第8章圖像壓縮的理論ppt課件

1、第第8章章圖像壓縮圖像壓縮8.18.1 基本概念基本概念8.28.2 圖像壓縮模型圖像壓縮模型8.38.3 信息論基礎(chǔ)信息論基礎(chǔ)8.4 8.4 方法方法第第8章章 圖像壓縮圖像壓縮l圖像壓縮的必要性圖像壓縮的必要性計(jì)算機(jī)圖像處理中的數(shù)字圖像其灰度多數(shù)用計(jì)算機(jī)圖像處理中的數(shù)字圖像其灰度多數(shù)用8bit8bit來(lái)量化，一幅最來(lái)量化，一幅最簡(jiǎn)單的黑白照片簡(jiǎn)單的黑白照片, ,若按若按512512512512點(diǎn)陣取樣點(diǎn)陣取樣, ,表示這幅圖像的二進(jìn)制數(shù)表示這幅圖像的二進(jìn)制數(shù)據(jù)量：據(jù)量：而醫(yī)學(xué)圖像處理和其他科研應(yīng)用的圖像的灰度量化可用到而醫(yī)學(xué)圖像處理和其他科研應(yīng)用的圖像的灰度量化可用到12bit12bit以

2、以上，所需數(shù)據(jù)量上，所需數(shù)據(jù)量: :遙感圖像如遙感圖像如SARSAR圖像用圖像用8bit8bit量化，量化，100100公里公里* *100100公里，公里，10m10m分辨率的分辨率的圖像的大小為圖像的大小為10000100001000010000。這樣一個(gè)地區(qū)的圖像需。這樣一個(gè)地區(qū)的圖像需108B=100MB108B=100MB以以上。這無(wú)疑對(duì)圖象的存儲(chǔ)、處置、傳送帶來(lái)很大的困難。上。這無(wú)疑對(duì)圖象的存儲(chǔ)、處置、傳送帶來(lái)很大的困難。1024 1024 12121.5MbitMByte512 512 82256MbitKByte動(dòng)態(tài)視頻數(shù)據(jù)量更大。動(dòng)態(tài)視頻數(shù)據(jù)量更大。數(shù)字高清：數(shù)字高清：108

3、0i/50Hz1080i/50Hz19201920* *10801080* *2424* *50=2 488 320 000 =2.5Gb/s50=2 488 320 000 =2.5Gb/s視頻信號(hào)的傳輸率約為視頻信號(hào)的傳輸率約為2.5GB/s2.5GB/s這樣大的數(shù)據(jù)量不僅超出了計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)和處理能力，更是當(dāng)前通信信道的傳這樣大的數(shù)據(jù)量不僅超出了計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)和處理能力，更是當(dāng)前通信信道的傳輸速率所不及的。因而，為了存儲(chǔ)、處理和傳輸這些數(shù)據(jù)，必須進(jìn)行壓縮。輸速率所不及的。因而，為了存儲(chǔ)、處理和傳輸這些數(shù)據(jù)，必須進(jìn)行壓縮。 傳輸 存儲(chǔ)壓縮解壓介質(zhì)壓縮解壓信道主要目的主要目的第第8章章 圖像壓縮

4、圖像壓縮在保持一定圖像質(zhì)量的條件下，以盡可能少的比特?cái)?shù)表示圖像。l l 第第8章章 圖像壓縮圖像壓縮圖像壓縮的方法圖像壓縮的方法消除冗余數(shù)據(jù)，從數(shù)學(xué)角度看，將原始圖像消除冗余數(shù)據(jù)，從數(shù)學(xué)角度看，將原始圖像轉(zhuǎn)化為從統(tǒng)計(jì)角度看盡可能不相關(guān)的數(shù)據(jù)集轉(zhuǎn)化為從統(tǒng)計(jì)角度看盡可能不相關(guān)的數(shù)據(jù)集一般分為兩類：一般分為兩類：無(wú)損壓縮：在壓縮和解壓縮過(guò)程中沒(méi)有信息損無(wú)損壓縮：在壓縮和解壓縮過(guò)程中沒(méi)有信息損失失有損壓縮：能取得較高的壓縮率，但壓縮后不能有損壓縮：能取得較高的壓縮率，但壓縮后不能通過(guò)解壓縮恢復(fù)原狀通過(guò)解壓縮恢復(fù)原狀其它：如根據(jù)需要，即可進(jìn)行無(wú)損，也可進(jìn)行有其它：如根據(jù)需要，即可進(jìn)行無(wú)損，也可進(jìn)行有損壓

