JPEG算法研究及發(fā)展前景研究復(fù)習(xí)進程

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。JPEG算法研究及發(fā)展前景研究學(xué)號24082401933多媒體技術(shù)（考查論文）題目：JPEG算法研究及發(fā)展前景研究作者武祥瑞E-mail1023098422系別機電系屆別2008屆指導(dǎo)教師劉勝鋼職稱講師完成時間2011年6月21日目錄TOCo1-3u0引言PAGEREF_Toc296471805hIII1靜態(tài)圖像壓縮標準JPEGPAGEREF_Toc296471806hIII2JPEG語法結(jié)構(gòu)PAGEREF_Toc296471807hIII3JPEG算法設(shè)計與實現(xiàn)PAGEREF_Toc296471808

2、hIV4展望PAGEREF_Toc296471809hV參考文獻PAGEREF_Toc296471810hV致謝PAGEREF_Toc296471811hVIJPEG算法研究及發(fā)展前景研究摘要：JPEG標準主要應(yīng)用于靜止圖像的壓縮。相同圖像質(zhì)量條件下，JPEG文件擁有比其他圖像文件格式更高的壓縮比。靜止圖像壓縮主要包括變換、量化和編碼，其中量化對壓縮的性能（圖質(zhì)和壓縮比）起決定作用，它涉及質(zhì)量因子和基本量化表的確定。文章描述了JPEG的文件格式，并進一步對當(dāng)前的靜止圖像的壓縮編碼領(lǐng)域發(fā)展前景作出展望。關(guān)鍵詞:JPEG；圖像壓縮；壓縮編碼；基本量化表引言在圖像處理領(lǐng)域，隨著人們對于圖像數(shù)據(jù)量的要

3、求越來越大。圖像數(shù)據(jù)如果不進行有效壓縮處理的話，不論是處理、傳輸還是存儲，都將面臨極大的困難?，F(xiàn)有的計算機的處理能力也難以處理這么大的數(shù)據(jù)信息，絕大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)的帶寬，也不足以承載如此巨大的數(shù)據(jù)傳輸速率。只有對圖像數(shù)據(jù)進行壓縮后，才適宜于處理，從而可大大減少用于傳輸和存儲的工作量。所以，圖像數(shù)據(jù)在處理、傳輸和存儲前必須要進行壓縮，解決這一問題的有效方法就是利用數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)。為了實現(xiàn)靜止圖像低復(fù)雜度和高壓縮比的有效統(tǒng)一。近年來JPEG標準在靜止圖像處理領(lǐng)域受到了廣泛的關(guān)注，并對JPEG壓縮編碼算法的應(yīng)用及發(fā)展前景進行研究。靜態(tài)圖像壓縮標準JPEGJPEG1是聯(lián)合圖像專家組(JointPictureE

4、xpertGroup)的英文縮寫，是國際標準化組織(ISO)和CCITT聯(lián)合制定的靜態(tài)圖像的壓縮編碼標準。和相同圖像質(zhì)量的其它常用文件格式(如GIF，TIFF，PCX)相比，JPEG是目前靜態(tài)圖像中壓縮比最高的。為了進一步提高壓縮比2，需要對其再進行熵編碼，這里選用霍夫曼壓縮編碼。Huffman3編碼是一種常用的壓縮編碼方法。它的基本原理是頻繁使用的數(shù)據(jù)用較短的代碼代替，較少使用的數(shù)據(jù)用較長的代碼代替，每個數(shù)據(jù)的代碼各不相同。這些代碼都是二進制碼，且碼的長度是可變的。JPEG語法結(jié)構(gòu)圖l描述了JPEG格式的整體組成部分。4圖l基于DcT的循序模式、漸進模式和無失真模式的語法結(jié)構(gòu)圖l中的三個標識

5、定義如下：SOl為圖像標識的開始；EOI為圖像標識的結(jié)束；RST。為重設(shè)標識。圖1的頂部描述了以標識S01開頭和EOI結(jié)尾的一幀圖像的JPEG格式。第二層描述了一幀圖像的結(jié)構(gòu)，可以看到，一幀中包含了量化表、幀頭的信息。第三層描述了掃描段的結(jié)構(gòu)m-，它存儲了哈夫曼表、掃描頭及各掃描段的信息。第叫層描述了每個熵編碼段由熵編碼后的最小編碼單元(MCU)序列的組成，包含了基本的編碼后DC和AC系數(shù)的值。JPEG算法設(shè)計與實現(xiàn)JPEG壓縮編碼算法的主要計算步驟如下：(如圖2、3所示)正向離散余弦變換(FDCT)。量化(quantization)。Z字形編碼(zigzagscan)。使用差分脈沖編碼調(diào)制(

