JasPer软件_JPEG2000标准的实现

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JPEG2000图像压缩算法标准剖析

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图像压缩算法标准

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。

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。

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。

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。

一种JPEG2000码率控制算法的硬件实现

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｈａｒｄｗａｒｅ — ｏｒｉｅｎｔｅｄａｎｄｆａｓｔ — ｔｒｕｎｃａｔｉｎｇｔｉｅｒ一２ｅｎｃｏｄｅｒｒａｔｅｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｂａｓｅｄｏｎｐａｒａｌｌｅｌｔｉｅｒ一１ｃｏｄｉｎｇ．Ｉｎｓｔｅａｄｏｆｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌｄｉｖｉｓｉｏｎｏｐｅｒａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｓｔａｎｄａｒｄ，ａｌｏｏｋｕｐ — ｔａｂｌｅｍｅｈｏｔｄｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｓｈｉｆｔｉｎｇｏｐｅｒａｔｉｏｎｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ａｒａｔｅ — ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎｓｌｏｐｅｔａｂｌｅｉｓａｐｐｌｉｅｄｆｏｒｑｕｉｃｋｌｙ
０引言
ＪＰＥＣ２ｏ００是在ＪＰＥＧ标准的基础上提出的新
一
编码系统的速度瓶颈。因此，提高ｔｉｅｒ一１的编码效率，进而提升整个系统的编码速度成为当今研究的
代的静态图像压缩标准１Ｊ，与ＪＰＥＧ相比，有许多
热点课题。经过专家学者们的大量研究，目前解决
这一问题大致有两种方法：一种是通过ｔｉｅｒ一２截断算法控制ｔｉｅｒ一１编码，优先对重要性较高的小波系数子带和位平面进行编码ｊ，当已编码的码率达到目标码率时即停止ｔｉｅｒ一１编码，实现按需编码，

JPEG2000上下文形成算法的研究与实现

ｐｅｎｅａｅｎＤｅｐｉｔｅｒｓｌｆｈｘｅｉｎｐｏｅｒｓａｃ．ｌｍｅｔｄｂｓｄｏｌｈ，ｈｕｔｏｅｅｐｒｅｓｔｍｅｔｕｐｒｔｅｅｒｈｓｔｈ
Ｋｅｗｏｒ：ＪｙｄｓＰＥＧ０２００；ＥＢＣ０Ｔ：ｅｃｅ；ｃｎｅｔａｇｏｔｍｎｏｄｒｏｔｘ；ｌｒｈｉ
ｔｅｒｆｒｎｅｓｏｌａ，ｔｕ，ａｃｅｘｌｉｉｅ，ａｄｔｅａｇｒｈｉｄｓｇｅｆｃ．Ｔｅｃｎｅｔｏｍａｉｎｅｇｎｈｅｅｅｃｓｔｅｒｈｓｌａｅｐａｎｉｇｖｎｉｎｃｒｓｎｌｏｔｍｅｉｄｉｅｅｔｈｏｔｘｒｔｎｉｅｉｉｈｉｓｎｎｆｏｓｍ—
ＪＥ２０上下文形成算法的研究与实现ＰＧ００
高勇，尹琦，李存华
（淮海工学院计算机科学系，江苏连云港２２０）２０５
摘要：ＪＥ２０在ＰＧ００的ＥＣＴ编码中，术编码器需要使用上下文信息来编码相应的记号，下文形成器是其重要基础。ＢＯ算上
通过对位平面中的样本的条带扫描方式和记号的环境特征的详细分析，记号和记号的上下文进行了合理的分类，就为把这上下文形成算法的设计提供了理论根据。关于清理通道中的ＲＣ上下文标志的形成，为有关文献的论述并不清楚，以Ｌ因所