5、縮的技術(shù)；準(zhǔn)無(wú)損技術(shù)損壓縮的技術(shù)；準(zhǔn)無(wú)損技術(shù)l 圖像壓縮的理論基礎(chǔ)圖像壓縮的理論基礎(chǔ)信息論信息論圖像處理的概念和技術(shù)圖像處理的概念和技術(shù)l壓縮方法壓縮方法預(yù)測(cè)編碼方法對(duì)應(yīng)空域方法）預(yù)測(cè)編碼方法對(duì)應(yīng)空域方法）變換編碼方法對(duì)應(yīng)頻域方法）變換編碼方法對(duì)應(yīng)頻域方法）第第8章章 圖像壓縮圖像壓縮8.1 基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)l數(shù)據(jù)冗余的概念數(shù)據(jù)冗余的概念數(shù)據(jù)是用來(lái)表示信息的。如果不同的方法表示等量的信息使用了不同的數(shù)據(jù)量，那么使用數(shù)據(jù)是用來(lái)表示信息的。如果不同的方法表示等量的信息使用了不同的數(shù)據(jù)量，那么使用較多數(shù)據(jù)量的方法中，有些數(shù)據(jù)必然是代表了無(wú)用的信息，或者是重復(fù)地表示了其它數(shù)據(jù)已表較多數(shù)據(jù)量的方法中，有

6、些數(shù)據(jù)必然是代表了無(wú)用的信息，或者是重復(fù)地表示了其它數(shù)據(jù)已表示的信息，這就是數(shù)據(jù)冗余的概念。示的信息，這就是數(shù)據(jù)冗余的概念。第第8章章 圖像壓縮圖像壓縮同量的數(shù)據(jù)可表達(dá)不同量的信息同量的信息可用不同量的數(shù)據(jù)表達(dá)冗余 數(shù)據(jù)表達(dá)了無(wú)用的信息 數(shù)據(jù)表達(dá)了已表達(dá)的信息8.1 基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)l數(shù)據(jù)冗余的數(shù)學(xué)量化數(shù)據(jù)冗余的數(shù)學(xué)量化如果如果b b和和bb代表兩個(gè)表示相同信息的數(shù)據(jù)集合中所攜載信息單元的數(shù)量，則代表兩個(gè)表示相同信息的數(shù)據(jù)集合中所攜載信息單元的數(shù)量，則b b表示的數(shù)據(jù)集合的相對(duì)數(shù)據(jù)冗余表示的數(shù)據(jù)集合的相對(duì)數(shù)據(jù)冗余R R定義為：定義為：壓壓縮縮率率：第第一一個(gè)個(gè)數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)集集合合； 第第二二個(gè)個(gè)數(shù)

7、數(shù)據(jù)據(jù)集集合合；、 表表示示同同一一信信息息量量；(8.1 2)bCbbbbb 11(8.1 1)RC 第第8章章 圖像壓縮圖像壓縮l相對(duì)數(shù)據(jù)冗余和壓縮率的一些特例相對(duì)數(shù)據(jù)冗余和壓縮率的一些特例b b相對(duì)于相對(duì)于b bCR對(duì)應(yīng)的情況對(duì)應(yīng)的情況b = bb = b1 10 0第第1 1種表達(dá)相對(duì)第種表達(dá)相對(duì)第2 2種種表達(dá)不含冗表達(dá)不含冗余數(shù)據(jù)余數(shù)據(jù)b bb b1 1第第1 1種數(shù)據(jù)集合包含相種數(shù)據(jù)集合包含相當(dāng)多的冗余數(shù)據(jù)當(dāng)多的冗余數(shù)據(jù)b bb 4+7+1244+7+1），），6464位數(shù)據(jù)時(shí)就需要位數(shù)據(jù)時(shí)就需要7 7位驗(yàn)證碼位驗(yàn)證碼2764+7+12764+7+1），大家可以），大家可以依此推

8、算。此時(shí)，它們的編碼規(guī)則也與依此推算。此時(shí)，它們的編碼規(guī)則也與4 4位時(shí)不一樣了。位時(shí)不一樣了。 21kkn其中：其中：k k代表驗(yàn)證碼的個(gè)數(shù)，代表驗(yàn)證碼的個(gè)數(shù)，n n代表數(shù)據(jù)位的個(gè)數(shù)。代表數(shù)據(jù)位的個(gè)數(shù)。 l漢明漢明(7，4) 碼（碼（ 1950年）：年）：其編碼由其編碼由4 4數(shù)據(jù)比特到數(shù)據(jù)比特到7 7位，增加三個(gè)奇偶校驗(yàn)碼。漢明位，增加三個(gè)奇偶校驗(yàn)碼。漢明(7,4)(7,4)可以檢可以檢測(cè)并糾正單比特錯(cuò)誤，且也能檢測(cè)雙比特錯(cuò)誤；測(cè)并糾正單比特錯(cuò)誤，且也能檢測(cè)雙比特錯(cuò)誤；圖像壓縮模型圖像壓縮模型原數(shù)據(jù)流原數(shù)據(jù)流4bit)4bit)：32 10b b b b原數(shù)據(jù)流的原數(shù)據(jù)流的hammingh

