《電子與通信工程專業(yè)英語》課件第8章

Unit8JPEG2000:RetrospectiveandNewDevelopmentsNEWWORDSANDPHRASES

NOTES EXERCISES

參考譯文

EXTENSIVETEXT

1．Introduction

JPEG2000isanewimagecompressionstandarddevelopedundertheauspicesofISO/IECJTC1/SC29/WG1(commonlyknowastheJointPhotographicExpertsGroup(JPEG)committee).Thestandardmakesuseofseveralrecentadvancesincompressiontechnologytodeliversuperiorcompressionperformanceandprovidesmanyadvancedfeaturesinscalability,flexibility,andsystemsfunctionalitiesthatoutperformitspredecessor,theoriginalJPEGstandard[1].Inparticular,JPEG2000usesadiscretewavelettransform(DWT)inplaceofthediscretecosinetransform(DCT)ofJPEG.Itusesasophisticatedcodingmechanismthatsupportsflexible,finelyembeddedrepresentationoftheimagesothatmanydesirablefeaturesareprovidedinonesinglebitstream.JPEG2000placesstrongemphasisonscalabilitytotheextentthatvirtuallyallJPEG2000bitsreamsarehighlyscalable.Thispapergivesanoverviewofthistriumphininnovationsandteamwork.Itgivesbriefintroductionstothefournewparts:①InteractiveTools,ApplicationProgrammingInterfaces,andProtocols(JPIP)；②SecureJPEG2000(JPWL)；③3-DData(JP3D)；④

Wireless(JPWL)thatareundercurrentlydevelopmentbytheJPEGcommittee.ItattemptstosummarizethelessonslearnedfromtheJPEG2000developmentexperienceanddrawsomeconclusionsonthesuccessfactorsofthisimportantstandard.

2．DevelopmentofJPEG2000

1)

OriginalJPEG

TheoriginalJPEGstandard,whichwasdevelopedinthelate1980s,isaverysuccessfulstandardintermsofitswidespreadusebyverylargenumberofdigitalimagingapplications.ThetechnologyadoptedinbaselineJPEGatthetimeofitsdevelopmentwasbasedonasimple,efficient8-by-8DCTcompressionalgorithmthatusesHuffmancoding,operatedinsequentialmodeandrestrictedto8-b/pixelinput.Besidesitstechnicalmerits,thesuccessenjoyedbyJPEGcanbeattributedtotheavailabilityofthefreeandefficientsoftwaredevelopedbytheIndependentJPEGGroup(IJG).PartofthesuccessofJPEGwasduetotheintroductionoftheJFIFfileformatthatmakesthepopularfileextension(image.jpg),whichissynonymouswithJPEGcompressedimages,ubiquitousinimagingapplications.Interestingly,theJFIFfileformatwasnotpartoftheoriginalJPEGstandard,asthecommittee’sgoalwastostandardizeasetofcompressiontools,andtheimportanceofaninterchangefileformatwasonlyrealizedasanafterthought.WewillseethatinthedevelopmentofJPEG2000,specialimportancewasgiventothedevelopmentoftherelevantfileformatssothatimagingapplicationswiththegreatestsystemsfunctionalitiescanbeaccomplished.

OtherimagefileformatsthatuseJPEGasthebasecompressiontechnologyhavebeendevelopedbytheindustryinthe1990stosatisfytheneedsofdifferentimagingapplications.Amongthem,theEXIFfileformat,usedinthemajorityofdigitalcameras,wasdesignedtoincludethemetadataassociatedwithaJPEGcompresseddigitalimage.TIFF/EPisanotherstandardthatprovidesamethodtoencapsulateJPEGimageswithrelevantmetadata.

Besidestheneedforhandlingmetadata,theneedtodeliververyhighresolutionimagesovertheInternetalsomotivatethedevelopmentoftheFlashPixfileformatinthemid-1990s.FlashPixisaJPEG-basedmultiresolutiontiledimagefileformatthatallowsimagestobestoredatdifferentresolutionsforcommonapplicationsinofficesandhomes,suchaseditingorprinting.ThedevelopmentofFlashPix,whichwasprimarilydrivenasanindustryconsortiumstandardbyagroupofcompanies(Hewlett-Packard,Kodak,Microsoft,andLivePicture),illustratesthedifferentapproachestakenindevelopmentstandardswithdifferentoutcomes.

