基于JPEG和图像分裂的静止图像编码
基于Java语言的JPEG2000图像编码实现
Ｋｅ ｒ ｓ ｗ ｖ ｌｔａ ａ ｙ ｉ ；ｉ ｇ ｏ ｒｓ ｉ ｎ；Ｊ Ｅ ２ ０ ｙ ｗｏ ｄ ： ａ ｅ ｅ ｎ ｌｓｓ ｍａ ｅ ｃ ｍｐ ｅ ｓｏ Ｐ Ｇ ０ ０；Ｊ ｖ ｉ ｕ ｌｍａ ｈ ｎ ａ ａ ｖｒ ａ ｃ ｉｅ ｔ
ｉ ｇ ｏ ｒ ｓ ｉｎ ｓａ ｄ ｒ ｓ ｐｒｓ ｎ ｅ ｍａ ｅ ｃ ｍｐ ｅ ｓｏ ｔ ｎ ａ ｄ ｉ ｅ ｅ ｔｄ． Ｔｈ ｎ ｔ ｅ ｐ ｉｃ ｐ ｅ ｆｗａ ｅｅ ｒ ｎ ｆｒ ｎ ｔ ｅ ｈ ｒｎ ｉ ｌｓ ｏ ｖ ｌｔｔａ ｓｏ ｍｓ ａ ｄ ｉ ｓ
文 章 编 号 ：０ ３—１５ （０ ７ ０ ０ ６ １０ ２ １２０ ）５— ０ ５—０ ３
基 于 Ｊｖ ａ ａ语 言 的 Ｊ Ｅ ０ ０ 图像 编 码 实 现 Ｐ Ｇ２ ０
张 冶 ， 向磊 王
（ 阳 理 工 大 学 信 息 科 学 与 工 程 学 院 ， 宁 沈 阳 １０ ６ ） 沈 辽 １１８
维普资讯
２ ７ 月 ０ 年ｌ ０ ０
第 ２６卷 第 ５期
沈 阳 理 工 大 学 学 报
ＴＲＡＮＳ ＴＩ ＡＣ ＯＮＳ ＯＦ Ｓ ＨＥＮＹＡＮＧ Ｌ ＧＯＮＧ ＵＮＩ Ｉ ＶＥＲＳ ＴＹ Ｉ
Ｖ０ １． ２ ６ Ｎｏ ０ｃ ． ２ Ｏ Ｏ ｔ
摘
要 ： 绍 ＪＥ ２０ 介 Ｐ Ｇ ０ ０静 止 图像 压 缩标 准 及其 特 点 ， 究分 析 小 波 变换 理论 ， 过 细 研 通
化 图像 压 缩的 具体流 程 及 步骤 ， 理 划 分 功 能模 块 ， 化 算 法 ， 高运 行 速 度 ， Ｊｖ 合 优 提 用 ａａ 语 言编写 图像 编码程 序 ． 为更 为合 理 的硬件／ 件混合 模 式提供 依 据和 参考 ． 软
JPEG2000是新一代静止图像压缩国际标准
JPEG2000是新一代静止图像压缩国际标准，具有优越的图像压缩性能和高的图像质量，不仅克服了传统J PEG静止图像压缩标准在高压缩时出现方块效应的缺点，还提供了图像渐进传输、图像质量可伸缩及感兴趣区域编码等特性，可以应用于数码相机、医疗图像、网络传输等方面。
2 JPEG2000标准基本原理2.1 JPEG2000编解码框架JPEG2000编码器编码主要有预处理、小波变换、量化和熵编码等步骤，相对于编码过程，该系统的解码过程比较简单[1]。
JPEG2000编解码器框图如图1和图2所示。
图1 JPEG2000编码器框图图2 JPEG2000解码器框图2.2 JPEG2000编码的核心算法1）DWT变换通过离散小波变换多级小波分解，小波系数既能表示图像片中局部区域的高频信息也能表示图像片中的低频信息。
这样，即使在低比特率的情况下，也能保持较多的图像细节，另外，下一级分解得到的系数所表示图像在水平和垂直方向的分辨率只有上一级小波系数所表示的图像的一半，所以通过对图像的不同级进行解码，就可以得到具有不同空间分辨率的图像。
2）EBCOT算法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（重要性传播编码通道、幅度精炼编码通道、清除编码通道），即位平面编码，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；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[2]。
2.3 EBCOT算法中块编码算法的改进研究及实现在JPEG2000编解码系统中，EBCOT算法是其重要的组成部分。
而EBCOT算法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，无论是无损压缩还是有损压缩，EBCOT算法中的位平面编码时间都占到整个编码耗时的50%以上[3][4]。
图像视频编码的国际标准以及每种图像和视频编码的技术特点
H.261是ITU-T针对可视电话和会议电视、窄带ISDN等要求实时编解码和低延时应用提出的一个编码标准。该标准包含的比特率为p*64Kbit/s，其中p是一个整数，取值范围为1～30，对应比特率为64Kbit/s～92Mbit/s。
6、H.261
H.261标准大体上分为两种编码模式：帧内模式和帧间模式。对于缓和运动的人头肩像，帧间编码模式将占主导位置；而对画面切换频繁或运动剧烈的序列图像，则帧间编码模式要频繁地向帧内编码模式切换。
1）输入/输出图像彩色分量之比可以是4∶2∶0，4∶2∶2，4∶4∶4。
2）输入/输出图像格式不限定。
3）可以直接对隔行扫描视频信号进行处理。
4）在空间分辨率、时间分辨率、信噪比方面的可分级性适合于不同用途的解码图像要求，并可给出传输上不同等级的优先级。