9、amming碼碼7bit)7bit)：12432 10bbhbhbh其中：其中： 組成冗余碼組成冗余碼132023104210,hbbbhbbbhbbb 1243203 1 02 1 0,h hhb b bb b bb b b注注意意：和和分分別別是是位位字字段段，和和的的奇奇偶偶效效驗(yàn)驗(yàn)位位。132023112404210,cbhbbcbbbchhbbb “一位錯(cuò)誤效驗(yàn)字一位錯(cuò)誤效驗(yàn)字 的值就是錯(cuò)誤發(fā)生的位置！的值就是錯(cuò)誤發(fā)生的位置！42 1c c c42 1210011,min(011)(3)c c chamg 例例如如：如如果果的的值值為為則則碼碼中中發(fā)發(fā)生生錯(cuò)錯(cuò)誤誤的的位位為為第第3

10、3位位l漢明漢明(7，4) 碼應(yīng)用舉例：碼應(yīng)用舉例：圖像壓縮模型圖像壓縮模型原數(shù)據(jù)流原數(shù)據(jù)流4bit)4bit)：32 101101b b b b 原數(shù)據(jù)流的原數(shù)據(jù)流的hamminghamming碼碼7bit)7bit)：32 11402110 0101bb b bh hh 132023104211240111010011111111cbbbcbbbcbbbhhh 如果第如果第3 3個(gè)從左到右算起數(shù)據(jù)位在傳輸途中因干擾而變成了個(gè)從左到右算起數(shù)據(jù)位在傳輸途中因干擾而變成了1 1，即，即1 1 1 11 1 1010000 1檢測(cè)時(shí)，檢測(cè)時(shí)， 42 1210(110)(6)c c c 糾錯(cuò)代碼糾錯(cuò)

11、代碼 從高到低排列為二進(jìn)制編碼從高到低排列為二進(jìn)制編碼110110，換算成十進(jìn)制就是，換算成十進(jìn)制就是6 6，也就是說(shuō)第也就是說(shuō)第6 6位從左到右算起數(shù)據(jù)錯(cuò)了，而數(shù)據(jù)第位從左到右算起數(shù)據(jù)錯(cuò)了，而數(shù)據(jù)第3 3位從左到右算位從左到右算起在漢明碼編碼后的位置正好是第起在漢明碼編碼后的位置正好是第6 6位。位。 42 1c c c8.4 圖像壓縮方法圖像壓縮方法1 .無(wú)損壓縮Lossless Compression）:香農(nóng)信息保持編碼定理：8.4 圖像壓縮方法圖像壓縮方法1 .無(wú)損壓縮Lossless Compression）:舉例：算術(shù)編碼 在信源各符號(hào)概率接近的條件下，算術(shù)編碼是一種優(yōu)于Huffm

12、an編碼的方法。 對(duì)整個(gè)符號(hào)序列編碼，而不是對(duì)單個(gè)符號(hào)編碼。 信源符號(hào)序列算術(shù)碼字0至1之間的實(shí)數(shù)間隔）0.068最終二進(jìn)制碼為？算術(shù)編碼 練一練練一練 根據(jù)信源的概率分布進(jìn)行算術(shù)編碼。已知信源的概根據(jù)信源的概率分布進(jìn)行算術(shù)編碼。已知信源的概率分布為率分布為 求二進(jìn)制序列求二進(jìn)制序列011的編碼。的編碼。535210X8.4 圖像壓縮方法圖像壓縮方法2 .有損壓縮Lossy Compression）:舉例1：預(yù)測(cè)編碼 利用鄰近像素之間的相關(guān)性，預(yù)測(cè)像素的灰度值，對(duì)實(shí)際值與預(yù)測(cè)值之間的誤差值進(jìn)行編碼 差分脈沖編碼調(diào)制 DifferentialPulseCodeModulation，DPCM (幀

13、內(nèi)預(yù)測(cè)編碼)DPCM系統(tǒng)的組成 通過(guò)分析可以得出以下結(jié)論： 圖像的相關(guān)性越強(qiáng)，壓縮效果越好。 當(dāng)某個(gè)階數(shù)已使EeN, eN 1 0時(shí)，即使再增加預(yù)測(cè)點(diǎn)數(shù)，壓縮效果也不可能繼續(xù)提高。當(dāng)前像素與鄰近像素的位置關(guān)系常用預(yù)測(cè)器方案 前值預(yù)測(cè)：用x0同一行的最近鄰近像素來(lái)預(yù)測(cè) =x0 一維預(yù)測(cè)：如圖中的x1、x5。 二維預(yù)測(cè)：如圖中的 x1、x2、x3、x4、x5、x6、x7等。x 例如：JPEG預(yù)測(cè)編碼8.4 圖像壓縮方法圖像壓縮方法2 .有損壓縮Lossy Compression）:舉例2：變換編碼 二維離散小波變換小波分析是小波分析是20世紀(jì)世紀(jì)80年代開(kāi)始逐漸發(fā)展成熟的應(yīng)用數(shù)學(xué)的一年代開(kāi)始逐漸發(fā)

