基于JPEG2000的静态图像压缩的研究
摘要
现代信息技术的发展，极大地改善了人的生活质量，尤
其是计算机多媒体技术的发展，给人们的生活带来无穷乐趣。
图像压缩技术在多媒体技术领域中占有重要的位置。
本文首先介绍了图像数据压缩的重要性和JPEG压缩标
准，接着介绍了小波变换理论及其在图像压缩中的应用，尤
其重点地介绍了金字塔算法及其快速实现方法一一提升方
案，该方案通过一系列简单的提升步骤来完成复杂的矩阵乘
法运算，大大地降低金字塔算法实现的时间和空间复杂度，
接着由嵌入式零树小波编码算法和多级树集合分裂算法到
JPEG2000静态国际压缩标准，尤其重点阐述JPEG2000涉及
的一些小波编码的核心技术，如提升方案和EBCOT等，并对
以上各算法进行比较。
最后本文针对提升方案在二维情形下算法复杂度仍然较
大的问题，提出了相应的简化措施。以CDF9／7滤波器为例，
通过VC++编程对改进后的算法进行了实现，在JPEG2000中
取得了良好的效果。实验结果表明，该简化措施能够减少一
定的乘法运算次数并且将无理数转化为有理数进行运算，实
现了降低运算复杂度的日的。
Abstract
With the development of information technology, the living
condition is enhanced. In particular, multi-medium technology becomes
more creative. The image compression technology play a important role
In the multi--medium and networking technology.
At first, this thesis introduces the importance of image compression
and JPEG compression standard. Secondly ,the wavelet transformation
theory and its effect in image compression are introduced, especially the
pyramidal algorithm and its fast realization--lifting scheme, this scheme
can decrease the time and space complexity of wavelet transform greatly.
Thirdly, from EZW and SPIHT to JPEG2000 still image compression
standard, some wavelet coding techniques are especially Introduced, such
as lifting scheme and EBCOT. Then, there is a compare about many
arithmetic above.
As for the high computational complexity of two--dimensional
wavelet transform, we propose corresponding simplified method. Taken
CDF9/7 filter as an example, this method can make good effect in
JPEG2000 by realization with Visual C++. That is to say, the realization
can decrease the multiplications of lifting scheme, and can improve the
performance considerably.
其是计算机多媒体技术的发展，给人们的生活带来无穷乐趣。
图像压缩技术在多媒体技术领域中占有重要的位置。
本文首先介绍了图像数据压缩的重要性和JPEG压缩标
准，接着介绍了小波变换理论及其在图像压缩中的应用，尤
其重点地介绍了金字塔算法及其快速实现方法一一提升方
案，该方案通过一系列简单的提升步骤来完成复杂的矩阵乘
法运算，大大地降低金字塔算法实现的时间和空间复杂度，
接着由嵌入式零树小波编码算法和多级树集合分裂算法到
JPEG2000静态国际压缩标准，尤其重点阐述JPEG2000涉及
的一些小波编码的核心技术，如提升方案和EBCOT等，并对
以上各算法进行比较。
最后本文针对提升方案在二维情形下算法复杂度仍然较
大的问题，提出了相应的简化措施。以CDF9／7滤波器为例，
通过VC++编程对改进后的算法进行了实现，在JPEG2000中
取得了良好的效果。实验结果表明，该简化措施能够减少一
定的乘法运算次数并且将无理数转化为有理数进行运算，实
现了降低运算复杂度的日的。
Abstract
With the development of information technology, the living
condition is enhanced. In particular, multi-medium technology becomes
more creative. The image compression technology play a important role
In the multi--medium and networking technology.
At first, this thesis introduces the importance of image compression
and JPEG compression standard. Secondly ,the wavelet transformation
theory and its effect in image compression are introduced, especially the
pyramidal algorithm and its fast realization--lifting scheme, this scheme
can decrease the time and space complexity of wavelet transform greatly.
Thirdly, from EZW and SPIHT to JPEG2000 still image compression
standard, some wavelet coding techniques are especially Introduced, such
as lifting scheme and EBCOT. Then, there is a compare about many
arithmetic above.