2)

MotivationforJPEG2000

DespitethesuccessofJPEGinthe1990s,agrowingnumberofnewapplicationssuchashigh-resolutionimagery,digitallibraries,high-fidelitycolorimaging,multimediaandinternetapplications,wireless,medicalimaging,etc.,requireadditional,enhancedfunctionalitiesfromacompressionstandardthatJPEGcannotsatisfyduetosomeofitsinherentshortcomingsanddesignpointsthatwerebeyondthescopeofJPEGwhenitwasdevelopedinthepreviousdecade[2].TheshortcomingsofJPEGcanbeseeninanumberofareas:distortionandartifacts,ineffectivehandlingofhigh-qualityimages,poorcompressionforlosslessimages,lackofeffectivecolor-spacesupport,andlackofresolutionscaling.DistortionandartifactsintroducedbyJPEGincompressionlargeimages,especiallyathighcompressionrates,manifestinthewellknownblockingortilingartifactswhereeach8-by-8-pixelregiondevelopedwell-definededges,andringingartifactswheresmallwavesappearnexttosharpedgesintheimage.ThelimitationofJPEG’s64-kilopixelsampleshaveproventobetoorestrictiveformanynewimagingapplicationssuchasmedicalandhigh-resolutionimagery.Thelackofeffectivecolor-spacesupportinJPEGseverelyhindersitsadoptioninprepressandothergraphicsartsapplicationswhereconsistentcolorinformationfromimagecapturetoediting,display,orprintinghastobetightlymanaged[3].Finally,poorcompressionforlosslessimagesisalsoseenasalimitationbecausethelosslessmodeinJPEGisaccomplishedbyacompletelydifferentmethodthanthelossymode,andmovingfromonetotheotherrequirescompletelydecodingandrecodingtheimage.

WhiletheextendedJPEGsystems(suchasFlashPixandotherproprietaryfileformats)couldaddresssomeoftheseshortcomings,theirresultsweremixedandwidespreadadoptionswerenotseen.SomeofthesesolutionsweredrivenbyindustryconsortiathatareoperatingbasedonbusinessneedsasthefirstobjectiveandlackedthewidereachingdevelopmentprocessofaformalstandardsapproachsuchastheISOstandardizationprocess.Othersolutionsthatweredrivenbyproprietarytechnologiesbysinglecompanyaretiedtoparticularproductsthatoftenresultedinlimitedmarketadoption.

Inthemid-1990s,theJPEGcommitteehadanopportunitytostartanewworkitemtoaddresstheseissues,andtheresultistheJPEG2000familyofimagecodingstandards.

3)

DevelopmentofJPEG2000

AtthetimeofthecompleteoftheJPEGseriesofimagecompressionstandard(ISO/IEC10918-1to4)intheearly1990s,theJPEGcommitteeaddedanewprojectthataimedforthelosslessandnear-losslesscompressionofcontinuous-tonestillimagestoaddresstheinadequateperformanceofJPEG.TheresultofthatactivitywasthepublicationoftheISO/IEC14495ITU-TT.87standard,calledJPEG-LS,whichofferedanewimprovedmethodforcodingphotographicimageswithoutloss,orwithwell-defineddistortion,whichisveryusefulinmedicalimagingandotherswheremanyeditsmaybeexpectedofanoriginalimage.OutofthemanysubmissionsforJPEG-LStechnology,therewasawavelet-basedtechnologysubmittedbyRicohcalledCREWthatprovided,inasinglecompressedbit-stream,acontinuouslosslesstolossycompressionscheme.EventhoughCREWwasnotadoptedasthetechnologyforJPEG-LS,theinterestingsetoffeaturesthatCREWillustratedwasverymuchappreciatedbythecommittee.Subsequentlyanewnetworkitemforanewcompressionsystem(latercalledJPEG2000)wasestablished,thatkick-startingtheJPEG2000project.