14、展成熟的應(yīng)用數(shù)學(xué)的一個(gè)分支。個(gè)分支。主要特點(diǎn)：主要特點(diǎn)：對(duì)時(shí)間二維信號(hào)為空間）對(duì)時(shí)間二維信號(hào)為空間）-頻率的雙重分析和多分辨率分析頻率的雙重分析和多分辨率分析能力。能力。被譽(yù)為被譽(yù)為“數(shù)學(xué)顯微鏡數(shù)學(xué)顯微鏡”，在信號(hào)和圖像處理等領(lǐng)域具有重要的，在信號(hào)和圖像處理等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。應(yīng)用價(jià)值。二維離散小波變換定義二維離散小波變換逼近，并采用Mallat二維快速算法求解。與DFT類似，可分離二維小波變換最終可轉(zhuǎn)化為兩次一維小波變換。圖3.14可分離二維小波變換的頻率域分解（a1層分解（b2層分解（c3層分解逆變換重構(gòu)算法按相反的步驟進(jìn)行 這樣就構(gòu)成了2D DWT的金字塔結(jié)構(gòu)。 由于小波變換的理論

15、和算法比較復(fù)雜，從應(yīng)用的角度看，請(qǐng)將注意力集中在用MATLAB對(duì)圖像進(jìn)行小波變換和重構(gòu)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中。64與小波函數(shù)有關(guān)的與小波函數(shù)有關(guān)的MatlabMatlab函數(shù)函數(shù) 65waveinfo(db); %顯示顯示db系小波信息系小波信息phi,psi,xval=wavefun(db2,10); %得到得到db2的尺度函數(shù)和小波函數(shù)的尺度函數(shù)和小波函數(shù)subplot(242);plot(xval,phi,k); %顯示尺度函數(shù)顯示尺度函數(shù)axis(0 3 -0.5 1.5);axis square; title(db2 尺度函數(shù)尺度函數(shù));subplot(243); plot(xval,psi,

16、k); %顯示小波函數(shù)顯示小波函數(shù)axis(0 3 -1.5 1.5);axis square; title(db2 小波函數(shù)小波函數(shù)); lo_d,hi_d,lo_r,hi_r=wfilters(db2); %得到得到db2的相關(guān)濾波器的相關(guān)濾波器subplot(245); stem(lo_d,ok); title(db2 分解低通濾波器分解低通濾波器);subplot(246); stem(hi_d,ok) ；title(db2 分解高通濾波器分解高通濾波器);subplot(247);stem(lo_r,ok); title(db2 重構(gòu)低通濾波器重構(gòu)低通濾波器);subplot(248

17、); stem(hi_r,ok); title(db2 重構(gòu)高通濾波器重構(gòu)高通濾波器);【例】構(gòu)建濾波器【例】對(duì)圖像實(shí)現(xiàn)小波變換bior3.7是雙正交樣條小波對(duì)應(yīng)的濾波器。圖像：wbarb.mat?！窘狻縈ATLAB程序如下：load wbarb;%從磁盤(pán)調(diào)入磁盤(pán)文件wbarb.matimage(X);%將矩陣X顯示為圖像.colormap(map); %配合函數(shù)image()畫(huà)出連續(xù)的灰度圖cA1,cH1,cV1,cD1 = dwt2(X,bior3.7); %對(duì)X進(jìn)行DWT，bior3.7是雙正交樣條小波對(duì)應(yīng)的濾波器A1 = upcoef2(a,cA1,bior3.7,1);H1 = up

18、coef2(h,cV1,bior3.7,1);V1 = upcoef2(v,cV1,bior3.7,1);D1 = upcoef2(d,cD1,bior3.7,1);figure;colormap(map) ; subplot(2,2,1); image(wcodemat(A1,180);title(Approximation A1)subplot(2,2,2); image(wcodemat(H1, 255);title(Horizontal Detail H1)subplot(2,2,3); image(wcodemat(V1,255);title(Vertical Detail V1)s

19、ubplot(2,2,4); image(wcodemat(D1,255);title(Diagonal Detail D1)Y = 2.0*IDWT2(A1,H1,V1,D1, bior3.7);Y = imresize(Y,0.5);figure; image(Y);colormap(map);圖3.15一層小波變換（a原圖像 （b逆變換后的圖像圖3.15一層小波變換（c一層小波變換的4個(gè)分量小波變換應(yīng)用示例 如何得到清晰圖?小波變換應(yīng)用示例 直接將兩圖相加,問(wèn)題?+小波變換應(yīng)用示例 多聚焦圖像數(shù)據(jù)融合圖像復(fù)原）多聚焦圖像數(shù)據(jù)融合圖像復(fù)原） 利用小波變換，將圖像分解為高頻和低頻的兩類分利用