JPEG-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。
JEPG对图像的压缩有很大的伸缩性，图像质量与比特率的关系如下：
a)15～20比特/像素：与原始图像基本没有区别（transparent quality）。
b)075～15比特/像素：极好（excellent quality），满足大多数应用。
c)05～075比特/像素：好至很好（good to very good quality），满足多数应用。
jpeg压缩编码标准
JPEG压缩编码标准是国际标准化组织（ISO）和CCITT联合制定的静态图像的压缩编码标准。
它主要采用预测编码、离散余弦变换以及熵编码的联合编码方式，以去除冗余的图像和彩色数据，属于有损压缩格式。
JPEG压缩编码标准是面向连续色调静止图像的压缩编码标准，具有较高的压缩比，是目前静态图像中压缩比最高的。
它能够将图像压缩在很小的储存空间，一定程度上会造成图像数据的损伤。
JPEG压缩编码标准有多种类型，包括标准JPEG格式、渐进式JPEG格式和JPEG2000格式。
其中，标准JPEG格式在网页下载时只能由上而下依序显示图像，直到图像资料全部下载完毕，才能看到图像全貌；渐进式JPEG格式在网页下载时，先呈现出图像的粗略外观后，再慢慢地呈现出完整的内容；JPEG2000格式是新一代的影像压缩法，压缩品质更高，并可改善在无线传输时，常因信号不稳造成马赛克现象及位置错乱的情况，改善传输的品质。
总之，JPEG压缩编码标准是一种广泛应用于图像处理领域的压缩编码标准，具有较高的压缩比和多种类型，能够满足不同应用场景的需求。
JPEG文件解码详解
JPEG文件解码详解JPEG（Joint Photographic Experts Group）是联合图像专家小组的英文缩写。
它由国际电话与电报咨询委员会CCITT（The International Telegraph and Telep hone Consultative Committee）与国际标准化组织ISO于1986年联合成立的一个小组，负责制定静态数字图像的编码标准。
小组一直致力于标准化工作，开发研制出连续色调、多级灰度、静止图像的数字图像压缩编码方法，即JPEG算法。
JPEG算法被确定为国际通用标准，其适用范围广泛，除用于静态图像编码外，还推广到电视图像序列的帧内图像压缩。
而用JPEG算法压缩出来的静态图片文件称为JPEG文件，扩展名通常为*.jpg、*. jpe、*.jpeg。
JPEG专家组开发了两种基本的压缩算法、两种数据编码方法、四种编码模式。
具体如下：压缩算法：●有损的离散余弦变换（Discrete Cosine Transform，DCT）；●无损的预测技术压缩。
数据编码方法：●哈夫曼编码；●算术编码；编码模式：●基于DCT顺序模式：编/解码通过一次扫描完成；●基于DCT递进模式：编/解码需要多次扫描完成，扫描效果从粗糙到精细，逐级递进；●无损模式：基于DPCM，保证解码后完全精确恢复到原图像采样值；●层次模式：图像在多个空间多种分辨率进行编码，可以根据需要只对低分辨率数据作解码，放弃高分辨率信息。
在实际应用中，JPEG图像使用的是离散余弦变换、哈夫曼编码、顺序模式。
JPEG压缩编码算法的主要计算步骤如下：(0) 8*8分块。
(1) 正向离散余弦变换(FDCT)。
(2) 量化(quantization)。
(3) Z字形编码(zigzag scan)。
(4) 使用差分脉冲编码调制(DPCM)对直流系数(DC)进行编码。
(5) 使用行程长度编码(RLE)对交流系数(AC)进行编码。
静止图像压缩编码简介
静止图像压缩编码简介随着信息技术的发展，静止图像压缩编码技术在信息领域的应用越来越广泛。
如果某种图像编码算法既能够保证质量，又能够存储时占用空间小、传输时占用带宽小，那么该编码算法则越优秀。
JPEG压缩算法就是这样一种既可以避免失真，又能够实现令人满意的压缩比例的算法。
标签：图像编码静止图像压缩JPEG標准多媒体和互联网的发展，图像的存储和传输问题变得越来越突出，要求存储、传输对网络资源的开销尽量低，同时又不能降低存储和传输过程中图像的质量。
因此需要对图像采用合适的方法进行压缩和编码，方便图像存储及传输。
常用的图像文件格式中JPEG以占用空间小，图像质量高等特点而广为用户采用。
上世纪80年代ISO和CCITT 两大标准组织共同推出JPEG压缩算法，它定义了连续色调、多级灰度、静止图像的数字图像压缩算法，是国际上彩色、灰度、静止图像的第一个国际标准。