InMarch1997,acallforproposalswasissuedseekingtoproduceastandardto“addressareaswherecurrentstandardsfailedtoproducethebestqualityorperformance,”“providecapabilitiestomarketsthatcurrentlydonotusecompression,”and“provideanopensystemapproachtoimagingapplications.”Inadditiontothecallforcontributions,theJPEGcommitteereleasedasetof40testimagestobeprocessedandsubmittedforevaluation.InNovember1997,morethan20algorithmsweresubmittedandevaluatedbytheJPEGcommittee.Awavelet-basedcompressionmethodwasadoptedasthebackboneofthenewstandard.Acomprehensiverequirementsdocumentwasdevelopedthatdefinedalltheapplicationareasofthestandardalongwithasetofmandatoryandoptionalrequirementsforeachapplication[4].InMarch1998,thefirstversionofareferencetestenvironmentcalledtheJPEG2000VerificationModel(VM)wasestablished.InDecember2000,afterthreeyearsofdedicatedworkbyover100JPEGexpertsfromover18nationalbodies,conductinghundredsoftechnicalstudiesknownascoreexperiments,Part1oftheJPEG2000standardfinallyreachedInternationalStandardstatus.

ThepublicationofJPEG2000isatriumphofinnovationsandteamworkinformalstandardprocesswherethebestmindsinimagecompressiontechnologygatheredfromallovertheworldtoworkonaconsensusdrivenprocessandcomeupwiththespecificationofthemostcomprehensiveimagecodingsystemthatwilllastthroughtheendofthisdecade.

NEWWORDSANDPHRASES

auspices n. 由……主辦或支持

scalability n. 可量測性

triumph n. 成功，勝利

baseline n. 基線

ubiquitous adj. 到處存在的，普遍存在的

afterthought n. 事后產(chǎn)生的想法，追悔，再思

metadata n. 元數(shù)據(jù)

consortium n. 社團，協(xié)會，聯(lián)盟

high-fidelity 高保真度

artifacts n. 假象

restrictive adj. 限制性的

address vt. 處理；對付

proprietary adj. 專利的(所有的)

continuous-tone adj. 連續(xù)色調的

still adj. 靜態(tài)的

wavelet n. 小波，微波

NOTES

[1]Thestandardmakesuseofseveralrecentadvancesincompressiontechnologytodeliversuperiorcompressionperformanceandprovidesmanyadvancedfeaturesinscalability,flexibility,andsystemsfunctionalitiesthatoutperformitspredecessor,theoriginalJPEGstandard.

本句是個較復雜的并列長句?！癿akesuseof”和“provides”作“thestandard”的并列謂語，其余都是其復合賓語。“todeliversuperiorcompressionperformance”是目的狀語?！癷nscalability,flexibility,andsystemsfunctionalitiesthatoutperformitspredecessor,theoriginalJPEGstandard.”是“features”的方式狀語，“that”引導了一個后置定語從句，用來修飾“functionalities”。

本句可譯為：此標準利用了幾種圖像壓縮新技術來獲得更好的壓縮性能，并且在可伸縮性、靈活性和系統(tǒng)功能方面提供了許多高級特性，這些系統(tǒng)功能(性能上)超過了它前面的原始標準JPEG。

[2]DespitethesuccessofJPEGinthe1990s,agrowingnumberofnewapplicationssuchashigh-resolutionimagery,digitallibraries,high-fidelitycolorimaging,multimediaandinternetapplications,wireless,medicalimaging,etc.,requireadditional,enhancedfunctionalitiesfromacompressionstandardthatJPEGcannotsatisfyduetosomeofitsinherentshortcomingsanddesignpointsthatwerebeyondthescopeofJPEGwhenitwasdevelopedinthepreviousdecade.這是一個比較復雜的長句。“require”的主語是“agrowingnumberofnewapplications”，賓語是“additional,enhancedfunctionalities”?！皌hatJPEGcannotsatisfyduetosomeofitsinherentshortcomingsanddesignpointsthatwerebeyondthescopeofJPEGwhenitwasdevelopedinthepreviousdecade.”是一個后置定語從句，修飾前面的“acompressionstandard”。“thatwerebeyondthescopeofJPEGwhenitwasdevelopedinthepreviousdecade.”是修飾“designpoints”的后置定語從句。本句可譯為：盡管JPEG在20世紀90年代是成功的，但是越來越多的新應用，比如高清晰度圖像、數(shù)字圖書館、高保真彩色圖像、多媒體和互聯(lián)網(wǎng)應用、無線和醫(yī)學圖像等需要從壓縮標準中獲得額外的、增強的功能，但是JPEG不能滿足這些需求，原因在于JPEG內在的缺點和某些要素超出了當時它的設計范圍，而JPEG是在十年前開發(fā)的。

[3]Thelackofeffectivecolor-spacesupportinJPEGseverelyhindersitsadoptioninprepressandothergraphicsartsapplicationswhereconsistentcolorinformationfromimagecapturetoediting,display,orprintinghastobetightlymanaged.

