（JPEG2000:What’s It All About?）

摘要
　　一提起“JPEG”，人们就会想到“文件格式”。其实它是“Joint Photographic Experts Group” （静态图像编码和压缩的标准化组织）的缩写。

　　在人们热衷于发展压缩技术的同时，JPEG借助它在标准化压缩技术的优势开发了一种文件格式。在ISO15444中记录了这种最新的压缩技术，称为JPEG2000。

背景
　　过去的十年间，数字图像的存贮和传送技术得到了飞速发展，其应用也日趋广泛。数码相机和中低档的扫描仪使得数字图像在消费者和商业领域中的应用迅速增长。同时，数字图像在因特网和低价多媒体电脑上的大量使用也使得数字图像成为许多人日常生活的一部分。

　　除了上面这些因素，彩色打印机的普及，也要求图片的质量符合高质量的打印要求。符合这些要求的图像文件的大小成为图像存贮和传送的一个挑战。因此，数字图像的压缩对于消费者、商业和科学等领域是很关键的。

　　当前的JPEG压缩（不同于JPEG2000）是基于1988年JPEG委员会采用DCT技术结合ISO10918-1 Hufmann编码的方式，是现在多个静态图像压缩标准版本中的第一个。

　　DCT是由用户指定图像质量并且依赖于实际编码图像的压缩率的有损压缩方式。它把象素的深度量化为一个参数完成位图的转换。一幅低质量的图像使用Hufmann编码在一定的量化级上能取得较好的压缩率。这些技术使多个图像编码在屏幕和打印机上得到很好的质量。

　　1988年，采用DCT运算的技术在PC机和工作站上的图像应用是十分复杂的。在不同的标准中进行协作，JPEG有一个困难的开始。

　　1992年，C-Cube公司的CEO在JPEG委员会任职，要开发一个在有限的颜色、算法和其它方面的标准的文件格式JFIF。这种技术立即被大众所接受成为市场上唯一的JPEG方案。JFIF的普及就像现在的JPEG文件。但是，它的一些局限性使它难于在高分辨率、真彩色和一些附加功能上发展。

　　从JPEG和JFIF的一开始应用，一些基于DCT技术的其它文件格式和压缩技术就开始形成，包括SPIFF，那是一种多途径的被叫被JTIP的格式，这些有着相同的实现方式叫做Flashpix。

JPEG 2000
　　随着1995年标准计算机的计算能力的提升，软件的解码速度超过了硬件。1996年，JPEG组织决定开发一种压缩比更大的图像格式。尤其是碎片和波形的压缩技术的发展，在2000年的时候出现了一种被命名为JPEG2000的新标准。

　　最终是要建立一种应用于新世纪的更高级的图像编码系统。这种编码系统将有以下特点：

　　1．放弃现在的地址域，寻找一种更有效的方式；
　　2．发展现在不用压缩的图像市场；
　　3．规定一种开发系统用于图像应用。

　　不同的应用会有不同的要求。

例如：

　　■互联网的应用要求在质量和分辨率上的快速解码能力；
　　■移动应用要求容错率高，低功耗和先进的解码，并且在电子商务上需要图像的安全性高并且要求有水印；
　　■数字摄像压缩的复杂性降低和效率的提高；
　　■彩色传真、打印和扫描需要网纹的处理；
　　■数字图书馆和存档应用需要数据和主题的管理；
　　■远程感应，多文档，快速编码和本地化编码都很重要；
　　■医学应用在无损和有损编码上都有广泛的应用。

　　这项技术的提倡导致了二十多种建议，大部分都是针对波形技术的。在这个技术中加入DCT编码仍然在测试阶段，但JPEG2000的要求太多并且加入DCT不太适合。

　　最终在JPEG2000中加入了波形技术，它在分辨率和质量上都有可以升级的能力。虽然波形编码的复杂性依靠于滤镜的大小和浮点滤镜的应用，估计波形编码比当前的基于块的DCT编码更复杂。拿一个整帧的变换来说，波形的内存要求比DCT要大。

　　不论如何，基于线的实现方式能降低内存的需求量。目前波形变换比DCT复杂，但随着计算机的能力不断提高，在新的JPEG发布时，波形变换不再比DCT复杂。JPEG委员会认为以后编码解码的硬件要求不再是波形变换的障碍。

　　协议上的可扩展性意味着图像编码在一个流内可以有不同级别的编码。因此一个同样的图像文件可以在不同的程序上应用。当图像一经压缩，就可以在线模式，大小累加或协议累加上解压。

