JPEG是( )图像压缩标准 JPEG压缩图像压缩简论

　　摘要：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。本文就JPEG、JPEG2000做简单介绍，以点拓面，对图像压缩技术做初步探讨。
　　关键词：图像压缩 JPEG JPEG2000
　　
　　一、图像压缩
　　图像压缩就是减少表示数字图像时需要的数据量。是指以较少比特有损或无损地表示原来像素矩阵的技术，也称图像编码。
　　在我们的生活中无论是普通人还是一些工作在科研领域的科技工作者，都会对数据信息进行传输与存储有所接触。随着数字时代的到来，影像的制作、处理和存储都脱离了传统的介质（纸、胶片等），相比传统方式，数字图像有着传统方式无法比拟的优越性。但是每种技术出现的同时，都有制约其发展的一面。比如数字电视、遥感照片、由雷达、飞机等提供的军事侦察图像、可视电话、会议电视和传真照片，在教育、商业、管理等领域的图文资料、CT 机、X 射线机等设备的医用图像、天气云图等等，无论是利用哪种传输媒介进行传输的信息，都会都会遇到需要对大量图像数据进行传输与存储的问题。而对大量图像数据进行传输要保证其传输的质量、速度等，对其进行存储也要考虑其大小容量等。所以，要解决大量图像数据的传输与存储，在当前传输媒介中，存在传输带宽的限制，故在一些限制条件下传输尽可能多的活动图像，如何能对图像数据进行最大限度的压缩，并且保证压缩后的重建图像能够被用户所接受等问题，就成为研究图像压缩技术的问题之源。
　　图像数据之所以可以进行压缩，主要是因为一般原始图像数据是高度相关的，都含有大量的冗余信息。图像压缩编码的目的就是消除各种冗余，并在给定的畸变下用尽量少的比特数来表征和重建图像，使它符合预定应用场合的要求。
　　
　　二、JPEG压缩
　　负责开发静止图像压缩标准的“联合图片专家组”（Joint Photographic Expert Group,简称JPEG），于1989年1月形成了基于自适应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算法中首先对图像进行分块处理，一般分成互不重叠的大小的块，再对每一块进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，根据量化表进行量化，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，然后进行哈夫曼编码。
　　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、由于对图像进行分块，在高压缩比时产生严重的方块效应；2、系数进行量化，是有损压缩；3、压缩比不高，小于50。
　　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。
　　2、JPEG压缩的研究状况及其前景
　　针对JPEG在高压缩比情况下，产生方块效应，解压图像较差，近年来提出了不少改进方法，最有效的是下面的两种方法：
　　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进行编码。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。
　　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进行零树编码。
　　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，因此在今后的研究中，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进行压缩。
　　
　　三、JEPG2000压缩
　　JPEG2000是由ISO/IEC JTCISC29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基础上再提高10%~30%，而且压缩后的图像显得更加细腻平滑。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。现在网络上的JPEG图像下载时是按“块”传输的，而JPEG2000格式的图像支持渐进传输，这使用户不必接收整个图像的压缩码流。由JPEG2000采用小波技术，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。
　　2、JPEG2000压缩的前景
　　JPEG2000标准适用于各种图像的压缩编码。其应用领域将包括Internet、传真、打印、遥感、移动通信、医疗、数字图书馆和电子商务等。JPEG2000图像压缩标准将成为21世纪的主流静态图像压缩标准。
　　随着计算机与数字通信技术的迅速发展，特别是网络和多媒体技术的兴起，图像压缩技术已经为开拓全新的应用领域打下了坚实的基础。采用编码压缩技术减少传输数据量，是提高通信速度是解决数据传输的重要手段，压缩技术则是整个数据传输中的关键环节。因为，笔者认为，压缩技术推动了计算机网络的发展，拓宽了多媒体的发展领域，为多媒体计算机发展奠定了基础。
　　
　　参考文献：
　　[1] 李文峰：图像图像处理与应用[M]中国标准出版社，
　　2006。
　　[2] 齐明:基于JPEG2000的静止图像压缩技术研究,吉林大学[J]2010年9月。
　　[3] 张晓娣、刘贵忠、曾召华、张旭：JPEG2000图像压缩编码系统及其关键技术[J]电视技术2001(8)。