“whereconsistentcolorinformationfromimagecapturetoediting,display,orprintinghastobetightlymanaged.”是狀語從句，進一步解釋“othergraphicsartsapplications”。本句可譯為：對彩色空間有效支持的缺乏嚴重阻礙了JPEG在預壓縮和其他形象藝術運用方面的應用，在這些應用中，從圖像捕捉到編輯、顯示或打印的一致性色彩信息不得不嚴格進行限制管理。

[4]Acomprehensiverequirementsdocumentwasdevelopedthatdefinedalltheapplicationareasofthestandardalongwithasetofmandatoryandoptionalrequirementsforeachapplication.“that”引導了一個定語從句，修飾補充“document”?！癮nd”表示前后兩個短語是“defined”的并列賓語。

本句可譯為：(JPEG委員會)開發(fā)了一個全面的必需文件，在文件中定義了標準的所有應用領域及每個應用所需的強制性和可選的要求。

EXERCISES

Ⅰ.Translatethefollowingwordsorphrases.

JPEG imagefileformat high-resolution

high-fidelity imagecompressiontechnology

無損壓縮內在缺點 靜止圖像

Ⅱ.TranslatethefollowingparagraphsintoChinese.

(1)

DistortionandartifactsintroducedbyJPEGincompressionlargeimages,especiallyathighcompressionrates,manifestinthewellknownblockingortilingartifactswhereeach8-by-8-pixelregiondevelopedwell-definededges,andringingartifactswheresmallwavesappearnexttosharpedgesintheimage.

(2)

WhiletheextendedJPEGsystems(suchasFlashPixandotherproprietaryfileformats)couldaddresssomeoftheseshortcomings,theirresultsweremixedandwidespreadadoptionswerenotseen.SomeofthesesolutionsweredrivenbyindustryconsortiathatareoperatingbasedonbusinessneedsasthefirstobjectiveandlackedthewidereachingdevelopmentprocessofaformalstandardsapproachsuchastheISOstandardizationprocess.

(3)

InMarch1997,acallforproposalswasissuedseekingtoproduceastandardto“addressareaswherecurrentstandardsfailedtoproducethebestqualityorperformance,”“providecapabilitiestomarketsthatcurrentlydonotusecompression,”and“provideanopensystemapproachtoimagingapplications.”Inadditiontothecallforcontributions,theJPEGcommitteereleasedasetof40testimagestobeprocessedandsubmittedforevaluation.InNovember1997,morethan20algorithmsweresubmittedandevaluatedbytheJPEGcommittee.Awavelet-basedcompressionmethodwasadoptedasthebackboneofthenewstandard.

參考譯文

第八單元JPEG2000：回顧和新發(fā)展

1．簡介

JPEG2000是一個在ISO/IECJTC1/SC29/WG1(通常稱為聯(lián)合圖像專家組JPEG委員會)支持下新開發(fā)的圖像壓縮標準。此標準利用了幾種圖像壓縮新技術來獲得更好的壓縮性能，并且在可伸縮性、靈活性和系統(tǒng)功能方面提供了許多高級特性，這些系統(tǒng)功能(性能上)超過了它前面的原始標準JPEG。特別的是，JPEG2000使用離散小波變換(DWT)代替了JPEG中的離散余弦(DCT)變換。它使用了一種復雜的編碼機制，這種機制比較靈活，且能更好地表現(xiàn)內部圖像特點，這樣在單個的比特流中就可提供許多想要的圖像特性?？缮炜s性是JPEG2000特點的重中之重。事實上在某些方面，所有的JPEG2000比特流都是具有高度可伸縮性的。本文對它在技術創(chuàng)新和協(xié)作方面的成功進行評論，主要從四個新的部分進行介紹：①交互式工具，應用編程接口和協(xié)議(JPIP)；②可靠的JPEG2000(JPWL)；③3-D數(shù)據(jù)(JP3D)；④JPEG委員會正在開發(fā)的無線部分(JPWL)。本文試圖總結JPEG2000開發(fā)過程中的教訓，并得出這個重要標準開發(fā)成功的一些結論。

