新一代靜態影像壓縮標準-JPEG2000

來源:互聯網
上載者:User
標準|靜態|壓縮

摘要:
為因應下一世紀多媒體影像之應用,我們要能提供更高壓縮效能及更多功能之影像壓縮技術。為了實踐這個夢想,新一代之靜態影像壓縮標準,JPEG 2000,已開始著手制定。本篇主要介紹 JPEG 2000 之制定現況,原理及應用。

JPEG(發音: jay peg),全名為 Joint Photographic Experts Group, 它是在國際標準組織(ISO)下從事靜態影像壓縮標準制定的委員會。它制定出了第一套國際靜態影像壓縮標準,ISO 10918-1,俗稱 JPEG。由於JPEG優良的影像品質,使得它在短短的幾年內即吸引福士的目光並獲得極大的成功,目前 網站上百分之八十的 影像都是採用JPEG的壓縮標準。

然而,隨著多媒體使用人口及應用 域的激增,傳統JPEG壓縮技術已無法滿足人們對多媒體影像資料的 求。為因應下一世紀多媒體影像之應用,我們 要能提供更高壓縮效能以及更多最新功能之新一代影像壓縮技術。為了實踐這個夢想,新一代之靜態影像壓縮標準,JPEG 2000,開始著手制定。

JPEG2000制定現況

JPEG 2000, 正式名稱為 "ISO 15444" ,同樣是由JPEG 組織負責制定。自 1997年三月開始籌劃,並開始向全世界各大學院校,公司及研究單位公開徵求意見,不久即收到 由各大研究團體所提之22 份提案。同年十一月,針對此 22 份提案進行比較及測試, 並選擇其中最好之技術開始建立所謂的驗證模型(Verification Model)。經由不斷的技術測試,驗證模型逐步收斂至一穩定技術,JPEG 2000 之雛形即算大致完成。1999 年六月,JPEG 2000 進入下一階段,即所謂工作報告(working draft) 的撰寫,1999 年十一月,JPEG 2000 委員報告(committee draft)亦已完成,各軟硬體大廠在此時間點紛紛跳入製作 JPEG 2000 編/解碼器的行列,共同瓜分市場大 。預計至2000年十一月,JPEG 2000將制定完成!

JPEG2000的原理

JPEG 2000 與傳統 JPEG 最大的不同,在於它揚棄了以離散餘弦轉換(Discrete Cosine Transform) 為主的區塊編碼方式,而改采以小波轉換(Wavelet transform) 為主的多解析編碼方式。小波轉換的主要目的是要將影像的頻率成分抽取出來。下圖所示即為經由三階小波轉換後所得之結果。左上方為影像之低頻部分,其餘則為影像在不同尺度,不同方向(水平,垂直和對角)之高頻部分。通常,低頻部分可保留影像之全貌,而高頻部分則發生在所謂的邊緣(edge),即兩線交界處。

在 DCT (離散餘弦轉換) 的編碼方式中,想像一張影像為一面由DCT係數所築成的磚牆,其磚塊由各個DCT區塊所構成。壓縮影像的行為可看成將磚塊由尾部開始施予敲擊以露出缺口,並將遍布缺口的磚牆壓擠。在經過壓擠後的磚牆上,會殘留填補的裂 。這種令人感覺難看的補丁常常發生在低位元的DCT壓縮方式中,如下圖。

然而,在小波轉換中,所創造出之不規則缺口是發生在兩線交界的邊緣處。在經過壓擠後的磚牆上,因其在邊緣吻合的程度較佳,使經由壓擠所產生出的裂 較不易察覺,因此會產生較平順的視覺效應,如下圖。

同時,小波轉換技術讓JPEG 2000變得更有彈性,其特性包括使用者在收到部份的檔案時,即能看到完整的圖片;使用者可以彈性選擇自行框選的部份解壓縮;使用者可以選擇原彩色照片要解壓成黑白或彩色;當采不失真的壓縮時,可選擇要進行失真或不失真的解壓縮。然而不管影像如何呈現,各種相關的資料都包含在單一的JPEG 2000 檔案中。

JPEG 2000基本上是一開放的標準,由於它的特性及功能明顯,且規定必須支援舊版本,因此勢必會取代傳統的JPEG格式。

JPEG2000的應用

JPEG 2000 的制定是采應用導向的方式,即先提出應用再制定規格。JPEG 2000的應用 域可概略分成兩部分,一為傳統JPEG的市場,像印表機,掃描器,數位相機等,一為新興應用域,像網路傳輸,無線通訊,醫學影像等。目前投入制定的各大廠都已同意未來JPEG 2000的授權將可免費取得。

相關網站:

JPEG 官方網站: http://www.jpeg.org/



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