离散余弦（DCT）则是最小均方误差条件下得出的最佳正交变换，作为多项图像编码国际标准的核心算法而得到广泛应用。
其中最著名的算法即为JPEG图像压缩算法。
DCT算法变换核是余弦函数，计算速度较快，质量劣化程度低，满足图像压缩和其他处理的要求。
按照灰度层次，图像可分为两类：第一类为有灰度层次图像；第二类成为二值图像，即仅黑白层次图像。
电视图像、照片传真、静止图像属于有灰度图像。
而文件传真、二值静止图像则属于二值图像范畴。
经过几十年人们对图像压缩技术的不断研究，并且随着软硬件技术的不断发展，人们已经能够实现大量的图像压缩算法。
早期的图像编码主要基于信息论的理论基础，压缩效果不理想。
最近几年随着相关领域科学的发展，人们的研究重点已经转向视觉生理学和景物分析新的方向上，实现了图像编码技术由第一代向第三代的跨越，实现了非常高的压缩比，极限情况下能达到千分之一。
以最小的代价实现特定质量的图像的传输是图像编码的核心，又称为图像压缩，广泛应用于图像的存储、传输和交换。
在相关过程中对图像信号中存在的冗余都进行压缩编码，能够最大程度实现图像编码的本质。
基于JPEG标准的静止图像压缩
基于JPEG标准的静止图像压缩阴国富;李云飞【摘要】介绍了JPEG压缩标准,详细分析了JPEG标准下的图像压缩编码和解码原理以及实现过程,并在Visual C++中通过CJPEG类提供的JPEG编码和解码函数,实现了对静止图像的数据压缩,达到了高效地存储、传输、处理图像数据的目的.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2008(008)011【总页数】3页(P3001-3003)【关键词】JPEG;DCT;数据压缩【作者】阴国富;李云飞【作者单位】西安电子科技大学,西安,710071;渭南师范学院,计算机科学系,渭南,714000【正文语种】中文【中图分类】基础科学第 8 卷第 II 期 2008 年 6 月1671-1819(2008)11-3001-03科学技术与工程ScienceTechnologyandEngineering Vol.8No.IlJune 2008@2008Sci.Tech.Engng.基于 JPEG标准的静止图像压缩阴国富李云飞（西安电子科技大学，西安 710071 ；渭南师范学院计算机科学系，渭南 714000 ）摘要介绍了 JPEG 压缩标准，详细分析了 JPEG 标准下的图像压缩编码和解码原理以及实现过程，并在 VisualC++ 中通过 CJPEC 类提供的 JPEG 编码和解码函数，实现了对静止图像的数据压缩，达到了高效地存储、传输、处理图像数据的目的。
关键词JPEC DCT数据压缩中图法分类号 TP317.4 ；文献标志码A 1静止图像压缩标准国际标准化组织 (ISO) 和国际电报电话咨询委员会( ccirr)联合成立的专家组 JPEG(JointPhoto- graphicExpertsGroup)于 1991 年 3 月提出了 ISO CDI0918号建议草案：多灰度静止图像的数字压缩编码（通常简称为JPEG 标准）。
这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。
JPEG图像压缩与编码解析
JPEG图像压缩与编码解析
JPEG（Joint Photographic Experts Group）压缩格式，以其易于使用、压缩率高而著称，是应用最为广泛的一种图像压缩格式。
JPEG压缩
算法把图像分为内容和质量两个维度来进行压缩。
下面将详细论述JPEG
图像编码与解码的基本原理。
1.JPEG图像编码过程
（1）空间域转换
空间域转换是将原始图像由空间域变换成更加节省存储空间的频域。
JPEG压缩采用的是离散余弦变换（DCT）这种空间域转换方法，它可以把
图像表示成一系列正交基函数的线性组合，每一个函数表示的是对应的图
像量化值。
利用DCT将一幅图像分成8×8（也有可能是16×16）大小的块，每一个块由64（或者256）个相互独立的像素构成，被称为DCT子块。
（2）频段选择
JPEG图像压缩算法采用频段选择的原则，根据图像中的特征，把空
间域转换之后的低频分量即低频信息传��有损，而只把高频分量即高频
信息传递以达到保留重要信息的目的，在JPEG中，特征的保留按照“从
重要的到不重要的”的顺序进行。
（3）变换。
名词解释与简答题
名词解释同态滤波增强：将图像亮度范围压缩和对比度增强的频域方法。
图像锐化：增强图像的边缘或轮廓或增强被模糊了的细节。
图像平滑：去噪处理。
均值滤波：用邻域像素的灰度平均值替代当前像素的灰度值。
中值滤波：设置一个奇数点的滑动窗口，将窗口中心点的像素值用窗口内各点的中值代替。