2．JPEG2000的發(fā)展過程

1)原始JPEG

原始JPEG標準開發(fā)于20世紀80年代后期，已被廣泛使用在大量數(shù)字圖像應用中。從應用的范圍來說，它是一個很成功的標準。開發(fā)基本JPEG標準時采用的是基于8

×

8離散余弦變換(DCT)的壓縮算法，這種算法簡單有效，以順序的方式使用哈夫曼編碼，把輸入限制在每像素8

bit以內。除了這些技術優(yōu)點，JPEG的成功可歸功于它使用了免費而高效的軟件，這個軟件是由獨立的JPEG組織(IJG)開發(fā)的。JPEG標準成功的部分(原因)是由于JFIF文件格式的引入，這種格式使得.jpg擴展名流行于世，并與JPEG壓縮圖像同義，在圖像應用中到處存在。有趣的是，JFIF文件格式并不是原始JPEG標準的一部分。因為委員會的目的是標準化一系列的壓縮工具，而交換文件格式僅僅是事后的想法。我們將看到在JPEG2000的發(fā)展中，在相關文件格式的開發(fā)上給予了特別的重視，所以擁有最大系統(tǒng)功能的成像應用就能使用這種格式了。

20世紀90年代，為了滿足不同的圖像應用，開發(fā)了其他的使用JPEG作為基本壓縮技術的圖像文件格式。在這些文件格式中，EXIF格式是應用在大多數(shù)數(shù)碼相機中的一種數(shù)據(jù)格式，它被設計成能夠壓縮與JPEG圖像相關的元數(shù)據(jù)。TIFF/EP是另一種能把JPEG圖像和相關元數(shù)據(jù)壓縮在一起的標準。除了處理元數(shù)據(jù)的需求，在20世紀90年代中期，能在互聯(lián)網(wǎng)上傳輸高分辨率的圖像的需求也推動了FlashPix文件格式的開發(fā)。FlashPix是一個基于JPEG的多分辨率平鋪圖像文件格式。對辦公室和家庭的編輯與打印通用應用來說，這種文件格式允許圖像被存儲成不同的分辨率(的文件)。FlashPix文件格式(的開發(fā))主要受到部分公司組成(Hewlett-Packard、Kodak、Microsoft和LivePicture)的工業(yè)聯(lián)盟標準的推動，它的開發(fā)表明：對開發(fā)標準來說，使用不同方法可以得到不同的成果。

2)開發(fā)JPEG2000標準的動機

盡管JPEG在20世紀90年代是成功的，但是越來越多的新應用，比如高清晰度圖像、數(shù)字圖書館、高保真彩色圖像、多媒體和互聯(lián)網(wǎng)應用、無線和醫(yī)學圖像等需要從壓縮標準中獲得額外的、增強的功能，但是JPEG不能滿足這些需求，原因在于JPEG內在的缺點和某些要素超出了當時它的設計范圍，而JPEG是在十年前開發(fā)的。JPEG的缺點體現(xiàn)在很多地方：圖像的失真和假象，對高質量圖像處理效率不高，無失真圖像壓縮性能較差，缺乏有效的彩色空間的支持以及缺乏分辨率的可伸縮性。在壓縮大幅圖像時，尤其是以高壓縮比壓縮圖像時，JPEG引入的圖像失真和假象在有名的塊或平鋪假象以及振蕩假象中體現(xiàn)得很明顯。在塊或平鋪假象中，每個8