20、小波變換，將圖像分解為高頻和低頻的兩類分量量小波變換應(yīng)用示例 多聚焦圖像數(shù)據(jù)融合圖像復(fù)原）多聚焦圖像數(shù)據(jù)融合圖像復(fù)原） 利用小波變換，將圖像分解為高頻和低頻的兩類分利用小波變換，將圖像分解為高頻和低頻的兩類分量量 分別融合兩圖的高頻和低頻的兩類分量分別融合兩圖的高頻和低頻的兩類分量 如何融合如何融合? ? 低頻低頻, ,高頻分別相加高頻分別相加? ?小波變換應(yīng)用示例 多聚焦圖像數(shù)據(jù)融合圖像復(fù)原）多聚焦圖像數(shù)據(jù)融合圖像復(fù)原） 利用小波變換，將圖像分解為高頻和低頻的兩類分利用小波變換，將圖像分解為高頻和低頻的兩類分量量 分別融合兩圖的高頻和低頻的兩類分量分別融合兩圖的高頻和低頻的兩類分量 低頻低頻

21、, ,高頻分別按不同規(guī)則融合高頻分別按不同規(guī)則融合 低頻：求平均低頻：求平均/ /取最大值取最大值 高頻：線性加高頻：線性加/ /領(lǐng)域方差加權(quán)平均的方法領(lǐng)域方差加權(quán)平均的方法75小波變換域小波系數(shù)分析小波變換域小波系數(shù)分析 1. 1. 小波變換系數(shù)分析小波變換系數(shù)分析 76小波變換域小波系數(shù)分析小波變換域小波系數(shù)分析 2. 2. 小波變換系數(shù)分析小波變換系數(shù)分析 77小波變換域小波系數(shù)分析小波變換域小波系數(shù)分析 78小波變換域小波系數(shù)分析小波變換域小波系數(shù)分析 可基于離散小波變換實(shí)現(xiàn)圖像的壓縮可基于離散小波變換實(shí)現(xiàn)圖像的壓縮8.4 圖像壓縮方法圖像壓縮方法3 .新型的圖像壓縮編碼方法舉例：分形

22、編碼fractal coding） 模型編碼利用對(duì)圖像建模的方法對(duì)圖像參數(shù)模型編碼利用對(duì)圖像建模的方法對(duì)圖像參數(shù)進(jìn)行估計(jì)。由于參數(shù)的數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于圖像進(jìn)行估計(jì)。由于參數(shù)的數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于圖像的數(shù)據(jù)量，因而用模型編碼對(duì)壓縮數(shù)據(jù)量極的數(shù)據(jù)量，因而用模型編碼對(duì)壓縮數(shù)據(jù)量極其有效。其有效。分形 (fractal) 的基本概念 分形的基本思想來(lái)源于數(shù)學(xué)上對(duì)客觀世界一些現(xiàn)象的自相似性描述。 分形是一種由許多與全局相似的局部所構(gòu)成的形體。分形編碼的效果分形編碼的效果 分形壓縮的發(fā)明者之一、美國(guó)分形壓縮的發(fā)明者之一、美國(guó)GeorgiaGeorgia理工學(xué)院的數(shù)學(xué)家理工學(xué)院的數(shù)學(xué)家M.F.BarnslyM.F.B

23、arnsly于于19881988年在年在BYTEBYTE雜志上利用分行方法對(duì)幾幅簡(jiǎn)單雜志上利用分行方法對(duì)幾幅簡(jiǎn)單的、具有明顯相似特征的圖像進(jìn)行壓縮，其壓縮比達(dá)到的、具有明顯相似特征的圖像進(jìn)行壓縮，其壓縮比達(dá)到1000010000：1 1。 目前采用的全自動(dòng)的分形壓縮，對(duì)灰度圖像的壓縮比可以達(dá)到目前采用的全自動(dòng)的分形壓縮，對(duì)灰度圖像的壓縮比可以達(dá)到4 4：1 1100100：1 1，對(duì)彩色圖像的壓縮比還要更高些。，對(duì)彩色圖像的壓縮比還要更高些。 美國(guó)美國(guó)IteratedIterated公司對(duì)分辨率為公司對(duì)分辨率為640640480480的彩色圖像進(jìn)行壓縮，的彩色圖像進(jìn)行壓縮，壓縮比為壓縮比為92