As for the high computational complexity of two--dimensional
wavelet transform, we propose corresponding simplified method. Taken
CDF9/7 filter as an example, this method can make good effect in
JPEG2000 by realization with Visual C++. That is to say, the realization
can decrease the multiplications of lifting scheme, and can improve the
performance considerably.
引文
[1] 章毓晋，图像处理和分析，清华大学出版社，1999。
[2] 姜丹编著，信息论与编码，合肥中国科学技术大学出版社，2001
[3] 何耀华，静止图象压缩算法研究，西安电子科技大学硕士学位论文，2002
[4] S．G．Mallat， A theory for mul讨－resolution apDroxlmatlon：the wavelet approximation，IEEE Trans PAMI Vol．11，674—693， July 1989
[5] C．K．Chui, An Introduction to Wavelets, Academic Press，Boston，1992．
[6] I. Daubechies，Ten Lectures on Wavelets, SIAM Publ.，Philadelphia, 1992．
[7] 彭玉华，小波变换与工程应用，科学出版社，2000
[8] 曾剑芬、马争鸣，提升格式与JPEG2000，中山大学学报（自然科学版）2002年1月
[9] 王琪等著，一种结合量化零树小波图象编码器，清华大学学报（自然科学版），2000年
[10] 张正阳著，高性能图像编码研究（博士论文），西安电子科技大学，1999年
[11] 沈兰荪，图象编码与异步传输，入民邮电出版社，1998。
[12] 周军，小波变换及图像间 VQ压缩，上海交通大学学报，1997.6
[13] Embedded image coding using zerotree of wavelet coefficients J．M．Shapiro IEEE Trans． Signal Processing 1993
[14] A NEW,Fast,and Efficient Image Codec Based on Set Partitioning in Hierarchical Trees A．Sald etc IEEE Trans．Circuits Syst．Video Tech．1996
[15] CREW：Compression With Reversible Embedded wavelets，A．Zandi etcIEEE Data Compression Conference 1995
[16] 张晓婶等著，JPEG2000图像压缩编码系统及其关键技术，数字电视与数字视频，2001年
[17] 刘建华等著，JPEG2000压缩编码标准介绍，桂林航天工业高等专科学校学报，2002年
[18] New work item： JPEG2000 image coding system ISO／IEC JTCI／SC29／WGIN390RI 997
[19] JPEG2000 Partl Final Draft International Standard（ISO／IEC FDIS15444－1）， ISO／IEC JECI／SC29／WGI N1855 M.Boliek etc 2000
[20] I．Moccagata, S．Sodagar, J． Liang and H．Chen,“Error Resilient Codeing in JPEG2000 andMPEG-4,”IEEE Journal Of Selected Areas in Communications（JSAC），April 2000．
[21] 张晓娣等著，JPEG2000图像压缩编码系统及其关键技术，数宇电视与数字视频，2001年
[22] 周宁，汤晓军，孙飞，提升小波快速算法及其在JPEG2000中的应用，中国有线电视 2002（18）
[23] daubechies I.orthonormal bases of Compactly Supports
Wavelet,comm..Pure&Applied Math.1998 XLI,906~996
[24] 解成俊等著，基于提升方案与SPIHT的无失真图像压缩，光电工程，2002
[25] 吴渝等著，基于提升方案的自适应小波变换，计算机应用研究，2002年
[26] Factoring Wavelet Transforms into Lifting Steps I.Daubechies etc J．Fourler．Appl 1997
[27] The Lifting Scheme： A Customdeslgn Construction of Blorthogonal Wavelets W．Sweldens Appl．Comput．Harmon．Anal．1996
[28] Frank Hunleth，Optimizing JPEG2000 Algorithms using Subwod Parallelism CS525 Term Project
[29] ChnstosChrysafis，Antonio Ortega，Line Based，Reduced Memory，Wavelet Image Compression Data Compression Conference（1998）
[30] K.F.Chen，C.J.Lian，H.H.Chen，L.G.Chen，“Analysis and architecture design of EBCOT for JPEG－2000， in Proc.of 2001 IEEE Iternationa1 Symposium on Circuits and Systems（ISCAS 2001）Sydney，Australia，May 2001
[31] C.J.Lian， K.F.Chen， H.H.Chen， L.G.Chen， Lifting based discrete wavelet transform architecture for JPEG2000，in Proc.of 2001 IEEE Iternationa1 Symposium on Circuits and Systems（ISCAS 2001）Sydney，Australia，May 2001
[32] PetCrMeerwald， RolandNorcen， AndreasUhl，Cache issues withJPEG－2000 wavelet
lifting，Proceedings of SPIE， VOI.4671， Visual Communications and Imape Processing 2002 San Jose，CA，USA Januny ZI－23，2002
[33] Takahiko Masuzaki3Hiroshi TSutsul，Tomonori Izumi，Takao Onoye，Yukihiro NakamuT4 Adaptive Rate Control for JPEG2000 Imaae Codina in Embedded Systems．IEEE ICIP 2002
[34] M Boliek C． Christopoulos and E． Majani（editors）“JPEG2000 Partl Final Draft International Standard，”（ISO／IEC FDIS15444－1）， ISO/IEC JTCI/SC29/WGI N1855,August 18,2000.