数字图像处理：利用计算机对数字图像进行系列操作（计算机图像处理）。
变换编码（DCT）：通过正交变换把图像从空间域转换为能量比较集中的交换域系数，然后对系数进行编码，从而达到压缩数据的目的。
图像分割：将一幅图像划分为互不重叠的区域的处理。
JPEG静止图像编码标准：采用基于变换编码的有损/基于预测编码的无损压缩方案。
MPEG：运动图像编码标准。
图像复原：把退化、模糊了的图像复原.包括图像辐射校正和几何校正等内容。
图像退化：是指图像在形成、传输和记录过程中，由于成像系统、传输介质和设备的不完善，使图像的质量变坏。
几何校正：是由输出图像像素坐标反算输入图像坐标，然后通过灰度再采样求出输出像素灰度值。
图像：图像是对客观存在的物体的一种相似性的、生动的写真或描述图像的数字化：如何由一幅模拟图像获取一幅满足需求的数字图像，使图像便于计算机处理、分析。
图像变换：处理问题简化、有利于特征提取、加强对图像信息的理解。
图像增强：增强图像的有用信息，消弱噪声的干扰。
图像编码：简化图像的表示，压缩图像的数据，便于存储和传输。
数字图象处理系统：一般由图象数字化设备、图象处理计算机和图象输出设备组成。
采样：图像空间位置的离散。
量化：图像灰度的离散化。
LUT：伪彩色查寻表。
灰度直方图：灰度直方图是灰度级的函数，它表示图像具有某种灰度级的像数的个数，反映了图像中每种灰度出现的频数。
直方图均衡化：将原图像通过某种变换，得到一幅灰度直方图为均匀分布的新图像的方法。
直方图规定化增强：使原图像灰度直方图变成规定形状的直方图。
基于阈值的图像分割：通过取灰度门限值对图像像素进行分类。
JPEG图片文件编解码详解
JPEG文件编/解码详解（1）2．初步了解图像数据流的结构1）理论说明分析图像数据流的结构，笔者准备以一个从宏观到微观的顺序为读者详细剖析，即：数据流→最小编码单元→数据单元与颜色分量。
a)在图片像素数据流中，信息可以被分为一段接一段的最小编码单元（Minimum Coded Unit，MCU）数据流。
所谓MCU，是图像中一个正方矩阵像素的数据。
矩阵的大小是这样确定的：查阅标记SOF0，可以得到图像不同颜色分量的采样因子，即Y、Cr、Cb三个分量各自的水平采样因子和垂直采样因子。
大多图片的采样因子为4：1：1或1：1：1。
其中，4：1：1即（2*2）：（1*1）：（1*1））；1：1：1即（1*1）：（1*1）：（1*1）。
记三个分量中水平采样因子最大值为Hmax，垂直采样因子最大值为Vmax，那么单个MCU矩阵的宽就是Hmax*8像素，高就是Vmax*8像素。
如果，整幅图像的宽度和高度不是MCU宽度和高度的整数倍，那么编码时会用某些数值填充进去，保证解码过程中MCU的完整性（解码完成后，可直接忽视图像宽度和高度外的数据）。
在数据流中，MCU的排列方法是从左到右，从上到下。
b)每个MCU又分为若干个数据单元。
数据单元的大小必定为8*8，所以每个MCU的数据单元个数为Hmax*Vmax。
另外JPEG的压缩方法与BMP文件有所不同，它不是把每个像素的颜色分量连续存储在一起的，而是把图片分成Y，Cr，Cb三张子图，然后分别压缩。
而三个颜色分量的采样密度（即采样因子）可能一样（例如1：1：1）也可能不一样（例如4：1：1）。
每个MCU内部，数据的顺序是Y、Cr、Cb。
如果一个颜色分量有多个数据单元，则顺序是从左到右，从上到下。
2）举例说明下面通过一幅32*35的图像，对上面两个问题列出两种采样因子的具体说明。
图1 整张完整的图像（4：1：1）图2 将图像的MCU1放大图1及图3中灰色部分为实际图像大小（32px*35px）；粗虚线表示各个MCU的分界；细虚线表示MCU内部数据单元的分界。
jpeg静态图像压缩编码原理及实现技术
jpeg静态图像压缩编码原理及实现技术jpeg静态图像压缩编码原理及实现技术2011-03-09 21：29 MPEG视频压缩技术是针对运动图象的数据压缩技术。
为了提高压缩比，帧内图象数据和帧间图象数据压缩技术必须同时使用。
MPEG通过帧运动补偿有效地压缩了数据的比特数，它采用了三种图象，帧内图、预测图和双向预测图。
有效地减少了冗余信息。
对于MPEG来说，帧间数据压缩、运动补偿和双向预测，这是和JPEG主要不同的地方。
而JPEG和MPEG相同的地方均采用了DCT帧内图象数据压缩编码。
在JPEG压缩算法中，针对静态图象对DCT系数采用等宽量化，而是MPEG 中视频信号包含有静止画面(帧内图)和运动信息(帧间预测图)等不同的内容，量化器的设计不能采用等宽量化需要作特殊考虑。
从两方面设计，一是量化器综合行程编码能使大部分数据得到压缩；另一方面是通过量化器、编码器使之输出一个与信道传输速率匹配的比特流。
