JPEG2000 影像壓縮技術簡易說明

owen33

JPEG2000 影像壓縮技術

JPEG(Joint Photographic Experts Group)2000 標準在2001 年確定版本，它定義了新的
影像編碼方案，使用的是一種最新的小波技術(Wavelet technology)的壓縮方式。它的架
構在許多應用很有幫助，包括網際網路影像傳送、保全系統、數位照相以及醫療影像等。

JPEG2000是基於小波變換的圖像壓縮標準，由Joint Photographic Experts Group組織創
建和維護。JPEG2000通常被認為是未來取代JPEG（基於離散餘弦變換）的下一代圖像壓
縮標準。JPEG2000文件的副檔名通常為.jp2，MIME類型是image/jp2。
JPEG2000的壓縮比更高，而且不會產生原先的基於離散餘弦變換的JPEG標準產生的塊狀
模糊瑕疵。JPEG2000同時支持破壞性資料壓縮和非破壞性資料壓縮。另外，JPEG2000也
支持更複雜的漸進式顯示和下載。
JPEG2000是國際標準化組織ISO）發布的標準，文檔代碼為ISO/IEC 15444-1：2000。
雖然JPEG2000在技術上有一定的優勢，但是到目前為止（2006年網際網路上採用
JPEG2000技術製作的圖像文件數量仍然很少，並且大多數的瀏覽器仍然沒有預設支持
JPEG2000圖像文件的顯示。但是，由於JPEG2000在非破壞性壓縮下仍然能有比較好的
壓縮率，所以JPEG2000在圖像品質要求比較高的醫學圖像的分析和處理中已經有了一定
程度的廣泛應用。

應用-CCTV 保全系統(目前CCTV 保全系統主流壓縮技術為h.264，jpeg2000很少使用)

當傳送或儲存資料畫面，想要妥善利用有限的頻道頻寬時，就必須應用"壓縮"來保
留畫面的解析度。假使原始資料可以從頻道完全還原而沒有任何失真的情形，這樣的壓
縮便被定義為"無失真(lossless)";否則，就是”失真”(Lossy)。標準必須確保互通性
(Interoperability)。JPEG2000 是唯一可提供無失真與失真的標準壓縮方案。因此，它可
應用在即使儲存或傳輸頻寬受到限制，仍需要較高品質影像的應用上。
以 JPEG2000 為基礎的系統有一項重要的特性就是可以從單一的JPEG2000 編碼流(Code
stream)解壓縮各種解析度、元件、興趣的區域與壓縮比率。這項特性在其他壓縮標準是
不可能有的，因為影像大小、位元率與品質必須在編碼端加以指定，並不能在解碼端被
決定或被改變。舉例來說，一台閉路電視(CCTV)保全系統可利用此一特性，方法是透
過低頻寬的網路寄送單一的JPEG2000 編碼流。高解析度影像可以被儲存在硬碟機(HDD)
中，同時，多個低解析度影像則顯示在監視器上。在接收端的操作人員可以決定要從寄
出的單一編碼流解壓縮出什麼資訊出來。
JPEG2000 具有圖框(FRAME)準確性，輸入的每個單一圖框都以壓縮的格式包含(Contain)
進來。另一方面，MPEG 系統經由時間性壓縮(Temporal compression)(每個圖框不加以編
碼就像完整的影像)減少資料量，所以MPEG 壓縮不具圖框準確性。因此，在某些保全
應用上，法律明訂禁止使用MPEG 壓縮的做法。為解決此一問題，保全系統與設備業
者必須得發展他們自己的壓縮電路;或使用很沒有效率的MOTION JPEG(M-JPEG)壓縮
標準，以便提供一種包含原始資料每個單一圖場(FIELD)的已壓縮資料流。現在他們可
以為新的設計使用JPEG2000 了。