jpeg2000标准

I. I NTRODUCTION Digital imagery is pervasive in our world today. Consequently, standards for the efﬁcient representation and interchange of digital images are essential. To date, some of the most successful still image compression standards have resulted from the ongoing work of the Joint Photographic Experts Group (JPEG). This group operates under the auspices of Joint Technical Committee 1, Subcommittee 29, Working Group 1 (JTC 1/SC 29/WG 1), a collaborative effort between the International Organization for Standardization (ISO) and International Telecommunication Union Standardization Sector (ITUT). Both the JPEG [1, 2] and JPEG-LS [3] standards were born from the work of the JPEG committee. For the last few years, the JPEG committee has been working towards the establishment of a new standard known as JPEG 2000 (i.e., ISO/IEC 15444). The fruits of these labors are now coming to bear, as JPEG-2000 Part 1 (i.e., ISO/IEC 15444-1 [4]) has recently been approved as a new international standard. In this paper, we provide a detailed technical description of the JPEG-2000 Part-1 codec, in addition to a brief overview of the JPEG-2000 standard. This exposition is intended to serve as a reader-friendly starting point for those interested in learning about JPEG 2000. Although many details are included in our presentation, some details are necessarily omitted. The reader should, therefore, refer to the standard [4] before attempting an implementation. The JPEG-2000 codec realization in the JasPer software [5–7] may also serve as a practical guide for implementors. (See Appendix A for more information about JasPer.) The remainder of this paper is structured as follows. Section II begins with a overview of the JPEG-2000 standard. This is followed, in Section III, by a detailed description of the JPEG2000 Part-1 codec. Finally, we conclude with some closing remarkur presentation, a basic understanding of image coding is assumed.

