 H.263是基于运动补偿的DPCM的混合编码，在运动补偿的DPCM混合编码，在运动搜索的基础上进行运动补偿，然后运用DCT变换和“之”字形扫描编码，从而得到输出码流。H.263在H.261建议的基础上，将运动矢量的搜索增加为半象素点搜索；同时又增加了无限制运动矢量、基于语法的算术编码、高级预测技术和PB帧编码等四个高级选项；从而达到了进一步降低码速率和提高编码质量的目的。 H.264 H.264是ITU-T的VCEG和ISO/IEC的MPEG的联合视频组开发的一个新的数字视频编码标准，它既是ITU-T的H.264，又是ISO/IEC的MPEG4的第十部分。在相同的重建图像质量下，H.264能够比H.263节约50%左右的码率，比目前根据MPEG4实现的视频格式在性能方面提高33%左右。 M-JPEG M-JPEG技术即运动静止图像压缩技术，它把运动的视频序列作为连续的静止图像来处理，这种压缩技术方式单独完整地压缩每一帧，在编辑过程中可随机存储每一帧，可进行精确到帧地编辑。但M-JPEG只对帧内地空间冗余进行压缩，不对帧间的时间冗余进行压缩，故压缩效率不高。 无线网络摄像机关键特点：集摄像机模块、网络编码模块和网卡于一体，即插即用；支持Web浏览，直接通过IE浏览器即可进行影像浏览；强大的网络客户端功能，可根据需要选择单机版客户端或分布式网络视频集中监控管理系统进行远程管理；支持动态IP，不受网络环境限制；带SD闪存卡插槽，可以插SD 卡（SanDisk）进行本地录像；带报警接口，可管理连接报警设备。
JPEG2000图像压缩标准及其关键算法 周宁汤晓军徐维朴 (西安交通大学人工智能与机器人研究所西安710049) 摘要：JPEG2000是为适应不断发展的图像压缩应用而出现的新的静止图像压缩标准。阐述了JPEG2000图像编码系统的实现过程, 对其中采用的基本算法和关键技术进行了描述，介绍了这一新标准的特点及应用场合，并对其性能进行了分析。 关键词：JPEG2000; 图像压缩；离散小波变换; 速率控制；感兴趣区域 1 引言 随着多媒体应用领域的快速增长和网络的不断发展，传统的JPEG压缩技术已无法满足人们对数字化多媒体图像资料的要求，一种功能更强大、效率更卓越的静止图像压缩标准被提到制定日程上，这就是JPEG2000。 JPEG（Joint Photographic Experts Group）是在国际标准化组织(ISO)领导之下制定静态图像压缩标准的委员会，第一套国际静态图像压缩标准ISO 10918-1(JPEG)就是该委员会制定的。由于JPEG优良的品质，使他在短短几年内获得了极大的成功，被广泛应用于互联网和数码相机领域，网站上80%的图像都采用了JPEG压缩标准。然而，目前的JPEG静止图像压缩标准,具有中端和高端比特速率上的良好的速率畸变特性，但在低比特率范围内，将会出现很明显的方块效应，其质量变得不可接受。JPEG不能在单一码流中提供有损和无损压缩，并且不能支持大于64×64 K的图像压缩。同时，尽管当前的JPEG标准具有重新启动间隔的规定，但当碰到比特差错时图像质量将受到严重的损坏。 针对这些问题，自1997年3月起，JPEG图像压缩标准委员会开始着手制定新一代的图像压缩标准以解决上述问题。2000年3月的东京会议，确定了彩色静态图像的新一代编码方式JPEG2000图像压缩标准的编码算法。 JPEG2000系统分为下列7个部分： ①JPEG2000图像编码系统； ②扩充(给①的核心定义添加更多的特征和完善度)； ③运动JPEG2000； ④一致性； ⑤参考软件(目前包含Java和C实现)； ⑥复合图像文件格式(用于文件扫描和传真应用程序)； ⑦对①的最小支持(技术报告)。 ①为完全被认可的ISO标准，定义了核心压缩技术和最小文件格式，②～⑥定义压缩和文件格式的扩充。其中，①已经制定完成，其余部分还在制定过程中。本文所讨论的JPEG2000标准就是基于第1部分的。 2 JPEG2000系统的特点 JPEG2000以其特有的优点弥补了现行JPEG标准的不足。