網際網路影像傳送

漸進式壓縮技術(Progressive coding)是JPEG2000 標準的另一項特性，意思是位元流可以
用這樣的方法加以編碼:資料流開始時包含較不詳細的資訊，資料流行進中包含較詳細
的資訊。此做法使這項技術很適用在網際網路/網路的應用上，特別是大影像且低頻寬，
就如同影像在解碼端可以馬上被看到，即使用的是低速網路或影像資料庫。
在時間進行中，較低的子頻帶會先被看到，然後再加進更詳細的資料。時間範圍內，畫
面因此變得更加銳利清晰，全部影像在被看到之前不需要將它從網路下載下來。由於低
畫質影像立即可用，接收端使用者可以決定是要觀看完全解碼版本的畫面，或者略過，
改看下一張畫面。客戶可以用不同的解析度或畫質高低[壓縮率]來觀看影像，這使它們
適合於各種傳輸頻寬、連接速度或顯示裝置。除此之外，JPEG2000 編碼提供在影像特
定區域內放大縮小的選項--或在不同解析度或壓縮率，顯示影像的特定範圍。
網際網路影像傳送
漸進式壓縮技術(Progressive coding)是JPEG2000 標準的另一項特性，意思是位元流可以
用這樣的方法加以編碼:資料流開始時包含較不詳細的資訊，資料流行進中包含較詳細
的資訊。此做法使這項技術很適用在網際網路/網路的應用上，特別是大影像且低頻寬，
就如同影像在解碼端可以馬上被看到，即使用的是低速網路或影像資料庫。
在時間進行中，較低的子頻帶會先被看到，然後再加進更詳細的資料。時間範圍內，畫
面因此變得更加銳利清晰，全部影像在被看到之前不需要將它從網路下載下來。由於低
畫質影像立即可用，接收端使用者可以決定是要觀看完全解碼版本的畫面，或者略過，
改看下一張畫面。客戶可以用不同的解析度或畫質高低[壓縮率]來觀看影像，這使它們
適合於各種傳輸頻寬、連接速度或顯示裝置。除此之外，JPEG2000 編碼提供在影像特
定區域內放大縮小的選項--或在不同解析度或壓縮率，顯示影像的特定範圍。

JPEG2000 編碼流

一已知的輸入影像或部分影像[區塊(TILE)]被寄送到一組小波濾波器後，就會將像素資
訊轉換為小波係數，然後群集成數個子頻帶(SUBBANDS)[編碼中小波的使用其最早的
解釋出現在Analog Dialogue 30-2(1996)]。每個子頻帶包含小波係數，它描述全部原始影
像中一種水平與垂直的特定空間頻率範圍。這表示在第一個轉換層包含了較低頻率，較
不詳細的資料；而更加詳細，頻率更高的資訊則被包含在較高的轉換層中。清楚地說，
這裡顯示的只有二個轉換層。第一個轉換層源自子頻帶LH1、HH1、HL1 和LL1。只有
子頻帶LL1 可以通過以便進一步的濾波，接著產生下一個轉換層並發展出子頻帶LH2、
HH2、HL2 和LL2。
同樣大小的編碼方塊是基本的資料位元流，由每個子頻帶內產生得來。這樣的細分對係
數模型與編碼是必須的，由編碼方塊乘上編碼方塊基礎得來。本質上，實際的壓縮是由
截取或者重複量化每個編碼方塊內的位元流來達成。這些位元流接著會使用一種稱為後
壓縮率控制(post-compression-rate-control;PCRC)的技術來將之最佳化地截取。
編碼方塊可單獨地被存取。它們的位元流編碼會隨著三個編碼(CODING)通過每個位元
平面。此一流程稱為情境模式(CONTEXT MODELING)，用來指定關於每個單獨係數位
元重要性的資訊。接著編碼方塊會根據它們的重要性成為群組。在解碼端，根據它的重
要性， 接著可能會取得資訊，讓最重要的資訊首先被看到。

JPEG2000存在版權專利的風險。這也許是目前JPEG2000技術沒有得到廣泛應用的原因

之一。JPEG2000標準本身是沒有授權費用，但是，因為編碼的核心部分的各種演算法被大

量註冊專利，所以一般認為，不太可能避開這些專利費用開發出免授權費的商用編碼器。

文章出自以下網址：

http://zh.wikipedia.org/wiki/JPEG_2000

http://www.fly-well.com.tw/News/JPEG2000%E5%BD%B1%E5%83%8F%E5%A3%93%E7%B8%AE%E6%8A%80%E8%A1%93.pdf

[ 本帖最後由 owen33 於 2010-1-10 10:26 編輯 ]