6、differentialpulsecodemodulation，DPCM)對直流系數(shù)(DC)進行編碼。使用行程長度編碼(run-lengthencoding，RLE)對交流系數(shù)(AC)進行編碼。熵編碼(entropycoding)。JPEG專家組開發(fā)了兩種基本的壓縮算法，一種是采用以離散余弦變換(DiscreteCosineTransform，DCT)為基礎(chǔ)的有損壓縮算法，另一種是采用以預(yù)測技術(shù)為基礎(chǔ)的無損壓縮算法。使用有損壓縮算法時，在壓縮比為25:1的情況下，壓縮后還原得到的圖像與原始圖像相比較，非圖像專家難于找出它們之間的區(qū)別，因此得到了廣泛的應(yīng)用。例如，在V-CD和DVD-Video電

7、視圖像壓縮技術(shù)中，就使用JPEG的有損壓縮算法來取消空間方向上的冗余數(shù)據(jù)。為了在保證圖像質(zhì)量的前提下進一步提高壓縮比，近年來JPEG專家組正在制定JPEG2000(簡稱JP2000)標準，這個標準中將采用小波變換(wavelet)算法。JPEG壓縮是有損壓縮，它利用了人的視角系統(tǒng)的特性，使用量化和無損壓縮編碼相結(jié)合來去掉視角的冗余信息和數(shù)據(jù)本身的冗余信息。壓縮編碼大致分成三個步驟：1.使用正向離散余弦變換(forwarddiscretecosinetransform，F(xiàn)DCT)把空間域表示的圖變換成頻率域表示的圖。DCT基解碼器壓縮圖像數(shù)據(jù)熵解碼器逆量化器IDCT重構(gòu)圖像數(shù)據(jù)熵編碼表量化表圖3

8、DCT基解壓縮步驟DCT基編碼器壓縮圖像數(shù)據(jù)FDCT量化器熵編碼器源圖像數(shù)據(jù)NN圖像塊量化表熵編碼表圖2DCT基壓縮編碼步驟2.使用加權(quán)函數(shù)對DCT系數(shù)進行量化，這個加權(quán)函數(shù)對于人的視覺系統(tǒng)是最佳的。3.使用霍夫曼可變字長編碼器對量化系數(shù)進行編碼。展望隨著圖像壓縮編碼技術(shù)的不斷完善發(fā)展，又提出了JPEG2000標準，它是由JPEG標準發(fā)展起來的，同樣是由JPEG組織負責(zé)制定的圖像格式標準。并把它作為JPEG標準的一個更新?lián)Q代標準。它的目標是進一步改進目前壓縮算法的性能，以適應(yīng)低帶寬、高噪聲的環(huán)境。JPEG2000之所以相對于現(xiàn)在的JPEG標準有了很大的技術(shù)飛躍，就是因為它放棄了JPEG所采用的

9、以離散余弦變換算法(DiscreteCosineTransform)為主的區(qū)塊編碼方式，而改用以離散小波變換算法(DiscreteWaveletTransform)為主的多解析編碼方式。離散小波變換算法是現(xiàn)代譜分析工具在圖像處理與圖像分析領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。JPEG2000標準提供了一套新的特征，這些特征對于一些新產(chǎn)品(如數(shù)碼相機)和應(yīng)用(如互聯(lián)網(wǎng))是非常重要的。它把JPEG的四種模式(順序模式、漸進模式、無損模式和分層模式)集成在一個標準之中，在編碼端以最大的壓縮質(zhì)量(包括無失真壓縮)和最大的圖像分辨率壓縮圖像，在解碼端可以從碼流中以任意的圖像質(zhì)量和分辨率解壓圖像，最大可達到編碼時的圖像質(zhì)

10、量和分辨率。由于JPEG2000在很多方面有了改進，它的重要性也日益顯示出來。當(dāng)然，在一些低復(fù)雜度的應(yīng)用中，JPEG2000不可能代替JPEG，因為JPEG2000的算法復(fù)雜度不能滿足這些領(lǐng)域的要求。參考文獻1Is0IEcJTCISC29WGl0SJPEGCommitteeDraftCDl0918。19912徐盛等基于JPEG-LS幀問擴展的圖像無損壓縮算法J計算機與數(shù)字工程，2006，(3)3FridrichJ，GoljanM，HogeaDSteganalysisofJPEGimages：breakingtheF5algorithmiCProc5thintworkshopinformationHidingNoordwijkerhout，th