离散小波变换算法中，图像可以转换成一系列可更加有效存储像素模块的子带，因此，JPEG2000格式的图像压缩比可在现在的JPEG基础上再提高10％～30％，而且压缩后的图像显得更加细腻平滑。也就是说，在网上观看采用JPEG2000压缩的图像时，不仅下载速率比采用JPEG格式的快近30％，而且品质也将更好。对于目前的JPEG标准,在同一个压缩码流中不能同时提供有损和无损压缩,而在JPEG2000系统中,通过选择参数, 能够对图像进行有损和无损压缩,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。现在网络上的JPEG图像下载时是按“块”传输的，因此只能逐行地显示，而采用JPEG2000格式的图像支持渐进传输(Progressive Transmission),这就允许图像按照所需的分辨率或像素精度进行重构,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的压缩码流。由于JPEG2000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。 3 JPEG2000图像编解码系统 本节主要介绍JPEG2000图像编解码系统。其编码器和解码器的框图如图1所示。
图像/视频压缩国际标准与特点 通过近一个月对专业概论课程的学习，我对图像与视频的压缩有了初步的了解。以下是我结合老师课程内容与课外资料整理的图像/视频压缩国际标准与特点相关报告： 一、JPEG（Joint Photographic Expert Group） （一）全称Joint Photographic Experts Group《联合图像专家小组》，是一个在国际标准组织(ISO)下从事静态图像压缩标准制定的委员会。它制定出了第一套国标静态图像压缩标准：ISO 10918-1。 JPEG是ISO/IEC联合图像专家组制定的静止图像压缩标准，是适用于连续色调（包括灰度和彩色）静止图像压缩算法的国际标准。JPEG格式是目前网络上最流行的图像格式，是可以把文件压缩到最小的格式，即使采用细节几乎无损的10 级质量保存时，压缩比也可达 5：1。以BMP格式保存时得到4．28MB图像文件，在采用JPG格式保存时，其文件仅为178KB，压缩比达到24：1。经过多次比较，采用第8级压缩为存储空间与图像质量兼得的最佳方式。 JPEG格式又可分为标准JPEG、渐进式JPEG及JPEG2000三种格式: 1. 标准JPEG格式：此类型图档在网页下载时只能由上而下依序显示图片，直到图片资料全部下载完毕，才能看到全貌。 2. 渐进式JPEG格式：渐进式JPG为标准JPG的改良格式，可以在网页下载时，先呈现出图片的粗略外观后，再慢慢地呈现出完整的内容，而且存成渐进式JPG格式的档案比存成标准JPG 格式的档案要来得小，所以如果要在网页上使用图片，可以多用这种格式。 JPEC算法共有4种运行模式，其中一种是基于空间预测（DPCM）的无损压缩算法，另外3种是基于DCT的有损压缩算法。 （二）特点分析： 优点：摄影作品或写实作品支持高级压缩。 利用可变的压缩比可以控制文件大小。 支持交错（对于渐近式JPEG文件）。 广泛支持Internet标准。 缺点：有损耗压缩会使原始图片数据质量下降。 当编辑和重新保存JPEG文件时，JPEG会混合原始图片数据的质量下降。这种下降是累积性的。JPEG不适用于所含颜色很少、具有大块颜色相近的区域或亮度差异十分明显的较简单的图片。 二、JPEG-2000 （一）与以往的JPEG标准相比，JPEG-2000压缩率比JPEG高约30%，它有许多原先的标准所不可比拟的优点。JPEG-2000与传统JPEG最大的不同，在于它放弃了JPEG所采用的以DCT变换为主的分块编码方式，而改为以小波变换为主的多分辨率编码方式。首先，JPEG-2000能实现无损压缩（lossless compression）。在实际应用中，有一些重要的图像，如卫星遥感图像、医学图像、文物照片等，通常需要进行无损压缩。对图像进行无损编码的经典方法——预测法已经发展成熟，并作为一个标准写入了JPEG-2000中。 