基于小波變換的JPEG2000圖像壓縮編碼系統(tǒng)的仿真與

　　引言

　　隨著多媒體技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了各種各樣的靜止圖像壓縮技術(shù)，其中最成功的當(dāng)推JPEG標(biāo)準(zhǔn)。但由于有損壓縮的原因，傳統(tǒng)JPEG在許多對圖像質(zhì)量要求較高的應(yīng)用場合無法勝任。與傳統(tǒng)JPEG基于離散余弦變換不同，JPEG2000基于離散小波變換，它不僅在壓縮性能方面明顯優(yōu)于JPEG，還具有很多JPEG無法提供或無法有效提供的新功能，比如，同時(shí)支持有損和無損壓縮、大幅圖像的壓縮、漸進(jìn)傳輸、感興趣區(qū)編碼、良好的魯棒性、碼流隨機(jī)訪問等。一個(gè)典型的JPEG2000的壓縮過程如圖1所示。

　　圖1 JPEG2000的壓縮過程

　　由圖1所示，預(yù)處理一般包括三種操作：區(qū)域劃分，降低量級，分量變換。預(yù)處理后的數(shù)據(jù)將進(jìn)行離散小波變換(DWT)，以進(jìn)一步降低數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性。JPEG2000的量化與JPEG量化基本相同，總體上都是采用均勻量化，不同子帶的量化步長一般不同。量化以后，第一層編碼(自適應(yīng)算術(shù)編碼)采用EZW的改進(jìn)算法SPIHT算法將等待編碼的、經(jīng)過小波變換后的比特流按重要性不同進(jìn)行排序，提供多個(gè)滿足不同目標(biāo)碼率或失真度的截?cái)帱c(diǎn)，使得解碼器方能根據(jù)目標(biāo)碼率或失真度的要求在某一截?cái)帱c(diǎn)結(jié)束解碼，提供相應(yīng)質(zhì)量的圖像。第二層編碼(碼流組織)將上述截?cái)嗟臄?shù)據(jù)進(jìn)行打包，并附加相關(guān)的標(biāo)志信息，從而實(shí)現(xiàn)JPEG2000對多失真度的支持。

　　離散小波變換系統(tǒng)

　　小波分析進(jìn)行圖像壓縮基本原理是：根據(jù)二維小波分解算法，一幅圖像做小波分解后，可得到一系列不同分辨率的圖像，而表現(xiàn)一幅圖像最主要的部分是低頻部分，如果去掉圖像的高頻部分而只保留低頻部分，則可達(dá)到圖像壓縮的目的。傳統(tǒng)傅立葉分析只能對信號進(jìn)行時(shí)域或頻域單獨(dú)進(jìn)行分析，時(shí)域上有限的信號在頻域是無窮的，頻域內(nèi)有限的信號在時(shí)域里是無窮的。而小波分析能在時(shí)域和頻域內(nèi)同時(shí)分析，且能自動調(diào)整分辨率。

　　與其他使用小波變換的其他圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)相比，JPEG2000在小波變換的基礎(chǔ)上采用更為復(fù)雜精細(xì)的小波塊分割算法，即優(yōu)化截取的嵌入式塊編碼EBCOT算法，從而實(shí)現(xiàn)了豐富的功能，比如基于感興趣區(qū)域編碼ROI，即對一幅圖像中感興趣的部分采用低壓縮比以獲取較好的圖像效果，而對其他部分采用高壓縮比以節(jié)省存儲空間，這樣就可以通過點(diǎn)擊ROI部分以獲得更高的分辨率，看到圖像的細(xì)節(jié)部分。

　在本系統(tǒng)中，采用第二代小波變換的快速提升算法CDF9/7雙正交小波變換，小波變換取CDF9/7雙正交小波基，該小波基具有線性相位，因而有著極好的圖像壓縮性能。其實(shí)現(xiàn)過程如圖2所示。

　　圖2 CDF9/7雙正交小波變換的實(shí)現(xiàn)過程

　　圖3是用CDF9/7小波族對一個(gè)的圖像做兩級DWT分析的情況。在第二級中，第一級得到的低通近似本身被分成4個(gè)子圖像，提取出了細(xì)節(jié)，留下一個(gè)新的低通近似。低通濾波的效果很容易從圍巾、桌布的花紋，藤椅的方格，遠(yuǎn)處羅列的書籍這些細(xì)節(jié)的丟失看出。第二級低通近似也可以繼續(xù)變換，以生成4幅新的子圖像。這種變換可以一直進(jìn)行下去知道子圖像只包含一個(gè)像素為止。