JPEG2000编码方案和结构划分研究 结构编码

G000是新代静止图像压缩标准它采用了波变换、优化截断嵌入块编码和高效码流组织形式。

适用各种类型静止图像如二值图像、灰图像和彩色图像;支持然图像、合成图像、医学图像和。

G000具有如下主要特①良低比特率压缩性能以适应络、移动通信等有限带宽应用;②能够根据图像质量、视觉感受和分辨率进行渐进传输;③既支持无损又支持有损压缩;④对码流随机存取和感兴趣区域(R)编码;⑤具有较强抗误码能力;⑥具有开放结构并向下兼容等。

G000基编码方案基编码流程方案G000基编码流程方案主要有以下6部分组成(如图)()预处理主要是将图像划分较矩形区域称拼接块作独立图像用压缩。

目是了降低压缩程所存。

降低量级可以使样动态围基关零对称使进行离散波变换系数动态围不会有利编码。

()分量变换指对具有多分量图像先某种变换降低各分量相关性。

(3)离散波变换针对每拼接块每分量要进行离散波变换就是从二维空到分辨率空变换变换目是增加数据冗余因而可以幅提高压缩效率。

()量化就是降低数据精提高压缩效率实施有损压缩。

(5)级编码按照位平面次序三通道进行熵编码(算术编码)。

(6)量二级编码分层打包形成码流。

分辨率、子带和码块图像预处理阶段被划分各独立拼接块针对每拼接块每分量进行离散波变换若进行级波分则可有分辨率;每分辨率L、L和子带保留LL子带继续分共得到(3+)子带。

如图是三级变换子带分布情况。

每子带又要被划分相矩形块称码块码块宽和高都要是幂型值是33或66每码块将被独立编码。

图三级波变换子带分布图质量层、分区和包分区(r)是逻辑结构是分辨率下某空连续区域所有子带对应码块集合(见图3)。

图粗实线子带分界细实线r分界。

简单地说r包含3具有相空位置相矩形区域这3矩形区域分别某分辨率L、L、。

r包含整数码块少包含3码块(分别属L、L、)。

图3分区示图按照对图像失真影响程对码流进行裁剪分类组织把具有相似失真影响码流集合称质量层。

每分区每层贡献包包是码流组织基单位它包含该分区所有码块对该质量层增量贡献。

3编码模型与算法3分量变换模型G000标准定义了两种分量变换不可逆分量变换()和可逆分量变换(R)。

实质上是实数到实数R实质上是整数到整数。

这两种变换都是从RGB颜色空变换到br颜色空。

分量变换各分量可以认是独立。

不可逆分量变换公式099R+0587G+0B06875R0336G+05BV05R0869G0083B可逆分量变换(R+G+B)RGVBGG(r+Vr)R+GBV+G3量化模型G000使用是匀量化。

其量化和反量化模型||x||g(x)x(+rg())其△称步长r称偏置参数通常是对无损压缩量化步长(也可以说无须量化);对有损压缩量化步长与码率控制有关。

不子带数据动态围不样因而不子带使用不步长。

33波变换模型离散波变换可以是不可逆波变换也可以是可逆波变换。

不可逆波变换默认使用b97滤波器实现即是有损编码。

可逆变换默认使用LGl53滤波器实现即是无损编码。

G000使用是波提升算法。

53波提升算法模型(+)X(+)[X()+X(+)]()X()[()+X(+)+]97波提升算法模型包含四步骤次预测、次更新、二次预测和二次更新公式分别(+)X(+)[X()+X(+)]()X()[()+(+)+](+)(+)[()+(+)]()()[()+(+)+]其586330059808088907503506853块编码块编码是依位平面由高到低次序使用三编码程而实施其流程如图所示。

编码程称重要性传播通道对系数身重要状态0但它8邻居系数至少有重要状态已系数进行编码。

编码程称幅精炼通道对以前已编码位平面变重要系数进行编码。

编码程称清除通道对和没有被编码系数进行编码。

所谓重要状态就是其值是二值变量初始化0当按从高平面到低平面顺序编码程首次遇到该系数比特变表示这系数已重要。

图位平面编码流程图三通道得到并不是终压缩数据码流还要使用算术编码器进行编码G000使用是基上下适应二进制算术编码器其容可参考献不再赘述。

35码流组织与质量控制35码流组织块编码把某编码通道程形成码流称程码流。

终码流是由包构成数据包是由相关程码流组成每包隶属某层。

分层打包准则是保证定码长下失真。

把分层打包前码流也就是级编码形成码流称级码流;级码流二级编码形成码流称二级码流也就是终码流。

显然必须确定级码流系列截断裁剪形成二级码流。

35率分配率分配(率控制)是把量化步长和编码率赋予不频带程。

编码率指单位样编码位数。

编码率越低压缩率越高失真越;编码率越高压缩率越低失真越。

某码块B每编码通道程端都是候选截断(z)必须估算每候选截断(z)止所有编码节数以及该处产生失真。

失真长斜率(rlgl)定义可行截断要按照可行截断要可行截断恰所谓凸壳上。

如图5所示。

图5失真长斜率图353质量层控制把每码块具有相似斜率可行截断收集到起形象地叫斜率箱这就是质量层质含义。

每层有相关截断门限包含层具有斜率围如图6所示。

结束语G000作静态图像压缩标准数图像领域得到了广泛而成功应用。

G000采用波变换和位平面熵编码器可获得当今先进压缩性能。

目前诸多献对G000概念原理认识不够全面从总体上阐述了其基概念、模型与算法G000进步研究和应用提供了依据。