jpeg2000原理

jpeg2000原理JPEG2000是一种用于图像压缩和编码的标准，它采用了一种先进的压缩算法，能够在保持高质量图像的同时，显著减小文件的大小。

JPEG2000的原理基于离散小波变换和熵编码。

本文将详细介绍JPEG2000的原理和工作流程。

JPEG2000使用离散小波变换（DWT）来将图像转换为一组频域系数。

通过将图像分解为不同的频带，DWT能够捕捉到图像中的不同尺度和方向的细节。

这种分解过程是通过将图像分解为低频和高频子带来实现的。

低频子带包含图像的整体结构和大部分能量，而高频子带则包含图像的细节信息。

这种分解过程使得JPEG2000能够对图像进行局部处理，从而提高压缩效率。

接下来，JPEG2000使用基于小波系数的量化和编码过程来减小图像的大小。

在量化过程中，JPEG2000根据不同子带的特性对小波系数进行量化。

由于人眼对图像的敏感度不同，JPEG2000能够根据不同频带的重要性进行自适应量化，从而保留图像的重要细节。

量化后，JPEG2000使用无损熵编码来进一步减小图像的大小。

无损熵编码技术能够通过统计和建模来找出图像中的冗余信息，并将其移除。

这种编码方法能够显著减小文件的大小，同时保持图像的高质量。

JPEG2000还具有一些其他的特性和优势。

首先，JPEG2000支持无损和有损压缩。

无损压缩能够完全还原原始图像，适用于对图像质量要求较高的应用，如医学影像。

而有损压缩则能够在一定程度上牺牲图像质量，但能够进一步减小文件的大小，适用于对图像质量要求较低的应用，如互联网传输。

其次，JPEG2000还支持渐进传输和隔行扫描。

渐进传输允许图像从低分辨率逐渐提高到高分辨率，使得用户能够在传输过程中逐步查看图像。

隔行扫描则能够将图像的奇偶行分别编码，从而提高图像的显示效果。

在实际应用中，JPEG2000被广泛应用于许多领域，如卫星图像、数字摄影、医学影像等。

由于其高压缩比和保持图像质量的能力，JPEG2000能够减少存储和传输的成本，并提高图像的可视化效果。

JPEG2000图像压缩标准及其应用

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JPEG2000高清采集系统软件设计与实现

目前高清节目制作主要采用非线性编辑手段，一般的工
作流程是录像机输出无压缩高清数据，经专用采集卡采集处理后存储到专门的存储设备中，然后将采集到的数据导入专业的非线性编辑软件进行编辑。本文介绍了一种非线性编辑系统中利用ＪＥ００采集卡对无压缩高清数据进行采集编ＰＧ２０
ｒｙｃｒｎｚｄｗｉｅｅｔＥｐｒａｅｓｎｈｏｉｅｔｖｎ．ｘｅｍｅｔｈｗａｅｓｓｅｒｎｌｗｉｅｉｎｄｓｔｒｅａｄｔｅｓｓｅＣａｔｒ，ｏｅａｄｓｏｅＨＤａａｈｉｎｓｓｏｔｔｙｔｍｕｓｗｅｌｔｄｓｇｅｏｆｈｔｈｈｗａｎｙｔｍａｃｐｅｃｄｔｒｈｎｕｎｄｔ
摘
要：介绍一套Ｗｉｏｓ台下基于ＪＥ２０采集卡的高清采集系统，ｎｗ平ｄＰＧ００设计并实现了采集卡的驱动程序与应用程序。驱动程序、应用
程序以及驱动程序与应用程序的同步分别采用ＤＭＡ传输机制、多线程和Ｅｅｔｖｎ方式。实验表明该系统，能实现高清数据的采集、实时编
维普资讯
第３卷第１期４２
ＶＬ４ｏ３
・
计
算
机
工
程
２００８年６月
Ｊｎ０８ｕｅ２０
Ｎｏ１．２
ＣｏｐｕｔｒＥｎｇｎｅｒｎｇｍｅｉｅｉ
多翊体技术及应用・Ｉ
文缩：０＿３８ｏ）＿２＿３文标码Ａ章号ｌ０４（０ｌ＿ｏ＿０＿２２８２０ｏ０＿献识：

JPEG2000核心算法的改进及实现

器性能的核心算法；ＪＥ００中ＥＣ对ＰＧ２０Ｂ０Ｔ算法的位平面编码进行了两点改进，将改进后的算法在ＤＰ硬并Ｓ
件平台上得以实现。实验结果表明改进后的算法具有良好的压缩性能。关键词：图像压缩；ＪＥ００ＢＯＰＧ２０；ＥＣＴ；ＤＰＳ
中图分类号：Ｔ１．１Ｎ９９８文献标识码：Ａ
０引言
作，而这既耗费了大量的工作时间，又大大增加了算法实现的复杂度。为此．本文对其进行了适当优化，并提出了一种高效的存储器处理方式，从而实现了数据处理的流水线操作，大大减少了编码时对存储器的读写次数，在此基础上实现的ＪＥ００编解码器具有ＰＧ２０
第２期（第１９期）总５
２１００年４月
机械工程与自动化
ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＥＮＧＩＥＲＩＮＥＮＧ＆ＡＵＴ０ＭＡＴ１０Ｎ
Ｎｏ．２Ａｐ．ｒ
文章编号：６２６１（０００ — ０９０１７— ４３２１）２００— ３
件和硬件实现中，就需要频繁地对存储器进行读写操
图像数据
正向Ｄ电平位移卜—一Ｉｃ一正向分量变换卜— 正向小波变换卜— 量化 —

压码成流ＨＪ缩流！生码Ｊ
Ｊ码码Ｈｊ式编嵌块入
编码参数
图１ＪＥ００编码流程图ＰＧ２０

JPEG2000核心算法的硬件实现

２ＳｈｏｌｔｎｃＳｉｃｎｎｉｅｎ，ＵＴ，ｈｎｓａ４０７，ｉ）．ｃｏｌｆＥｅｒｉｃｅｅｄＥｇｎｒｇＮＤＣａｇｈ１０３Ｃｎｏｃｏｎａｅｉｈａ
ＡｂｔａｔＩｌｓｏｏｔｅｑｅｔｎｆｋｒｅｌｏｉｍｓｆｒＰ２０ｍａｅａｃｍｐｒｓｎｏｍｅｓｒｃ：ａｕｉｎｔｕｓｉｓｏｅｎｌｇｒｎｌｈｏａｈｔＥＧ００，ｋｏａｉｆｓｏＪｏｏ
计研究，并作了大量的数据仿真。通过对目前一些文献中的算法改进及硬件实现进行分析比较，结归出其中性能较好的算法。文章第二节介绍ＪＥ２０准中的核心算法；ＰＧ００标第三节分析比较小波变换器的改进与实现；四节分析比较ＥＣＴ算法第ＢＯ
（ｂ）ＪＰＥＧ２０００解码器
俏卜ｆ｝＿
反向Ｄｃ电平位移
图１ＪＥ２０ＰＧ００编解码系统框图
作者简介：王国树（９５，，１７一）男重庆人，硕士研究生，主研方向：图象语音信号处理，数据压缩。收稿日期：０６— ９—１２００８
一
本节主要介绍ＪＥ２０ＰＧ００图像压缩标准编码的
１所示。
新标准尽快实现应用，自标准公布以后，多作者许
核心算法。ＪＥ２０ＰＧ００的编码器和解码器框图如图
对标准的核心部分进行了算法改进和硬件实现的设

