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发信人: yangs (雪白明月照着大地), 信区: HITEA
标  题: JPEG2000
发信站: 哈工大紫丁香 (2001年04月30日18:47:49 星期一), 站内信件

    JPEG2000跃出水面 
　　相信大家对JPEG这种图像格式都非常熟悉，在我们日常所接触的图像中，绝大
多数都是JPEG格式的。JPEG的全称为 Joint Photographic Experts Group，它是
一个在国际标准组织(ISO)下从事静态图像压缩标准制定的委员会，它制定出了第
一套国际静态图像压缩标准：ISO 10918－1，俗称 JPEG。由于相对于BMP等格式而
言，品质相差无己的JPEG格式能让图像文件“苗条”很多，无论是传送还是保存都
非常方便，因此JPEG格式在推出后大受欢迎。随着网络的发展，JPEG的应用更加广
泛，目前网站上80％的图像都采用JPEG格式。 
　　但是，随着多媒体应用领域的快速增长，传统JPEG压缩技术已无法满足人们对
数字化多媒体图像资料的要求：网上JPEG图像只能一行一行地下载，直到全部下载
完毕，才可以看到整个图像，如果只对图像的局部感兴趣也只能将整个图片载下来
再处理；JPEG格式的图像文件体积仍然嫌大；JPEG格式属于有损压缩，当被压缩的
图像上有大片近似颜色时，会出现马赛克现象；同样由于有损压缩的原因，许多对
图像质量要求较高的应用JPEG无法胜任…… 
　　针对这些问题，从1998年开始，专家们开始为下一代JPEG格式出谋划策，希望
新标准能具有更高压缩率以及更多新功能，而且更有利于用户对图像进行数字化处
理。但这几年间，由于在算法选取问题上耽误了不少时间，直到今年3月的东京会
议，彩色静态图像的新一代编码方式“JPEG2000”的编码算法才确定，其最终标准
将于今年12月出台。JPEG2000的编码算法一经确定，许多著名的图形图像公司如
Corel、Pegasus（美国神马成像公司）等就迫不及待地在新开发的图像工具软件中
集成了JPEG2000图像压缩技术；而Microsoft、Netscape等在浏览器领域竞争的公
司也开始将JPEG2000的新技术集成到其下一个版本的浏览器中——因为相对于
JPEG来说，JPEG2000可以说具有革命性的改变！ 

　　JPEG2000的核心 
　　JPEG2000作为一种图像压缩格式，算法是其核心。JPEG 2000之所以相对于现
在的JPEG标准有了很大的技术飞跃，就是因为它放弃了 JPEG 所采用的以离散余弦
变换算法为主的区块编码方式，而改用以离散子波变换算法为主的多解析编码方式
。 
　　离散余弦变换算法(Discrete Cosine Transformation，DCT)是经典谱分析常
采用的工具，它考察整个时域过程的频域特征或整个频域过程的时域特征，而对于
非平稳过程，这种算法则显得力不从心。图像数据被压缩成正方形8×8的“像素信
息模块”并按照一定顺序排列存储形成压缩文件，每一次压缩都需要舍弃若干频率
信息，压缩得越多，舍弃的频率信息也越多，经过彻底压缩后的图像文件将只保留
最为重要的数据信息，这样的压缩过程在图像细腻平滑程度方面必然有所损失。 

　　离散子波变换算法(Discrete WaveletTransform，DWT)是现代谱分析工具，在
包括压缩在内的图像处理与图像分析领域正得到越来越广泛的应用。这种算法对于
时域或频域的考察都采取局部的方式，所以对于非平稳过程也一样十分有效。子波
在信号分析中对高频成分采用由粗到细渐进的时空域上的取样间隔，所以能够像自
动调焦一样看清远近不同的景物，并放大任意细节，是构造图像多分辨率的有力工
具。 
　　此外，JPEG2000还将彩色静态画面采用的JPEG编码方式、2值图像采用的
JBIG(Joint Binary Image Group)编码方式及低压缩率采用JPEGLS统一起来，成为
对应各种图像的通用编码方式。 