24、92：1 1。壓縮時(shí)間為。壓縮時(shí)間為2 2分分2121秒，解壓縮時(shí)間為秒，解壓縮時(shí)間為2.42.4秒。秒。這種不對(duì)稱性符合用戶的要求。這種不對(duì)稱性符合用戶的要求。8.4 圖像壓縮方法圖像壓縮方法4 .壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn) 在靜態(tài)圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)中，比較著名的有JPEG、JBIG等標(biāo)準(zhǔn)。 視頻可看成是一幅幅不同但相關(guān)的靜態(tài)圖像的時(shí)間序列。 靜態(tài)圖像的壓縮技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)可以直接應(yīng)用于視頻的單幀圖像。 適用于靜態(tài)圖像的JPEG標(biāo)準(zhǔn) 新的JPEG2000壓縮國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)彩色與灰度圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)JPEG JPEG算法與系統(tǒng)JPEGJointPhotographicExpertsGroup是一個(gè)由ISO和IEC兩個(gè)組織機(jī)構(gòu)

25、聯(lián)合組成的一個(gè)專家組，負(fù)責(zé)制定靜態(tài)的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)專家組開(kāi)發(fā)的算法稱為JPEG算法，并且成為國(guó)際上通用的標(biāo)準(zhǔn)，因此又稱為JPEG標(biāo)準(zhǔn)。JPEG是一個(gè)適用范圍很廣的靜態(tài)圖像數(shù)據(jù)壓縮標(biāo)準(zhǔn)，既可用于灰度圖像又可用于彩色圖像。JPEG編/解碼器算法框圖JPEG的視頻應(yīng)用與硬件實(shí)現(xiàn) 盡管JPEG標(biāo)準(zhǔn)是基于彩色靜止圖像壓縮而提出的，但對(duì)于壓縮視頻的幀內(nèi)圖像也十分有效。 每秒可處理2700萬(wàn)個(gè)像素的單片JPEG編/解碼器芯片，已能實(shí)時(shí)處理常規(guī)電視圖像。 M-JPEGMotion-JPEG技術(shù)即運(yùn)動(dòng)靜止圖像壓縮技術(shù)。 這種技術(shù)廣泛應(yīng)用于可精確到幀編輯和多層圖像處理的非線性編輯領(lǐng)域。 M-JPE

26、G的壓縮和解壓縮是對(duì)稱的，可由相同的硬件和軟件實(shí)現(xiàn)。新一代靜止圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)：新一代靜止圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)： JPEG2000 JPEG2000概述概述 隨著多媒體技術(shù)應(yīng)用的不隨著多媒體技術(shù)應(yīng)用的不斷增加，圖像壓縮技術(shù)要求斷增加，圖像壓縮技術(shù)要求具有較高的壓縮性能，而且具有較高的壓縮性能，而且還要求有新的特征來(lái)滿足一還要求有新的特征來(lái)滿足一些特殊的要求。為此，國(guó)際些特殊的要求。為此，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織標(biāo)準(zhǔn)化組織ISOISO指定了指定了新一代靜止圖像新一代靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)：壓縮標(biāo)準(zhǔn)：JPEG2000JPEG2000。通過(guò)。通過(guò)對(duì)對(duì)JPEG2000JPEG2000中核心算法中核心算法EBCOTEBCO

27、T的分析，闡述了的分析，闡述了JPEG2000JPEG2000壓縮標(biāo)準(zhǔn)新的特征，壓縮標(biāo)準(zhǔn)新的特征，以及與現(xiàn)有壓縮標(biāo)準(zhǔn)相比顯以及與現(xiàn)有壓縮標(biāo)準(zhǔn)相比顯示出來(lái)的優(yōu)越性能。示出來(lái)的優(yōu)越性能。 JPEG JPEG 全名為全名為 Joint Photographic Experts Group Joint Photographic Experts Group聯(lián)合圖聯(lián)合圖像專家組），它是一個(gè)在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織像專家組），它是一個(gè)在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織(ISO)(ISO)下從事靜態(tài)圖像壓下從事靜態(tài)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)制定的委員會(huì)。它制定出了第一套國(guó)標(biāo)靜態(tài)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)：縮標(biāo)準(zhǔn)制定的委員會(huì)。它制定出了第一套國(guó)標(biāo)靜態(tài)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)：IS

28、O 10918-1 ISO 10918-1 就是我們所說(shuō)的就是我們所說(shuō)的 JPEG JPEG。由于。由于JPEGJPEG優(yōu)良的品質(zhì)，使優(yōu)良的品質(zhì)，使得它在短短的幾年內(nèi)就獲得極大的成功，目前網(wǎng)站上百分之八十得它在短短的幾年內(nèi)就獲得極大的成功，目前網(wǎng)站上百分之八十的圖像都是采用的圖像都是采用JPEGJPEG的壓縮標(biāo)準(zhǔn)。然而隨著多媒體應(yīng)用領(lǐng)域的激的壓縮標(biāo)準(zhǔn)。然而隨著多媒體應(yīng)用領(lǐng)域的激增增, ,傳統(tǒng)傳統(tǒng)JPEGJPEG壓縮技術(shù)已無(wú)法滿足人們對(duì)多媒體圖像資料的要求。壓縮技術(shù)已無(wú)法滿足人們對(duì)多媒體圖像資料的要求。因而，更高壓縮率以及更多新功能的新一代靜態(tài)圖像壓縮技術(shù)因而，更高壓縮率以及更多新功能的新一代靜