×

8像素區(qū)域開發(fā)了已經(jīng)明確定義的邊緣，在振蕩假象中圖像中的小波顯示與尖銳的邊緣相鄰。已經(jīng)證明：JPEG的64k像素抽樣對很多新圖像應用的限制非常大，這些應用包括醫(yī)學和高分辨率肖像。對彩色空間有效支持的缺乏嚴重阻礙了JPEG在預壓縮和其他形象藝術運用方面的應用。在這些應用中，從圖像捕捉到編輯、顯示或打印的一致性色彩信息不得不嚴格進行限制管理。最后，性能較差的無損圖像壓縮也可以看做是一種局限，因為JPEG中的無損壓縮模式是用一種完全不同于有損模式的方法來完成的，并且從一種模式轉換到另一種模式需要徹底地對圖像進行解碼和再編碼。雖然擴展的JPEG系統(tǒng)(比如FlashPix和其他的私有文件格式)能夠解決這些缺陷中的一些問題，但是它們的結果是復合性的，并沒有得到廣泛的應用。其中的一些解決方案是由工業(yè)協(xié)會所推動的，這些協(xié)會的運作把商業(yè)需要作為第一目標，缺乏廣泛深入的、正常標準開發(fā)所需的過程，比如ISO的標準化過程。另外一些解決辦法是由單個公司的專利技術所推動的，這種公司依靠特別的產(chǎn)品生存，這常常導致解決辦法被限制在有限的市場中。

20世紀90年代中期，JPEG委員會迎來了一個解決這些問題的機會，開始了一個新的工作階段，產(chǎn)生了JPEG2000族圖像編碼標準。

3)

JPEG2000的開發(fā)

20世紀90年代早期，在JPEG系列圖像壓縮標準完成的時候，JPEG委員會增加了一個新的項目。這個項目的目的是解決JPEG中對連續(xù)色調靜止圖像的無損和近無損壓縮的性能不佳的問題。這個項目的結果是發(fā)布了ISO/IEC14495ITU-TT.87標準，稱為JPEG-LS，這個標準為無損的或帶有明確失真定義的照片圖像編碼提供了一個新的改良的方法，這種方法在醫(yī)學圖像和其他的對原始圖像編輯的應用中非常有用。在很多JPEG-LS技術的意見書中，Ricoh提交了一種基于小波技術的、稱為CREW的意見書。這種CREW技術以一種單一的壓縮比特流提供一個從連續(xù)無損到有損壓縮的機制。盡管CREW沒有被JPEG-LS采用，但是它展現(xiàn)的特點受到了JPEG委員會的贊賞和關注。因此，(人們)為一個新的壓縮系統(tǒng)(后來稱為JPEG2000)建立了一個新的網(wǎng)絡項目，就此開啟了JPEG2000計劃。

1997年3月，發(fā)布了一個旨在尋求制定一個“解決當前標準不能產(chǎn)生最優(yōu)性能”的標準的建議，(號稱)“提供能力給當前不能使用壓縮的市場”、“為成像應用提供一個開放的系統(tǒng)方法”。除了號召投稿外，JPEG委員會發(fā)布了一系列用來處理的40幅測試圖像，并號召提交評估報告。1997年11月，20多個算法被提交到了JPEG委員會，并進行了評估?；谛〔ǖ膲嚎s方法被采用作為新標準的骨干技術。(JPEG委員會)開發(fā)了一個全面的必需文件，在文件中定義了標準的所有應用領域及每個應用所需的強制性要求和可選的要求。1998年3月，建立了一個稱為JPEG2000確認模型(VM)的參考測試環(huán)境，這是它的第一個版本。2000年12月，在來自18個以上的國家團體100多名專家3年的努力下，在做了數(shù)百次的技術研究(這些研究稱為核心實驗)后，JPEG2000標準的第一部分終于成為了國際標準。

JPEG2000標準的發(fā)布是創(chuàng)新和協(xié)作的勝利，這個協(xié)作是以正式的、標準的過程(來完成的)。(在此過程中)來自全世界的圖像壓縮技術(領域)的精英們?yōu)檫_成共識而奮斗，他們提出了大部分綜合性圖像編碼系統(tǒng)的規(guī)范，(這項工作)將會持續(xù)到這個十年的末期。

EXTENSIVETEXT

JPEG2000Algorithm

JPEG2000isdesignedtocomplimentthecurrentJPEGratherthanreplaceit.JPEGisbasedonnewtechnologiesandisdesignedfornewapplicationssuchascolorfacsimile,digitalimaging,remotesensing,medicalimagery,digitallibraries/archives,internet,e-commerce,printing,scanningetc.JPEG2000iswaveletbasedandcanbeimplementedinfixedpoint,floatingpointandintegerformats.Ithasbothreversible(lossless)andirreversible(lossy)modeswhichincludescorrespondingcomponenttransformations.