　　JPEG2000的优势 
　　说了这么多理论，那么JPEG2000的优势到底在何处呢？主要有四个方面： 
　　高压缩率 由于在离散子波变换算法中，图像可以转换成一系列可更加有效存
储像素模块的“子波”，因此，JPEG2000格式的图片压缩比可在现在的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。也就是说，我们以后在
网上看采用JPEG2000压缩的图像时，不仅下载速率比采用JPEG格式的快近30％，而
且品质也将更好。 
　　无损压缩 预测法作为对图像进行无损编码的成熟方法被集成到JPEG2000中，
因此JPEG2000能实现无损压缩（Looseness Compression）。这样，我们以后需要
保存一些非常重要或需要保留详细细节的图像时，就不需要再将图像转换成其他格
式了，非常方便。此外，JPEG 2000的误差稳定性（Robustness to Bit Error）也
比较好，能更好地保证图像的质量。 
　　渐进传输 现在网络上的JPEG图像下载时是按“块”传输的，因此只能一行一
行地显示，而采用JPEG2000格式的图像支持渐进传输(Progressive 
Transmission)。所谓的渐进传输就是先传输图像轮廓数据，然后再逐步传输其他
数据来不断提高图像质量(也就是不断地向图像中插入像素以不断提高图像的分辨
率)。这样你就不需要像以前那样等图像全部下载后才决定是否需要，有助于你快
速地浏览和选择大量图片，从而提高了上网效率。 
　　实际上，当我们在浏览器中观看JPEG200格式的图像时，在图像上单击鼠标右
键会弹出一个菜单，支持多达6项功能：“Get Picture Info”用来查看文件的尺
寸、大小、图像质量、已下载的大小等信息；“Save Picture As”用于保存图片
，并且可以指定保存后的图像质量；每选择“Improve”命令一次图像的分辨率就
会提高一级，直到图像全部下载完成；“Load without Limits”用于直接下载完
全部图像；“Zoom In”用于平滑放大一倍显示图像，再按一下左键放大了的图像
会还原，在浏览尺寸很小的图片时十分实用。 
　　感兴趣区域压缩 JPEG2000另一个极其重要的优点就是ROI（Region of 
Interest，即感兴趣区域）。你可以指定图片上感兴趣区域，然后在压缩时对这些
区域指定压缩质量，或在恢复时指定某些区域的解压缩要求。这是因为子波在空间
和频率域上具有局域性（即一个变换系数牵涉到的图像空间范围是局部的），要完
全恢复图像中的某个局部，并不需要所有编码都被精确保留，只要对应它的一部分
编码没有误差就可以了。 
　　在实际应用中，我们就可以对一幅图像中我们感兴趣的部分采用低压缩比以获
取较好的图像效果，而对其他部分采用高压缩比以节省存储空间。这样就能在保证
不丢失重要信息的同时又有效地压缩了数据量，实现了真正的“交互式”压缩，而
不仅仅是像原来那样只能对整个图片定义一个压缩比。 
　　结合渐进传输和感兴趣区域压缩这两个特点，我们以后在网络上浏览
JPEG2000格式的图片时就可以从传输的码流中解压出逐步清晰的图像，在传输过程
中即可判断是否需要；在图像显示的过程中还可以多次指定新的感兴趣区域，编码
过程将在已经发送的数据基础上继续编码，而不需要重新开始。 
　　当然，JPEG2000的改进还不仅仅这些，如它考虑了人的视觉特性，增加了视觉
权重和掩膜，在不损害视觉效果的情况下大大提高了压缩效率；你可以为一个
JPEG文件加上加密的版权信息，这种经过加密的版权信息在图像编辑的过程（放大
、复制）中将没有损失，比目前的“水印”技术更为先进；JPEG2000对CMYK、ICC
、sRGB等多种色彩模式都有很好的兼容性，这为我们按照自己需求在不同显示器、
打印机等外设进行色彩管理带来了便利。 

　　JPEG2000的应用 
　　目前，支持JPEG2000的软件已经出现，如LuraWave SmartCompress 
Freeware for Windows为ACDSee 3.0提供 JPEG2000 LWF 格式的外挂插件，这样只
要我们安置了这个插件就可以观看和制作采用JPEG2000编码的LWF格式文件。 
　　在不久的将来，JPEG2000无论是在传统的JPEG市场（如数码相机、扫描仪等）
还是在新兴应用领域（如网路传输、无线通讯、医疗影像等）都将大有用武之地。
相信在它的正式标准确定之后，现有的JPEG将迅速被其取代。

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