29、態(tài)圖像壓縮技術(shù)JPEG 2000JPEG 2000就誕生了。就誕生了。引言：引言：JPEG 2000 JPEG 2000 正式名稱為正式名稱為:ISO 15444:ISO 15444，同樣是由，同樣是由JPEG JPEG 組織負(fù)責(zé)制定。組織負(fù)責(zé)制定。該標(biāo)準(zhǔn)是由聯(lián)合圖像專家組于該標(biāo)準(zhǔn)是由聯(lián)合圖像專家組于20192019年開(kāi)始征集提案，年開(kāi)始征集提案，20002000年年1212月正式公布月正式公布JPEG2000JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)。它的目標(biāo)是在高壓縮率的情況下，如何保證圖像傳輸它的目標(biāo)是在高壓縮率的情況下，如何保證圖像傳輸?shù)馁|(zhì)量。的質(zhì)量。JPEG 2000JPEG 2000采用以小波轉(zhuǎn)換

30、采用以小波轉(zhuǎn)換(Wavelet Transform) (Wavelet Transform) 為主的多分辨率編碼方式。為主的多分辨率編碼方式。 它的核心算法是它的核心算法是EBCOT EBCOT （請(qǐng)課后去查閱相關(guān)資料（請(qǐng)課后去查閱相關(guān)資料_）。）。JPEG2000JPEG2000還將彩色靜態(tài)畫(huà)面采用的還將彩色靜態(tài)畫(huà)面采用的JPEGJPEG編碼方式、編碼方式、2 2值圖像采用的值圖像采用的JBIG(Joint Binary Image Group)JBIG(Joint Binary Image Group)編碼方式統(tǒng)一起來(lái)，成為對(duì)應(yīng)各種圖像的通用編編碼方式統(tǒng)一起來(lái)，成為對(duì)應(yīng)各種圖像的通用編碼方

31、式。碼方式。簡(jiǎn)單原理圖簡(jiǎn)單原理圖 JPEG 2000與傳統(tǒng)JPEG最大的不同，在于它放棄了JPEG 所采用的以離散馀弦轉(zhuǎn)換(Discrete Cosine Transform) （對(duì)相關(guān)理論感興趣的同學(xué)請(qǐng)課后查閱_）為主的區(qū)塊編碼方式，而改采以小波轉(zhuǎn)換(Wavelet transform)為主的多解析編碼方式。小波轉(zhuǎn)換的主要目的是要將圖像的頻率成分抽取出來(lái)。1. JPEG2000是怎么產(chǎn)生的？（產(chǎn)生的背景）是怎么產(chǎn)生的？（產(chǎn)生的背景） 2. JPEG2000是怎么工作的？（原理）是怎么工作的？（原理）3. JPEG2000的優(yōu)勢(shì)所在？的優(yōu)勢(shì)所在？4. JPEG2000應(yīng)用在哪些方面？應(yīng)用在哪些

32、方面？JPEG2000的新特征的新特征JPEG2000JPEG2000把把JPEGJPEG的四種模式順序模式，漸進(jìn)模的四種模式順序模式，漸進(jìn)模式，無(wú)損模式和分層模式集成在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)之中。式，無(wú)損模式和分層模式集成在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)之中。在編碼端以最大的壓縮質(zhì)量包括無(wú)失真壓縮在編碼端以最大的壓縮質(zhì)量包括無(wú)失真壓縮和最大的圖像分辨率來(lái)壓縮圖像。和最大的圖像分辨率來(lái)壓縮圖像。在解碼端可以從碼流中以任意的圖像質(zhì)量和分辨在解碼端可以從碼流中以任意的圖像質(zhì)量和分辨率解壓圖像，最大可達(dá)到編碼時(shí)的圖像質(zhì)量和分辨率解壓圖像，最大可達(dá)到編碼時(shí)的圖像質(zhì)量和分辨率。率。JPEG 2000的應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用領(lǐng)域 可大致分成兩個(gè)方面

