静态图像压缩编码的研究与实现

论文摘要

随着多媒体技术和网络的不断发展,静态图像得到越来越广泛应用。在具体应用中,人们发现静态图像在存储和传输方面占用了很多的资源,造成很大不便。在这种情况下,静态图像的压缩成为人们研究的一个热点。人们希望能够用有限的空间和带宽资源存储与传输更大容量的图像,并且希望压缩后的图像有更好的图像质量。在这样的背景下,国际标准化组织发布了一系列静态图像压缩标准,其中最著名的是JPEG和JPEG2000标准。JPEG是“连续色调静止图像数字压缩编码”的简称,国际标准号是ISO/IEC 10918,是目前应用最广泛的图像压缩标准。JPEG2000是新一代静态图像压缩编码标准,国际标准号是ISO/IEC 15444,是JPEG的升级版本,有更优异的压缩性能。本文正是基于这两种标准的研究与实现。本文主要完成了以下主要工作:1)对JPEG标准的编解码进行了系统的理论研究,对其中主要模块进行了详细的介绍,并用Visual C++编程实现一幅BMP格式的图像和JPEG格式图像的相互转换。最后针对JPEG图像压缩编码速度慢的问题提出了使用查表DCT算法,并用自适应量化取代标准量化过程,达到提高压缩质量的目的。2)对JPEG2000标准的基本系统的编解码进行了理论研究,对其中小波变换、熵编码等主要模块进行了详细的说明,并用kakaduV2.2.3版本的参考代码实现了一幅BMP格式的图像和JP2格式图像的相互转换。3)对JPEG与JPEG2000压缩编码从主要特点和图像压缩性能两个方面进行了比较,得出结论:在某些低压缩率的情况下,由于自身算法的复杂性,JPEG2000暂时还不能代替JPEG,但在高压缩率或者某些特殊要求（如:感兴趣区域编码）的情况下,JPEG2000将是最好的选择。最后,对所做的工作进行了总结,指出了研究中的不足,确定了下一步的研究方向。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 图像压缩的必要性
• 1.2 图像压缩技术发展历史
• 1.3 图像压缩技术研究现状
• 1.4 论文的主要工作
• 1.5 论文的内容安排
• 第二章 静态图像压缩与编码的基础
• 2.1 图像的数字化
• 2.1.1 图像的采样
• 2.1.2 图像的量化
• 2.2 数字图像的基本类型
• 2.2.1 二值图像
• 2.2.2 灰度图像
• 2.2.3 索引图像
• 2.2.4 RGB 彩色图像
• 2.3 图像的压缩和数据冗余
• 2.3.1 图像压缩的原理
• 2.3.2 数据冗余的类型
• 2.4 图像编码分类
• 2.5 图像压缩编码的评价
• 2.5.1 基于压缩编码参数的评价
• 2.5.2 基于保真度（逼真度）准则的评价
• 2.5.3 算法的复杂度
• 2.5.4 算法的适用范围
• 2.6 本章小结
• 第三章 JPEG 压缩编码的研究
• 3.1 概述
• 3.1.1 JPEG 标准中的基本要素
• 3.1.2 有损和无损压缩
• 3.1.3 JPEG 的工作模式
• 3.2 JPEG 压缩编码算法实现
• 3.2.1 颜色模式转换及采样
• 3.2.2 正向离散余弦变换
• 3.2.3 量化
• 3.2.4 Z 字形编码
• 3.2.5 用差分脉冲编码调制对直流系数（DC）进行编码
• 3.2.6 用行程长度编码对交流系数进行编码
• 3.2.7 熵编码
• 3.3 JPEG 解码算法实现
• 3.4 JPEG 文件格式
• 3.5 用VC++实现BMP 与JPEG 图像格式的转换
• 3.5.1 软件的介绍
• 3.5.2 程序的流程图及主要的函数说明
• 3.5.3 实验结果及分析
• 3.6 JPEG 算法的改进
• 3.6.1 离散余弦变换的缺点
• 3.6.2 查表实现DCT 变换
• 3.6.3 标准算法中量化部分的不足
• 3.6.4 自适应量化算法
• 3.6.5 自适应量化算法的实验结果
• 3.7 本章小结
• 第四章 JPEG2000 压缩编码标准的研究
• 4.1 概述
• 4.2 JPEG2000 压缩编码算法实现
• 4.2.1 图像预处理
• 4.2.2 小波变换
• 4.2.3 量化
• 4.2.4 熵编码
• 4.3 JPEG2000 解码算法实现
• 4.4 码流语法
• 4.4.1 码头、标记和标记字段
• 4.4.2 码流结构
• 4.5 用VC++实现BMP 与JPEG2000 图像格式的转换
• 4.5.1 软件的介绍
• 4.5.2 程序的流程图及主要的函数说明
• 4.5.3 实验结果及分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 JPEG 与JPEG2000 压缩编码的比较
• 5.1 JPEG2000 相比JPEG 的主要特点
• 5.2 JPEG 和JPEG2000 图像压缩性能的比较
• 5.3 本章小结
• 第六章 工作总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 本课题的不足
• 6.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录