JPEG-2000还有一个很好的优点就是误码鲁棒性（robustness to bit error）好。因此使用JPEG-2000的系统稳定性好，运行平稳，抗干扰性好，易于操作。 JPEG-2000能实现渐进运输（progressive transmission），这是JPEG-2000的一个极其重要的特征。它可以先传输图像的轮廓，然后逐步传输数据，不断提高图像质量，以满足用户的需要，这在网络传输中具有非常重大的意义。使用JPEG-2000下载一个图片，用户可先看到这个图片的轮廓或缩影，然后再决定是否下载。而且，下载时可以根据用户需要和带宽来决定下载图像
视频图像压缩标准主要有哪些，各自的优缺点及适用范围 作者：李佳璘韩妮娜宋亚希 近10年来，图像编码技术得到了迅速发展和广泛应用，关且日臻成熟，其标志就是几个关于图像编码的国际标准的制定，即国际标准化组织ISO和国际电工委员会IEC关于静止图像的编码标准JPEG、国际电信联盟ITU-T关于电视电话/会议电视的视频编码标准的有H261,H.263和ISO/IEC关于活动图像的编码标准MPEG-1，MPEG-2和MPEG-4等。这些标准图像编码算法融合了各种性能优良的图像编码方法，代表了目前图像编码的发展水平。1、JPEG（Joint Photographic Expert Group） JPEG是ISO/IEC联合图像专家组制定的静止图像压缩标准，是适用于连续色调（包括灰度和彩色）静止图像压缩算法的国际标准。JPEC算法共有4种运行模式，其中一种是基于空间预测（DPCM）的无损压缩算法，另外3种是基于DCT的有损压缩算法。 1）无损压缩算法，可以保证无失真地重建原始图像。 2）基于DCT的顺序模式，按从上到下，从左到右的顺序对图像进行编码，称为基本系统。 3）基于DCT的递进模式，指对一幅图像按由粗到细对图像进行编码。 4）分层模式。以各种分辨率对图像进行编码，可以根据不同的要求，获得不同分辨率的图像。 2、JPEG-2000 与以往的JPEG标准相比，JPEG-2000压缩率比JPEG高约30%，它有许多原先的标准所不可比拟的优点。JPEG-2000与传统JPEG最大的不同，在于它放弃了JPEG所采用的以DCT 变换为主的分块编码方式，而改为以小波变换为主的多分辨率编码方式。 首先，JPEG-2000能实现无损压缩（lossless compression）。在实际应用中，有一些重要的图像，如卫星遥感图像、医学图像、文物照片等，通常需要进行无损压缩。对图像进行无损编码的经典方法——预测法已经发展成熟，并作为一个标准写入了JPEG-2000中。 JPEG-2000还有一个很好的优点就是误码鲁棒性（robustness to bit error）好。因此使用JPEG-2000的系统稳定性好，运行平稳，抗干扰性好，易于操作。 JPEG-2000能实现渐进运输（progressive transmission），这是JPEG-2000的一个极其重要的特征。它可以先传输图像的轮廓，然后逐步传输数据，不断提高图像质量，以满足用户的需要，这在网络传输中具有非常重大的意义。使用JPEG-2000下载一个图片，用户可先看到这个图片的轮廓或缩影，然后再决定是否下载。而且，下载时可以根据用户需要和带宽来决定下载图像质量的好坏，从而控制数据量的大小。 PEG-2000另一个极其重要的优点就是感兴趣区（ROI，Region Of Interest）特性。用户在处理的图像中可以指定感兴趣区，对这些区域进行压缩时可以指定特定的压缩质量，或在恢复时指定特定的解压缩要求，这给人们带来了极大的方便。在有些情况下，图像中只有一小块区域对用户是有用的，对这些区域采用高压缩比。在保证不丢失重要信息的同时，又能有效地压缩数据量，这就是感兴趣区的编码方案所采取的压缩策略。基于感兴趣区压缩方法的优点，在于它结合了接收方对压缩的主观要求，实现了交互式压缩。 3、MPEG-1 国际标准化组织ISO/IEC的运动图像专家组MPEG（Moving Picture Expert Group）一直致力于运动图像及其伴音编码标准化工作，并制定了一系列关于一般活动图像的国际标