图象压缩的目的和方法图象的数字化表示使得图象信号可以高质量地传输，并便于图像的检索、分析、处理和存储。
但是数字图像的表示需要大量的数据，必须进行数据的压缩。
即使采用多种方法对数据进行了压缩，其数据量仍然巨大，对传输介质、传输方法和存储介质的要求较高。
因此图象压缩编码技术的研究显得特别有意义，也正是由于图象压缩编码技术及传输技术的不断发展、更新，推动了现代多媒体技术应用的迅速发展。
《1》图象压缩的目的图象采样后，如果对之进行简单的8bit量化和PCM编码，其数据量是巨大的。
以CIF(Common Intermediate Format)格式的彩色视频信号为例，若采样速率为25帧/秒，采样样点的Y、U、V分量均为8bit量化，则一秒钟的数据量为：要传输或存储这样大的数据量是非常困难的，必需对其进行压缩编码，在满足实际需要的前提下，尽量减少要传输或存储的数据量。
虽然数字图象的数据量巨大，但图象数据是高度相关的。
JPEG编码解码流程
JPEG图片压缩算法流程详解薛晓利JPEG是Joint Photographic Exports Group的英文缩写，中文称之为联合图像专家小组。
该小组隶属于ISO国际标准化组织，主要负责定制静态数字图像的编码方法，即所谓的JPEG 算法。
JPEG专家组开发了两种基本的压缩算法、两种熵编码方法、四种编码模式。
如下所示：压缩算法：（1）有损的离散余弦变换DCT（Discrete Cosine Transform）（2）无损的预测压缩技术；熵编码方法：（1）Huffman编码；（2）算术编码；编码模式：（1）基于DCT的顺序模式：编码、解码通过一次扫描完成；（2）基于DCT的渐进模式：编码、解码需要多次扫描完成，扫描效果由粗到精，逐级递增；（3）无损模式：基于DPCM，保证解码后完全精确恢复到原图像采样值；（4）层次模式：图像在多个空间分辨率中进行编码，可以根据需要只对低分辨率数据做解码，放弃高分辨率信息；在实际应用中，JPEG图像编码算法使用的大多是离散余弦变换、Huffman编码、顺序编码模式。
这样的方式，被人们称为JPEG的基本系统。
这里介绍的JPEG编码算法的流程，也是针对基本系统而言。
基本系统的JPEG压缩编码算法一共分为11个步骤：颜色模式转换、采样、分块、离散余弦变换（DCT）、Zigzag 扫描排序、量化、DC系数的差分脉冲调制编码、DC系数的中间格式计算、AC系数的游程长度编码、AC系数的中间格式计算、熵编码。
下面，将一一介绍这11个步骤的详细原理和计算过程。
（1）颜色模式转换JPEG采用的是YCrCb颜色空间，而BMP采用的是RGB颜色空间，要想对BMP图片进行压缩，首先需要进行颜色空间的转换。
YCrCb颜色空间中，Y代表亮度，Cr,Cb则代表色度和饱和度(也有人将Cb,Cr两者统称为色度)，三者通常以Y,U,V来表示，即用U代表Cb，用V代表Cr。
RGB和YCrCb之间的转换关系如下所示：Y = 0.299R+0.587G+0.114BCb = -0.1687R-0.3313G+0.5B+128Cr = 0.5R=0.418G-0.0813B+128一般来说，C 值(包括Cb Cr) 应该是一个有符号的数字, 但这里通过加上128，使其变为8位的无符号整数，从而方便数据的存储和计算。
JPEG2000中的图像编码方法
JPEG2000中的图像编码方法摘要:JPEG2000作为新一代的静态图像压缩标准，其克服了JPEG标准在高压缩比时重建图像的方块效应，并且实现了许多新的功能，如渐进编解码、从有损压缩到无损压缩以及感兴趣区域编码等。
本文简单介绍了JPEG2000的新特征以及应用领域，重点讲述了JPEG2000 的基本框架及其编解码流程。
关键字: JPEG2000，图像压缩，编码1.引言JPEG（Joint Photographic Experts Group，联合图像专家组）标准是ISO/IEC联合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）静止图像算法的国际标准。
JPEG算法共有四种运行模式：一种是基于空间预测（DPCM）的无损压缩算法，另外三种是基于DCT的有损压缩算法。
随着计算机多媒体技术和网络通讯技术的不断发展，人们需要具有压缩效果更好、支持更多图像格式，能够提供更多新特性的静态图像压缩标准。
基于以上考虑，联合图像专家组从1977年3月开始着手于图像压缩标准的制定，并将其命名为JPEG2000（ISO15444）。
这一标准不仅是对现有JPEG标准的补充，更在于它放弃了JPEG标准中所采用的以离散余弦变换（DCT）为主的区块编码方法，而采用小波变换（Wavelet Transform）为主的多分辨率编码方式。
