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 JPEG(Joint Photographic
Experts Group)2000規(guī)范在2001年斷定版別，它界說了新的印象編碼計(jì)劃，運(yùn)用的是一種最新的小波技能(Wavelet Technology)的緊縮辦法。它的架構(gòu)在許多運(yùn)用很有協(xié)助，包羅因特網(wǎng)印象傳送、保全體系、數(shù)字照相以及醫(yī)療印象等。

我們對什么是JPEG2000以及它與其它緊縮規(guī)范比如MPEG(Motion Picture
Experts Group)-2、MPEG-4及更早期的JPEG之間的比擬，都有許多疑問。有鑒于此，本文除將對其他緊縮規(guī)范作簡略的比擬，也將著重在一些我們常常對JPEG2000不甚了解的當(dāng)?shù)兀约八^少被說到卻可能成真的種種長處。

JPEG2000的運(yùn)用
契合CCTV保全體系編碼/緊縮特性
當(dāng)傳送或貯存數(shù)據(jù)畫面，想要妥善運(yùn)用有限的頻道頻寬時(shí)，就有必要運(yùn)用「緊縮」來保存畫面的分辨率。倘若原始數(shù)據(jù)可以從頻道徹底復(fù)原而沒有任何失真的景象，這樣的緊縮便被界說為「無失真(Lossless)」；不然，就是「失真(Lossy)」。規(guī)范有必要保證互通性(Interoperability)。JPEG2000是僅有可供給無失真與失真的規(guī)范緊縮計(jì)劃。因而，它可運(yùn)用在實(shí)時(shí)貯存或傳輸頻寬受到限制，仍需求較高質(zhì)量印象的運(yùn)用上。

以JPEG2000為根底的體系有一項(xiàng)重要的特性就是可以從單一的JPEG2000編碼流(Code Stream)解緊縮各種分辨率、組件、愛好的區(qū)域與緊縮比率。這項(xiàng)特性在其它緊縮規(guī)范是不可能有的，因?yàn)橛∠缶藜?xì)、位率與質(zhì)量有必要在編碼端加以指定，并不能在譯碼端被決議或被改動(dòng)。

舉例來說，一臺閉路電視(CCTV)保全體系可運(yùn)用此一特性，辦法是透過低頻寬的網(wǎng)絡(luò)寄送單一的JPEG2000編碼流。高分辨率印象可以被貯存在硬盤機(jī)(HDD)中，一起，多個(gè)低分辨率印象則顯如今監(jiān)視器上。在接納端的操作人員可以決議要從寄出的單一編碼流解緊縮出什么信息出來。

JPEG2000具有圖框(Frame)準(zhǔn)確性，輸入的每個(gè)單一圖框都以緊縮的格局包括(Contain)進(jìn)來。另一方面，MPEG體系經(jīng)由工夫性緊縮(Temporal Compression)(每個(gè)圖框不加以編碼就像完好的印象)削減數(shù)據(jù)量，所以MPEG緊縮不具圖框準(zhǔn)確性。因而，在某些保全運(yùn)用上，法令明訂制止運(yùn)用MPEG緊縮的做法。為處置此一問題，保全體系與設(shè)備業(yè)者有必要得開展他們本人的緊縮電路，或運(yùn)用沒有功率的Motion JPEG(M-JPEG)緊縮規(guī)范，以便供給一種包括原始數(shù)據(jù)每個(gè)單一圖場(Field)的已緊縮數(shù)據(jù)流。如今他們就可認(rèn)為新的描繪項(xiàng)目運(yùn)用JPEG2000了。

漸進(jìn)式緊縮合適因特網(wǎng)印象傳送

漸進(jìn)式緊縮技能(Progressive Coding)是JPEG2000規(guī)范的另一項(xiàng)特性，意思是比特流可以用這樣的辦法加以編碼，意指數(shù)據(jù)流開端時(shí)包括較不具體的信息，數(shù)據(jù)流跋涉中包括較具體的信息。此做法使這項(xiàng)技能很合適用在因特網(wǎng)/網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)用上，獨(dú)特是大印象且低頻寬，就好像印象在譯碼端可以立刻被看到，即運(yùn)用的是低速網(wǎng)絡(luò)或印象數(shù)據(jù)庫。