[2] 姜丹编著，信息论与编码，合肥中国科学技术大学出版社，2001
[3] 何耀华，静止图象压缩算法研究，西安电子科技大学硕士学位论文，2002
[4] S．G．Mallat， A theory for mul讨－resolution apDroxlmatlon：the wavelet approximation，IEEE Trans PAMI Vol．11，674—693， July 1989
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[15] CREW：Compression With Reversible Embedded wavelets，A．Zandi etcIEEE Data Compression Conference 1995
[16] 张晓婶等著，JPEG2000图像压缩编码系统及其关键技术，数字电视与数字视频，2001年
[17] 刘建华等著，JPEG2000压缩编码标准介绍，桂林航天工业高等专科学校学报，2002年
[18] New work item： JPEG2000 image coding system ISO／IEC JTCI／SC29／WGIN390RI 997
[19] JPEG2000 Partl Final Draft International Standard（ISO／IEC FDIS15444－1）， ISO／IEC JECI／SC29／WGI N1855 M.Boliek etc 2000
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[21] 张晓娣等著，JPEG2000图像压缩编码系统及其关键技术，数宇电视与数字视频，2001年
[22] 周宁，汤晓军，孙飞，提升小波快速算法及其在JPEG2000中的应用，中国有线电视 2002（18）
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[25] 吴渝等著，基于提升方案的自适应小波变换，计算机应用研究，2002年
[26] Factoring Wavelet Transforms into Lifting Steps I.Daubechies etc J．Fourler．Appl 1997
[27] The Lifting Scheme： A Customdeslgn Construction of Blorthogonal Wavelets W．Sweldens Appl．Comput．Harmon．Anal．1996
[28] Frank Hunleth，Optimizing JPEG2000 Algorithms using Subwod Parallelism CS525 Term Project
[29] ChnstosChrysafis，Antonio Ortega，Line Based，Reduced Memory，Wavelet Image Compression Data Compression Conference（1998）
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[31] C.J.Lian， K.F.Chen， H.H.Chen， L.G.Chen， Lifting based discrete wavelet transform architecture for JPEG2000，in Proc.of 2001 IEEE Iternationa1 Symposium on Circuits and Systems（ISCAS 2001）Sydney，Australia，May 2001
[32] PetCrMeerwald， RolandNorcen， AndreasUhl，Cache issues withJPEG－2000 wavelet
lifting，Proceedings of SPIE， VOI.4671， Visual Communications and Imape Processing 2002 San Jose，CA，USA Januny ZI－23，2002
[33] Takahiko Masuzaki3Hiroshi TSutsul，Tomonori Izumi，Takao Onoye，Yukihiro NakamuT4 Adaptive Rate Control for JPEG2000 Imaae Codina in Embedded Systems．IEEE ICIP 2002
[34] M Boliek C． Christopoulos and E． Majani（editors）“JPEG2000 Partl Final Draft International Standard，”（ISO／IEC FDIS15444－1）， ISO/IEC JTCI/SC29/WGI N1855,August 18,2000.
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