小波变换理论是近年来应用数学和工程科学中一个迅速发展的新领域，它是继傅立叶变换之后数学上的一项重大突破。
虽然小波变换和傅立叶变换都是线性变换，但是由于小波变换具有时域和频域的双重局域性的特性，使得小波变换比傅立叶变换更灵活，更有利于信号的时频分析。
本文简要介绍了JPEG2000的新特性，重点阐述了该标准的算法流程及其实现步骤。
2.JPEG2000标准简介由于JPEG本身的缺陷，传统JPEG压缩技术已无法满足人们对多媒体图像资料的要求[1]。
因此，更高压缩率以及更多新功能的新一代静态图像压缩技术JPEG2000就诞生了。
新一代静止图像编码系统——JPEG2000
委 员 会 ） 希 望 这 个 新 的 图 像 压 缩 系统 能 够 适 用 于 不 同类 型 的 静 止 图 像 （ 灰 度 图像 、彩 色 图像 、 多 分 如 量 图像） 以及 具 有 不 同 特 征 的静 止 图 像 （ 自然 图 像 、 合 成 图 像 、 医 学 图 像 、 遥 感 图像 等 ） 并 且 在 不 如 ， 同应 用 场 合 （ 客 户 ／ 务 器 模 式 、 实 时 传 输 、 数 字 图像 检 索 等 ） 得 比 Ｊ Ｅ 更 好 的 压 缩 性 能 ， 这 种 编 如 服 获 ＰＧ 码 系统 能 在 甚 低 比特 率 压 缩 时 提 供 良好 的 率 失 真 特 性 和 主 观 视 觉 质 量 ， 以及 其 它 很 多优 点和 功 能 。 ＩＯ（ 际标 准 组 织 ） Ｅ （ 际 电工 协 会 ） Ｊ Ｃ１Ｓ ９附 属 委 员会 ） Ｇ１（ 作 组 １ Ｓ 国 ／ Ｃ国 Ｉ 的 Ｔ ／Ｃ２ （ ／ Ｗ 工 ）进 行 了标 准
１ Ｊ Ｇ组 织 及 Ｊ Ｅ Ｉ ＰＥ ０ ０ 准 ＰＥ Ｐ Ｇ￣Ｉ ： Ｊ Ｇ２ ０ 标
自从 ８ 年 代 中 期 ， 国 际 电工 协 会 （ Ｃ 和 国 际 标 准 化 组 织 （Ｓ 成 立 了联 合 图 像 专 家 组 ， 制 定 了 ０ Ｉ ） Ｅ Ｉ Ｏ） 黑 白和 彩 色 图像 压 缩 的 国 际 标 准 一Ｊ Ｅ Ｐ Ｇ， 这 个 联 合 图像 专 家 组 就 是 Ｊ Ｅ 组 织 （ｏｎ ｈ ｔｇａ ｈｃ ＰＧ Ｊ ｉｔＰ ｏｏ ｒｐ ｉ Ｅ ｐ ｒ ｏ ｐ 。Ｊ Ｅ 标 准 相 当于 Ｉ Ｏ／ Ｃ 国际 标 准 １ ９ ８ １ 在 比较 了 一 系 列 压 缩 算 法 后 ，Ｊ Ｅ ｘ ｅｔ Ｇｒｕ ） Ｐ Ｇ ｓ Ｓ Ｉ Ｅ ０２ — ， ＰＧ 成员在 １８ ９ ８年 选 择 了 以离 散 余 弦 变 换 ＤＣ 为 核 心 的 编 码 方 法 。 从 １ ８ Ｔ ９ ８年 到 １ ９ ９ ０年 ，Ｊ Ｅ 成 员 继 ＰＧ 续对 算 法 进 行 仿 真 、 测 试 和 证 明 。Ｊ Ｅ 在 １ ９ ＰＧ ９ １年 成 为 国 际 标 准 草 案 ， １ ９ ９ ２年 成 为 国 际 标 准 …。
[课件]专题3：静止图像编码标准(英)PPT
![[课件]专题3：静止图像编码标准(英)PPT](https://img.taocdn.com/s3/m/4d16dc41caaedd3383c4d3b1.png)
Requantize
JPEG standard give the brightness DCT coefficient quantization step
JPEG standard give the chroma DCT coefficient quantization step
Original image sub MB brightness value
Four different modes
Baseline process that must be supported by every JPEG implementation. enhancements to baseline process low compression ratio allows perfect reconstruction of original image accomodate images of different resolutions