在工夫進(jìn)行中，較低的子頻帶會(huì)先被看到，然后再加上更具體的材料。工夫規(guī)模內(nèi)，畫面因而變得鋒利明晰，悉數(shù)印象在被看到之前不需求將它從網(wǎng)絡(luò)下載下來。因?yàn)榈彤嬞|(zhì)印象當(dāng)即可用，接納端運(yùn)用者可以決議是要觀看徹底譯碼版另外畫面，或許略過，改看下一張畫面。客戶可以用不一樣的分辨率或畫質(zhì)凹凸「緊縮率」來觀看印象，這使它們合適于各種傳輸頻寬、銜接速度或顯現(xiàn)裝置。除此之外，JPEG2000編碼供給在印象特定區(qū)域內(nèi)擴(kuò)大削減的選項(xiàng)，或在不一樣分辨率或緊縮率，顯現(xiàn)印象的特定規(guī)模。

高分辨率合適
動(dòng)畫體現(xiàn)

雖然在極度緊縮的景象之下，JPEG2000視訊開端含糊，但可看性仍適當(dāng)高。MPEG或JPEG區(qū)塊斑紋攪擾眼睛的狀況就高出許多，在高緊縮率下，會(huì)看到畫面分解成小方塊。JPEG2000在中到高位率與包括許多動(dòng)畫的內(nèi)容時(shí)，高印象質(zhì)量不會(huì)有區(qū)塊斑紋呈現(xiàn)，高功率使JPEG2000很合適用于高分辨率(HD)運(yùn)用上，比如數(shù)字電影院、硬盤錄制體系，以及硬盤照相設(shè)備。

許多運(yùn)用都需求的確的位率操控，這只要JPEG2000做得到。只需悉數(shù)的圖框或場域(Field)一起被變換，的確無誤的位率操控是可以做到的；接著就可以將它分紅各為獨(dú)立的比特流或編碼方塊，再以下面描繪的技能加以處置即可。在運(yùn)用DCT的體系中，量化是僅有運(yùn)用到的技能，而這使的確無誤的位率操控變得艱難。
 

為操控DCT體系中的位率，數(shù)據(jù)有必要被重復(fù)地從頭處置與從頭量化。而JPEG2000的位率操控運(yùn)算規(guī)律截取每個(gè)比特流來契合一個(gè)指定的方針位率，調(diào)整每個(gè)所需的編碼方塊數(shù)據(jù)將之截短并重復(fù)量化。

除了編程方針位率外，此規(guī)范也能讓運(yùn)用者指定一個(gè)特另外質(zhì)量矩陣。只需效能沒有降到指定峰值信雜比以下的話，本例中的方針位率將多方面地切合特定數(shù)量要素。PSNR是一種適當(dāng)于可視畫面質(zhì)量的畫質(zhì)表明。

JPEG2000編碼流

一已知的輸入印象或局部印象被「區(qū)塊」寄送到一組小波濾波器后，就會(huì)將像素信息變換為小波系數(shù)，然后群集成數(shù)個(gè)子頻帶(編碼中小波的運(yùn)用，其最早的解說出如今Analog
Dialogue 30-2(1996))。每個(gè)子頻帶包括小波系數(shù)，它描繪悉數(shù)原始印象中一種水平與筆直的特定空間頻率規(guī)模。這表明在第一個(gè)變換層包括了較低頻率，而較不具體的材料；而愈加具體、頻率更高的信息則被包括在較高的變換層中。清楚地說，這里顯現(xiàn)的只要2個(gè)變換層。第1個(gè)變換層源自子頻帶LH1、HH1、HL1和LL1。只要子頻帶LL1可以經(jīng)過以便進(jìn)一步地濾波，接著發(fā)生下一個(gè)變換層并開展出子頻帶LH2、HH2、HL2和LL2。