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第27卷第6期2006年11月微计算机应用MICROCOMPU IER A PPL ICA TIONSVol.27No.6 Nov.2006本文于2005-11-07收到,2005-12-06收到修改稿。

JasPer 软件:JPEG 2000标准的实现李树晓林　鑫(同济大学计算机系　上海　200092)摘　要:J asPer 软件是最新的静态图像压缩标准J PEG2000的实现,它提供了一种表示图像的方法,可以处理图像数据以及以各种格式输入输出。

文章介绍了J asPer 概况,特点,分析了软件核心J asPer library ,详细地讨论了JasPer 的应用,并利用软件得出在J PEG 2000中,小波变换分解层次为5或者6的时候压缩效果(PSNR )相对最优;代码块越大,压缩效果(PSNR )越好。

最后指出了J asPer 软件不足的地方,提出了改进的方案。

关键词:JasPer JPEG 2000　JasPer Library 应用程序JasPer Softw are :JPEG 2000ImplementationL I Shuxiao ,L IN Xin(Dept of Computer Science ,TongJi University ,shanghai ,200092,China )Abstract :Jasper is a software based on J PEG 2000.It provides a means for representing images ,and facilitates the ma 2nipulation of image data and the import &export of such data in many formats.In this paper ,it introduces the feature and analyzers the software core —J asPer Library.Then we discuss its application in detail and find that when the de 2composition level is five or six ,the quality (PSNR )of image compression is higher and when the code block size is big 2ger ,the quality (PSNR )of image compression is st ,we point out the defects of J asPer and give many im 2proved suggestions.K eyw ords :J asPer ,J PEG2000,J asPer Libaray ,Application program1　前言J PEG2000[1]是国际化标准组织(ISO )和国际电子技术联盟(IEC )联合推出的新一代静止图像压缩标准,自1997年开始起草到2000年12月国际标准(IS )正式发布。

它提供了许多新的特征,其中包括:①低码率下的超级压缩特性;②连续色调和二值图像压缩;③支持无损和有损压缩;④渐进性传输;⑤感兴趣区域编码;⑥码流的随机访问和处理;⑦良好的容错性。

将在医疗图像、电子图书馆、彩色传真、数字摄影、遥感等方面广泛应用。

与此同时,支持此标准实现的软件要求应运而生。

JasPer [2]是遵守J PEG2000标准实现的免费的开放性的非商业软件,伴随着J PEG 2000标准的起草制定、征求意见和发布过程中研制出来的。

软件提供表示图像的方法,可以处理各种图像数据以及各种格式的输入输出,文献[3]表明,J asPer 软件已经成为一个非常有用的J PEG 2000实现的工具,在J PEG -2000Part -5标准[4]中已经将J ASPER 软件作为J PEG 2000Part -1编码系统的参考软件。