Part 1, Core coding system (intended as royalty and license-fee free NB NOT patent-free) Part 2, Extensions (adds more features and sophistication to the core) Part 3, Motion JPEG 2000 Part 4, Conformance Part 5, Reference software (Java and C implementations are available) Part 6, Compound image file format (document imaging, for pre-press and fax-like applications, etc.) Part 7 has been abandoned Part 8, JPSEC (security aspects) Part 9, JPIP (interactive protocols and API) Part 10, JP3D (volumetric imaging) Part 11, JPWL (wireless applications) Part 12, ISO Base Media File Format (common with MPEG-4)
MATLAB实现JPEG标准下的静态图像压缩
MATLAB实现JPEG标准下的静态图像压缩1引言众所周知，原始图像数据会占用大量的存储空间，对于需要大量存储和传输图像的应用领域，需要有效的方法来存储及传输这些图像文件。
因此，对图像信息进行一定的压缩处理成为一个不可或缺的重要环节。
图像数据压缩是指在满足一定图像质量的情况下,用尽可能少的数据量来表示图像。
通常情况下，图像中含有大量的冗余信息，图像压缩的目的就是通过消除这种冗余性，减少图像的存储空间，即保留不确定的信息，去掉确定的信息，也就是用一种更接近信息本质的描述来代替原有冗余的描述。
2图像数据压缩系统2.1图像数据压缩系统的组成典型的图像数据压缩系统的组成如下：（1）变换器由于图像中大量冗余信息的存在，去除图像相关性是提高编码效率的一个很重要的步骤。
变换器是无损变换过程，变换后的图像可以无失真恢复原始图像。
（2）量化器生成一组有限个离散符号来表示压缩的图像。
量化过程是一个幅值离散的过程，它是不可逆的，也是有损耗的。
（3）编码器给量化器输出的每个符号指定一个码字，即二进制位流。
编码器可以使用定长编码或变长编码，变长编码又称为熵编码。
图像符号的编码过程和变换过程一样是无损耗的，即编码和解码过程是可逆过程。
2.2图像压缩系统评价不同的图像压缩系统，由于其应用环境与处理目标不尽相同，因此系统结构和具体算法的选择是千变万化的。
为了对图像系统的性能有一个统一和全面的评价，我们通常从恢复图像质量，压缩率，算法复杂度以及通信时延几个方面来考察一个图像处理系统的压缩效果和可实现性及实用性。
压缩比就是原始图像大小与采用某种算法压缩后的图像大小的比值。
恢复图像的高质量与高压缩比总是一对矛盾，因此这一对矛盾解决得好坏就成了评判压缩算法优劣的重要标准。
3 JPEG标准由国际标准化组织（ISO/IEC）与国际电报电话咨询委员会（CCITT）联合发起的联合图像专家组，在图像编码研究成果的基础上于20世纪90年代初制定了静止图像的编码标准，简称JPEG（Joint Photographic Expert Group）标准[1]。
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Ｊ Ｐ Ｅ Ｇ（ ｊ ｏ ｉ ｎ ｔ ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ ｇ ｒ ａ ｐ ｈ ｉ ｃ ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｔ ｓ ｇ ｒ ｏ ｕ ｐ）标
随着 比特 率 的提高 ， 这 种方法 的率 失真性 能变差 ，
准¨ 以其优 良 的压 缩 性 能 和 较 低 的计 量也不能得到 明显
第３ ５ 卷 第４ 期
２ ０ １ ３年 ８ 川
武 汉理工大学学报 （ 信息与管理工程版 ）
Ｊ Ｏ Ｕ Ｒ Ｎ Ａ Ｌ Ｏ Ｆ ＷＵ Ｔ （ Ｉ Ｎ Ｆ Ｏ Ｒ ＭＡ Ｔ Ｉ Ｏ Ｎ＆ＭＡ Ｎ Ａ Ｇ Ｅ Ｍ Ｅ Ｎ Ｔ Ｅ Ｎ Ｇ Ｉ Ｎ Ｅ Ｅ Ｒ Ｉ Ｎ Ｇ）
Ｖｏ １ ． ３ ５ Ｎｏ． ４
项 目（ ２ ０ １ ３～Ｉ Ｖ一０ ２ ３ ） ．
４ ７ ０
武汉理工大学学报（ 信息与管理工程版）
２ ０ １ ３年 ８月
考 虑到 式 （ １ ） ， 对 于 由原始 图像 每 个 ２×２
像块 右下像 素构成 的 Ｒ Ｄ， 其 预测残 差 为 ：
ｅ ｒ ｒ Ｒ Ｄ（ ｉ √ ）＝Ｒ Ｄ（ ｉ √ ）一 Ｒ － － ＇ ｌ Ｊ （ ｉ ， ｊ ）：Ｒ Ｄ（ ｉ ， ｊ ）一
［Ｉ （ ２ ｉ ＋１ ， ２ ｊ＋１ ）一Ｉ （ ２ ｉ ， ２ ｊ ） ］＋ ［ Ｉ （ ２ ｉ ， ２ ｊ ） 一 Ｉ （ ／ 一１ ２ ， ＋１ ） ］一［ Ｉ （ ２ ｉ＋１ ， ２ ｊ一１ ）一１ （ ／， ２ ） ］ ｝＝