一樣巨細(xì)的編碼方塊是根本的數(shù)據(jù)比特流，由每個(gè)子頻帶內(nèi)發(fā)生得來的。因而，這樣的細(xì)分對系數(shù)模型與編碼則是有必要的，由編碼方塊乘上編碼方塊根底得來。

而本質(zhì)上，實(shí)踐的緊縮是由截取或許重復(fù)量化每個(gè)編碼方塊內(nèi)的比特流來到達(dá)。這些比特流接著會(huì)運(yùn)用一種稱為后緊縮率操控(Post Compression Rate Control，PCRC)的技能來將之最佳化地截取。

編碼方塊可獨(dú)自地被存取，而它們的比特流編碼則是會(huì)跟著3個(gè)編碼(Coding)經(jīng)過每個(gè)位平面。而此一流程則稱為情境方式(Context Modeling)，首要乃是用來指定關(guān)于每個(gè)獨(dú)自系數(shù)位重要性的信息功用。

之后，接著編碼方塊則會(huì)依據(jù)它們的重要性成為群組。以譯碼端來說，依據(jù)它的重要性，接著可能會(huì)取得信息，讓最重要的信息首要被看到。

JPEG2000可以包括由運(yùn)用者界說的各層數(shù)，由PCRC與情境方式所界說。每一層代表一個(gè)特另外緊縮率，該處的緊縮率由量化，失真率與情境方式等流程來到達(dá)。Layer 0(舉例來說，包括由耗費(fèi)的WT變換(被嚴(yán)峻截掉)的比特流)包括無編碼經(jīng)過，因而供給最高的緊縮率與最低的質(zhì)量。Layer16接著會(huì)包括較少截取的比特流，并運(yùn)用較高編碼經(jīng)過(Coding Pass)的數(shù)量，因而供給低緊縮與高質(zhì)量。
區(qū)塊(Tile)或印象會(huì)進(jìn)一步分紅小圖區(qū)(Precincts)。小圖區(qū)包括數(shù)個(gè)編碼方塊，被用來存取一個(gè)印象內(nèi)的特定規(guī)模，以便以不一樣辦法處置這塊區(qū)域，或只對特定的印象區(qū)域譯碼。JPEG2000比特流是由組織編碼方塊或小圖區(qū)成一數(shù)組的封包與最先到來的較低子頻帶所發(fā)生。
JPEG2000數(shù)據(jù)流加上一個(gè)首要標(biāo)頭包括的信息如下：未緊縮的印象尺度、Tile尺度、組件數(shù)量、組件位深度、編碼型式、變換層級、漸進(jìn)按次層數(shù)、編碼方塊巨細(xì)、小波濾波器類型、量化程度等。悉數(shù)的印象數(shù)據(jù)，以LL、HL、LH和HH等子頻帶編碼方塊集結(jié)成群組后跟著標(biāo)頭。數(shù)據(jù)并未包括標(biāo)頭數(shù)據(jù)。一起，內(nèi)容表可以在編碼端被貯存，并答應(yīng)一個(gè)譯碼器叫出所需的某個(gè)分辨率，不必最先有必要對悉數(shù)JPEG2000編碼流進(jìn)行譯碼或下載。
DCT vs. WT
JPEG2000運(yùn)用小波變換法(WT)來削減包括在畫面中的數(shù)據(jù)量，而MPEG與JPEG體系則運(yùn)用離散余弦變換法(DCT)。事實(shí)上，WT需求的處置功率比DCT多，但MPEG體系需求的功率也比DCT高。DCT或任何方式的傅利葉變換，表明頻率與振幅的信號，但只要在單一工夫內(nèi)。WT在工夫規(guī)模內(nèi)將信號變換成頻率與振幅，因而就愈加有功率。圖4～圖9為狀況顯現(xiàn)圖。
為取得與一個(gè)小波變換經(jīng)過的一樣信息量，DCT有必要運(yùn)用到每個(gè)頻率；每個(gè)頻率有必要在每個(gè)工夫點(diǎn)被變換，以取得每個(gè)8x8像素方塊。