Fig8.1outlinestheencoder/de-coderoperationsofJPEG2000PartⅠ.

Thesecanbedescribedbrieflyasfollows.

Fig8.1JPEG2000Encoder/Decoder

1．DClevelshifting

AllcomponentvaluesareDClevelshiftedbysubtractingthesamequantity,iftheyareunsigned.

2．Componenttransformation(CT)

Twotypes：(i)irreversibleCT(ICT)usedforlossyorlosslesscoding；(ii)reversibleCT(RCT)usedonlyforlosslesscoding.FortheRCTallthreecomponents(RGB,YUV,YCbCretc.)shallhavethesamesamplingparametersandthesamehit-depth.

3.Tiling

Theimage(allthecomponents)isdividedintorectangularnonoverlappingequalsizeblocks(tiles)exceptattherightandlowerboundaries.Alloperationsincludingcomponentmixing,DWT,quantization,entropycodingetc.,areperformedindependentlyoneachfile.Tilingreducesmemoryrequirementsandenablesdecodingspecificpartsofanimage.

4．DWT

Thetilecomponentsaremappedintothewaveletdomainusingirreversible(Daubechies9/7filter)andreversible(5/3filter)transformations.Dyadicdecompositionoftheimagesusingthesefilterscanbeimplementedintwomodesi.e.,convolutionbasedandliftingbased.Forthelosslesscase,theliftingbasedfilteringforthe5/3analysisfilterisobtainedasfollows:

(1)

5．Quantization

Exceptforthelosslesscase(5/3

reversiblefilter)allDWTcoefficientsab(u,v)

arequantizedtoQb(u,v)

asfollows:

(2)

wherethestepsize

bisrepresentedrelativetothedynamicrangeofsubbandb,bytheexponientεb

andmantissaμbas

(3)

Thequantizedcoefficientsofsubbandsarecollectedintorectangulararraysof“codeblocks”.Theindividualbitplanesofthecoefficientsina“code-block”areentropycodedusingcontextbasedarithmeticcoding.Usingeither“Maxshift”or“scaling”method,certainregionsofinterest(ROI)canbecodedwithahigherqualitycomparedtothebackground.Markersareaddedtothebitstreamtoprovidequality(SNR)andresolution(spatial)scalabilities,errorresilienceandprogressivelossytolosslesscoding.TheentirebasicencodingoperationisbasedonEBCOT(embeddedblockcodingwithoptimizedtruncationoftheembeddedbitstreams).Inthis,thebitstrearnisorganizedasasuccessionoflayers.Foreachcodeblock,aseparatebitstreamisgeneratedindependently.Truncationpointstoeachcodeblockareallocatedusingratedistortioncriterion.Byapproximatelytruncatingeachcodeblock’sembeddedbitstream,specifictargetbitrate(distortionorquality)canbeachieved.

6．Region-of-interest(KOI)coding

JPEG2000providesthecapabilitytocodespecificregionsofinterest(R01)inanimageatahigherqualitycomparedtothebackground.Theseregionsaretransmittedfirstastheyhavehighpriority.InitiallyscalingbasedmethodinwhichcoefficientsrepresentingtheROIarescaledupwardsothattheirbitplanesareatahigherlevelcomparedtothoseofthebackground.Duringtheembeddedcodingprocess,ROImsbplanesareplacedfirstbeforethebitplanesrelatedtothebackground.Atthedecoder,theformerbitplanesarcdecoded/refinedbeforethebackground.Priortothisprocess,aROImaskrepresentingthesetofcoefficientsneedstobegenerated.AnextensionofthescalingbasedmethodistheMAXSHIFTmethodthatscalestheROIcoefficientswellabovethebackgroundcoefficientsthuseliminatingtheneedforgeneratingthemaskatthedecoder.TheMAXSHIFTmethodthusavoidsROIshape(mask)generation/encodingresultinginasimplerencoder/decoder.AdditionalimprovementsintheMAXSIIIFTmethodincludeinteractiveROIclient/serverselection.

7．Spatial/SNRscalabilities

JPEG2000providesbothspatialandSNR(quality)scalabilitieswhicharcimportantforinternetanddatabaseaccessapplicationsandbandwidthscalingforrobustdelivery(errorresil