　　质量可能成为分辨率、颜色深度的量化上的问题。用户可以在编码时指定压缩级别、分辨率或质量上的要求。文件在质量上的可扩展能解码成需要的质量，就像无损压缩。

　　这些技术有一些有趣的特性：图像的无损编码和流的应用。这些能力在医学图像和程序发布上都非常有用。

　　JPEG 2000查阅了ISO15444标准的所有部分，以下七个部分是计划的内容：

　　第一部分：JPEG2000图像编码系统；

　　第二部分：扩展；

　　第三部分：Motion JPEG 2000；

　　第四部分：一致性；

　　第五部分：参考软件；

　　第六部分：制定图像文件格式；

　　第七部分：第一部分的支持。

　　其中第一部分预计在2000年底通过ISO标准。同时定义了核心的压缩技术和最小的文件格式，该格式使用了一种可升级的文件格式结构，虽然只包含最少的特征，但却可以满足80%市场需要。

　　第二部分扩展了压缩和文件格式。基本文件是JP2，是这个标准的一个附加部分，但是任何一个格式的实现都要符合标准并且能读取JP2文件。包含扩展内容的文档，在只读第一部分的程序里不起作用。这样若要用到第二部分的文件的使用者，可以用一个扩展的程序去读取。

　　JPEG2000代码流对所有的应用都是一样的，不需要注意文件的格式。JP2文件格式是应用JPEG2000程序的默认格式。

　　值得注意的是，压缩和文件格式是分开的，当程序要用标准文件格式传送压缩的数据时，压缩程序会单独的运行。

　　在很多情况下，考虑到通用性的时候，压缩图象数据所采用的文件格式就变的至关重要！JP2文件格式是由DIG2000发起的合作活动下产生的。这次活动中，包括JPEG委员会在内的同盟成立了JPEG2000委员会。他们的任务是要定义一种供一般用户广泛使用的图像文件格式。他们要让软硬件厂商开发使用JPEG2000压缩技术的产品用于在线图像数据库和网络应用。

　　一种用途更广的格式正在越来越引人注意。它渗透到从基于TIFF的到基于Apple的QuickTime的范围。这就要在不同的复杂度和效果上做出选择。最后选择了Apple的QuickTime的一部分和MPEG-4的一部分做为文件的格式。创建这个格式时借鉴了ICC、XML、JPEG2000压缩和图像元格式。

　　JPEG2000委员会认识到许多的组织希望将JPEG2000编码加到其它的文件格式里，这样，JPEG2000格式的广泛应用对于JPEG2000委员会来说是一个更大的挑战。

　　JP2格式定义了如何存贮指定的颜色的方法。part2（jpx）会在part1的基础上添加更加复杂的功能。在Part1中，读取JP2文件需要sRGB和grey-sRGB的支持。所有要读取JP2文件都必须支持使用合法ICC标准颜色的解释器。这些标准要符合Three-Component Matrix Based和Monochrome Input Profiles。它虽然适应性低但有很好的协作性。其它的颜色空间能够在JPX文件中列举，在JP2文件中的支持就不是必须的了。另外，第二部分为色彩空间定义了一个比其它更好的注册程序。

　　JP2文件格式把文件定义成一个一个的块用来存放图像数据和图像元数据。这样就使分析这些块或者加入新块更加容易。

　　JP2文件中的这些标准块包括文件名、文件类型和兼容信息，一般的头信息、调色板、特殊色彩空间、组成顺序和代码流。除文件名和文件类型必须写出和头信息块必须在代码流的前面外，没有额外的限制。用户定义的块可以在文件的任何位置，任何未知的块都将被忽略。

将要包含的其它特性
　　数据元。数据元和图像数据一起定义，可以提高整个文件的价值和系统存贮图像的能力。因为数据元和图像一起传送，所以它和图像的内容有很大的关系。例如：数据元可以描述图像作者的名字、建立的时间、版权、用法和一些参数等等。

　　数据元的应用中的一个是IPR（Intellectual Property Rights），用于标注作者的名字、开发的版权和传递的版权等。

　　图像注册。图像注册程序在最初的JPEG就已经被定义，在JPEG第四部分中是实现。类似的功能同样被JPEG2000所关注。注册处理提供了图像的一些简单定义，叫做注册区，而且是唯一的。

　　JPEG的注册被分为三块：16区是国家码，16位是RA区，32位是个人代码。这个功能由JURA为全世界提供注册码。

　　水印。保护图像内容不被盗版和非法的使用是一项艰难的任务。水印技术则是一种可行的方案，它存在图像的指定的层里，不可见但可以被检测到。目前打算用64位存贮水印，正好和注册的信息一起被传送。水印技术目前还在开发阶段，不久将在JPEG2000里试用。

　　兴趣区域（ROI）。兴趣区域作为图像的一部分，渐渐成了一种趋势。在JPEG2000里定义了两种获取ROI的途径，主动的和被动的。

　　在主动模式里，用户可以自由的定义自己感兴趣的区域。用户存贮了高分辨率的图像，当图像被请求时，就显示被选择的具体部分。

　　被动模式中，JPEG2000在编码时有明显的高分辨率的区域。用户只能在可选的区域里显示一个高质量的内容。

其它信息
　　要获得更多的信息，请访问：www.jpeg.org，这里包括很多的关于JPEG和JPEG2000的文章。

[时间：2001-05-11  作者：必胜网  来源：必胜网]