除此之外，MPEG體系運(yùn)用內(nèi)部圖框緊縮，即「動(dòng)畫猜測」以便削減進(jìn)一步作為動(dòng)畫猜測的數(shù)據(jù)量。此一做法在外部內(nèi)存中需求貯存至少二個(gè)悉數(shù)的場域。以運(yùn)算為主的動(dòng)畫猜測流程需求一顆十分強(qiáng)的處置器。工夫性緊縮可被用在JPEG2000體系中，但它并不歸于JPEG2000規(guī)范。
JPEG2000具有多項(xiàng)長處
一切MPEG規(guī)范都很雜亂并且運(yùn)算吃重。在規(guī)范界說(Standard
Definition；SD)的運(yùn)用中，這些規(guī)范會(huì)使得處置推遲愈加嚴(yán)峻，內(nèi)存的需求更多。當(dāng)思考高分辨率(HD)格局時(shí)，這些要素甚至?xí)兂梢豁?xiàng)問題，反而使對JPEG2000的需求變得更高。
另一個(gè)JPEG2000的強(qiáng)處是規(guī)范自身，它使得在許多不一樣運(yùn)用中的彈性與操控更高。JPEG2000在撐持格局上也愈加多功用；它撐持從每一取樣8位到每一取樣無限制數(shù)量的任何東西，而MPEG只撐持8位數(shù)據(jù)。
JPEG2000遍及程度不斷提高，即便MPEG-2是專為DVD與播送運(yùn)用所樹立的規(guī)范。JPEG2000也在需求高質(zhì)量貯存或透過無線及其它連接傳輸硬盤印象的硬盤運(yùn)用上十分遍及。
醫(yī)療與視訊與保全為JPEG2000的將來開展重心
美商亞德諾最早在1996年宣布一種小波緊縮硬件處置計(jì)劃：ADV601。之后，亞德諾在2004年7月推出專門用于JPEG2000的小波編譯碼器ADV202，是在2004年7月宣布專用于JPEG2000的IC。
ADV202可舉措于高分辨率視訊、規(guī)范界說視訊和靜態(tài)印象。它撐持一切ISO/IEC15444-1[JPEG2000]印象緊縮規(guī)范(除Maxshift ROI)的特性，并取得專利的SURF(空間超高功率循環(huán)濾波)技能，到達(dá)低功率、低成本以小波為根底的緊縮。包括1個(gè)專門的小波變換引擎、3個(gè)熵(ENTROPY)編譯碼器、一個(gè)RISC處置器，和板上內(nèi)存體系，ADV202供給一個(gè)無膠合組件的接口給通用視訊規(guī)范比如ITU.R.BT656、SMPTE274M或SMPTE296。它也供給原始編碼方塊與屬性數(shù)據(jù)，使主控處置器能完好操控發(fā)生與緊縮的流程。
在一規(guī)范界說的編碼運(yùn)用中，即便數(shù)字信號處置器(DSP)效能已大幅晉升，一顆DSP也有必要有每秒200億個(gè)指令的效能來與ADV202的效能匹配。作為一顆有功率的加速器，ADV202的三合一芯片熵編譯碼器就是擔(dān)任高傳輸率的使命。運(yùn)用一個(gè)JPEG2000硬件處置計(jì)劃的首要長處是比其它緊縮電路的推遲更低，這個(gè)要素對醫(yī)療運(yùn)用而言，獨(dú)特重要。
多家首要視訊或播送設(shè)備制造商曾經(jīng)將JPEG2000完成到這類將來的硬盤產(chǎn)物，作為實(shí)時(shí)編碼與譯碼體系和視訊服務(wù)器。數(shù)字劇院促進(jìn)會(huì)(DCI)最近便宣布將運(yùn)用JPEG2000作為傳送數(shù)字電影的緊縮辦法。而因?yàn)樗膹椥耘c印象緊縮質(zhì)量，JPEG2000規(guī)范下操作，將在運(yùn)用印象或視訊緊縮的每一個(gè)真實(shí)描繪上發(fā)現(xiàn)它的方向。ADV202曾經(jīng)在許多描繪上找到它的出路，在CCTV/保全商場，以及網(wǎng)絡(luò)視訊運(yùn)用上也將具有頗大的發(fā)揚(yáng)空間。