33、： 一方面面向傳統(tǒng)的JPEG市場(chǎng) 如打印、掃描、數(shù)字?jǐn)z像、遙感等 另一方面面向一些新興的應(yīng)用領(lǐng)域 如網(wǎng)路傳輸、彩色傳真、無(wú)線通訊，醫(yī)療影像、電子商務(wù)等。JPEG2000最主要的特征最主要的特征高壓縮率高壓縮率無(wú)損壓縮和有損壓縮無(wú)損壓縮和有損壓縮漸進(jìn)傳輸漸進(jìn)傳輸感興趣區(qū)域壓縮感興趣區(qū)域壓縮碼流的隨機(jī)訪問(wèn)和處理碼流的隨機(jī)訪問(wèn)和處理容錯(cuò)性容錯(cuò)性開(kāi)放的框架結(jié)構(gòu)開(kāi)放的框架結(jié)構(gòu)基于內(nèi)容的描述基于內(nèi)容的描述 由于在離散子波變換算法中，圖像可以轉(zhuǎn)換成一系列可更加有效存儲(chǔ)像素模塊的由于在離散子波變換算法中，圖像可以轉(zhuǎn)換成一系列可更加有效存儲(chǔ)像素模塊的“子子波波”，因而，因而，JPEG2000JPEG2000格式

34、的圖片壓縮比可在現(xiàn)在的格式的圖片壓縮比可在現(xiàn)在的JPEGJPEG基礎(chǔ)上再提高基礎(chǔ)上再提高10%30%10%30%，而且壓縮后，而且壓縮后的圖像顯得更加細(xì)膩平滑，這一特征在互聯(lián)網(wǎng)和遙感等圖像傳輸領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。的圖像顯得更加細(xì)膩平滑，這一特征在互聯(lián)網(wǎng)和遙感等圖像傳輸領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。高壓縮率：高壓縮率：無(wú)損壓縮和有損壓縮：無(wú)損壓縮和有損壓縮： JPEG2000提供無(wú)損和有損兩種壓縮方式。無(wú)損壓縮在許多領(lǐng)域是必須的，例如醫(yī)學(xué)圖像中有時(shí)有損壓縮是不能忍受的，再如圖像檔案中為了保存重要信息較高的圖像質(zhì)量是必然的要求。同時(shí)，JPEG2000提供的是嵌入式碼流，允許從有損到無(wú)損的漸進(jìn)解壓。漸進(jìn)傳輸：

35、漸進(jìn)傳輸： 現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)上的JPEG圖像下載時(shí)是按“塊傳輸?shù)?，因此只能一行一行地顯示，而采用JPEG 2000格式的圖像支持漸進(jìn)傳輸(Progressive Transmission)。所謂的漸進(jìn)傳輸就是先傳輸圖像輪廓數(shù)據(jù)，然后再逐步傳輸其他數(shù)據(jù)來(lái)不斷提高圖像質(zhì)量，互聯(lián)網(wǎng)、打印機(jī)和圖像文檔是這一特性的主要應(yīng)用場(chǎng)合。感興趣區(qū)域壓縮：感興趣區(qū)域壓縮： 可以指定圖片上感興趣區(qū)域(Region Of Interest),然后在壓縮時(shí)對(duì)這些區(qū)域指定壓縮質(zhì)量，或在恢復(fù)時(shí)指定某些區(qū)域的解壓縮要求。這是因?yàn)樽硬ㄔ诳臻g和頻率域上具有局域性，要完全恢復(fù)圖像中的某個(gè)局部，并不需要所有編碼都被精確保管，只要對(duì)應(yīng)它的一部分

36、編碼沒(méi)有誤差就可以了。碼流的隨機(jī)訪問(wèn)和處理：碼流的隨機(jī)訪問(wèn)和處理： 這一特征允許用戶在圖像中隨機(jī)地定義感興趣區(qū)域，使得這一區(qū)域的的圖像質(zhì)量高于其它圖像區(qū)域；碼流的隨機(jī)處理允許用戶進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、挪動(dòng)、濾波和特征提取等操作。容錯(cuò)性：容錯(cuò)性： 在碼流中提供容錯(cuò)性有時(shí)是必要的，例如在無(wú)線等傳輸誤碼很高的通信信道中傳輸圖像時(shí)，沒(méi)有容錯(cuò)性是讓人不能接受的。開(kāi)放的框架結(jié)構(gòu)：開(kāi)放的框架結(jié)構(gòu)： 為了在不同的圖像類型和應(yīng)用領(lǐng)域優(yōu)化編碼系統(tǒng)，提供一個(gè)開(kāi)放的框架結(jié)構(gòu)是必須的,在這種開(kāi)放的結(jié)構(gòu)中,編碼器只實(shí)現(xiàn)核心的工具算法和碼流的解析，如果需要,解碼器可以要求數(shù)據(jù)源發(fā)送未知的工具算法?；趦?nèi)容的描述：基于內(nèi)容的描述： 圖像文檔、圖像索引和搜索在圖像處理中是圖像文檔、圖像索引和搜索在圖像處理中是一個(gè)重要的領(lǐng)域，一個(gè)重要的領(lǐng)域，MPE