现方块 效应 。针 对 该 问题 ， 文献 ［ ２ ］ 通 过 对 未 经
如果 能够 把插 值残 差 进行 编码 再 传输 到 解 码 器 ， 那 么提 高的 比特 率 有 望改 善 图像质 量 。鉴 于此 ， 算法 首先 将一 幅原始 图像 通过 亚 采样 分裂 得 到 ４ 幅相似 的图像 ， 然后 对其 中一 幅进行 Ｊ Ｐ Ｅ Ｇ编 码 ， 再 利用其 解码 图像 插值 预测 另 外 ３幅 图像 ， 预
改善 。原 因在 于 ， 亚采 样 造 成不 可恢 复 的信 息损
失， 提 高 的 比特 率 难 以进 一 步 减 小 插 值 残 差 Ｊ 。
而成为 一种 针对 自然 图像 广 泛 使 用 的压 缩 方法 。 然而 ， 在 低 比特 率 条 件 下 Ｊ Ｐ Ｅ Ｇ 的重 建 图像 会 呈
摘
要： 钊‘ 对Ｊ Ｐ Ｅ Ｇ和 “ 亚采样 一 Ｊ Ｐ Ｅ Ｇ一插值 ” 方案都 不能在所有 比特率下 取得最佳 解码 图像 质量 的问
题， 以亚采样方 式将原始 图像分裂为 ４幅相似的子图像 ， 对其 中一幅子 图像 Ｌ Ｕ进行 Ｊ Ｐ Ｅ Ｇ编码 ， 然后 利用其
解码 图像插值预测另外 ３幅子 图像 ， 并 利用子 图像 Ｌ 的 ２阶方向导数 预测插值残差 的模值 ， 实现 了将残差按 模值降序排列从而保证较大的残差被首先扫描 和编码 。实验结果表 明， 该方法 的率失 真性能优于 “ 亚采样 一
比特 率下 能 够得 到 高于 Ｊ Ｐ Ｅ Ｇ 的图像 质量 。但 是
图１ 所提 出算法 的编码／ 解码框架
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３— ０ １— ０ ２ ．
作者简介 ： 刘雪冬（ １ ９ ７ ６一 ） ， 男， 内蒙古化德人 ， 武汉理工大学信息工程学 院副教授 ； 博士． 基金项 目： 圈家 自然科学基金资助项 目（ ６ １ ０ ０ １ ０ ８ ２ ） ； 湖北省博士后科技活动择优基金资助项 目； 中央 高校基本科研 业务费专项基金 资助
１
Ｏ
１
２
３
４
５
６
７
估计 的残 差模 递减序号／ ×１ ０
图 ３ 按照 Ｌ ｅ ｎ ａ （ ５ １ ２× ５ １ ２ ） 的 子 图像 Ｌ Ｕ二 阶导 数 模
１ （ ２ ／ ＋ １ ， ＋ １ ） ］ ＝ — ｝ ｛ ［ ， （ ， ） 一 ， （ 一 １ ， 一 １ ） ］ 一
Ｊ Ｐ Ｅ Ｇ一插值 ” 方案 。就重建 图像 质量而言 ， 在低 比特率 条件 下高于 Ｊ Ｐ Ｅ Ｇ， 而在 中高 比特率下则接近 Ｊ Ｐ Ｅ Ｇ。
关键词 ： 图像编码 ； 图像分裂 ； Ｊ Ｐ Ｅ Ｇ； 插值预测 ； ２阶方 向导数 ； 模值排序
中 图分 类号 ： Ｔ Ｎ ９ １ ９ ． ８ １ Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ３ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． ２ ０ ９ ５— ３ ８ ５ ２ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ４ ． ０ ０ ２
Ａｕ ｇ． ２０１ ３
文章编号 ： ２ ０ ９ ５— ３ ８ ５ ２ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４— ０ ４ ６ ８— ０ ５
文献标志码 ： Ａ
基于 Ｊ Ｐ Ｅ Ｇ 和 图像 分 裂 的静 止 图像 编 码
刘 雪冬 ， 杨 杰 ， 张 康
（ 武汉理工大学 信息工程学院 ， 湖北 武汉 ４ ３ ０ ０ ７ ０ ）
测 残差 也被 编码 传 输 。笔 者 所提 出算 法 的编 码／
解 码框架 如 图 １所示 。
避化 的 Ｄ Ｃ Ｔ系数 进行 预测 ， 提 供 了一个 后处 理 系
统来 减 轻 方块 效 应 ， 同 时 减 少 了边 缘 的 模 糊 度 。 解决 方块效 应 的另一种 思路 是对 原始 图像亚 采样 后进行 Ｊ Ｐ Ｅ Ｇ编码 ， 最后 解码 器利 用该 Ｊ Ｐ Ｅ Ｇ解 码 图像进 行插 值 重 建 原 始 图 像 Ｊ 。该 方 法 在 甚 低
１ ＾ ＾
÷［ （ ｉ ， ）＋ （ ｉ √ ＋１ ）＋ （ ｉ＋１ ， ）＋
Ｌ Ｕ （ ｉ ＋ １ ， Ｊ ＋ １ ） ］ Ｉ （ ２ ｉ ， ２ ｊ ）～￣ － ［ Ｉ （ ２ ｉ 一１ ，
一
＾
１
１ ）＋， （ ２ 一１ ， ２ ｊ＋１ ）＋， （ ２ ＋１ ， ２ ｊ一１ ）＋