2　Jasper LibraryJ asPer 软件的核心是J asper Library ,其四个应用程序都调用了此library 。

JasPer 库提供了显示图像,色彩轮廓和其他相关实体的类。

每一个类与其他应用程序都有良好的接口,易于以后扩展。

对图像的处理,以各种格式输入输出各种格式和执行基本的色彩管理操作都是通过J asPer 库完成的,可见其在软件中的核心地位。

其结构如图1。

图1　软件架构此库由两种不同类型的代码组成:①核心代码②编码/解码驱动器。

核心代码提供了一个基本的框架,库就建立在这之上。

编码/解码驱动器提供了以各种格式编码解码的方法。

库中的编码/解码既是模块化,也是易于扩展的。

在核心代码和编码解码驱动器之间的接口定义的很好。

添加一种新6期　李树晓　等:JasPer 软件:J PEG 2000标准的实现的图像格式也很容易实现,无需要修改库,只需要提供代码驱动程序即可。

2.1　核心代码简要介绍核心代码提供的几个关键的类。

(1)Image Class 。

此类的作用就是表示一幅图像,方法如:创建和分解图像,查询图像的性质,查询分量的性质,设置图像的属性(2)Stream Class 。

此类提供了类似于标准的C 库的I/O 流,还有一些额外的功能,如可以联系到一个对象而不是用文件描述符。

(3)Fixed -point number Class 。

提供了支持算术运算,类型转换以及取余运算功能。

2.2　编解码驱动器编解码器主要提供了图像以一种格式编码/解码的方法。

每一个驱动程序都包括三种方法:①编码②解码③确认方法。

编码是将一幅图像转换成流。

解码方法从流中的编码数据产生图像。

确认方法是测试流中的数据是否正确地被图像格式格式化。

因此,如果想使软件支持一种新的图像格式,只需要完成上述三个步骤即可。

3　应用程序Jasper 软件包含四个应用程序:jasper 、jiv 、imginfo 和imgcmp 。

软件都是通过执行这些应用程序而完成某些操作。

(1)jasper 应用程序的介绍和使用。

简而言之,此应用程,在J ASPER 软件中,支持的格式有BMP ,J P2(J PEG -2000J P2),J PC (J PEG2000Code Stream ),J P G ,P GX ,PNM ,MIF ,RAS 。

应用举例。

命令格式为jasper[options ]Jasper --help :打印帮助信息,其中包括命令的选择,命令的含义等等并退出Jasper -f lena.bmp ∃F lena.jp2∃T jp2∃O rate =0.01∃O mode =real :将一幅BMP 格式的lena (图2(a )经过有损压缩,以100:1的压缩比压缩成J PEG 2000格式lena.jp2(图2(b ))。

(2)jiv 应用程序的介绍和使用。

此应用程序主要是为了显示图片。

命令格式为jiv[options ][file1file2…]举例如下:jiv ∃loop lena.jp2:显示刚才压缩后的lena.jp2图像,即图2(b )。

其中-loop 的含义为图片一直显示。

(3)imgcmp 应用程序的介绍和使用。

此应用程序是使用相关参数来比较两幅图片的差异(具体参数请见下面metric 的值),要求两副图片有相同的形貌(相同的高度、宽度、分量的数目等)。

图2　原始图像和重构图像格式为imgcmp [options ]即imgcmp ∃f referenct _image_file ∃F other_image_file [-m metric ]metric 的值可以为psnr (peak signal to noise ratio ),mse (mean squared error ),rmse (root mean squared error ,pae (peak absolute error ),mae (mean absolute error )和equal (e 2quality ).由于论文中都是使用PSNR 参数进行举例的,所以在此做简单解释。

PSNR :即峰值信噪比,通常用分贝表示。

在图像处理的过程中,可将信号功率当作是峰值图像样值数的平方,而噪声功率可认为是该图像中平均平方误差MSE 的平方,值定义为PS N R =103log 2552M S E2MS E =1MN∑M -1x =0∑N -1y =0[f ′(x ,y )-f (x ,y )]212,这里f(x ,y )表示输入图像,f ′(x ,y )表示由对输入先压缩后解压缩得到的f (x ,y )的估计量或近似量,图像大小为M ×N 象素。

PSNR 值越大,表明图像失真越小。

举例:测试分块大小对图像性能的影响将块分别设为8×8,16×16,32×32,64×64,压缩比统一设置为0.02,比较PSNR ,图像大小//注释,将图像按照块设置的大小进行压缩jasper -f lena.bmp ∃F lena8.jp2∃T jp2∃O cblk 2width =8∃O cblkheight =8∃O rate =0.02jasper -f lena.bmp F lena16.jp2T jp2O cblkwidth =16O cblkheight =16O rate =0.02jasper -f lena.bmp F lena32.jp2T jp2O cblkwidth =32O cblkheight =32O rate =0.02jasper -f lena.bmp F lena64.jp2T jp2O cblkwidth =64O cblkheight =64O rate =0.02//注释,得出PSNRimgcmp ∃f lena.bmp ∃F lena8.jp2∃m psnr557微计算机应用2006年　imgcmp ∃f lena.bmp ∃F lena16.jp2∃m psnr imgcmp ∃f lena.bmp ∃F lena32.jp2∃m psnr imgcmp ∃f lena.bmp ∃F lena64.jp2∃m psnr结果见表1表1　块大小对图像压缩性能的影响名称块的长度块的宽度PSNR lena8.jp28828.898602lena16.jp2161630.614238lena32.jp2323230.980770lena.64.jp2646430.995968从表1可看到,随着分块越大,图像质量越好,这说明在满足存储器要求的条件下,选择越大的分块,对图像的压缩质量是有帮助的。