随着多媒体技术的不断运用，图像压缩要求更高的性能和新的特征。为了满足静止图像在特殊领域编码的需求，JPEG2000作为一个新的标准处于不断的发展中。它不仅希望提供优于现行标准的失真率和个人图像压缩性能，而且还可以提供一些现行标准不能有效地实现甚至在很多情况下完全无法实现的功能和特性。这种新的标准更加注重图像的可伸缩表述。所以就可以在任意给定的分辨率级别上来提供一个低质量的图像恢复，或者在要求的分辨率和信噪比的情况下提取图像的部分区域。

概况(算法 硬件实现)

JPEG2000的新特性(内容 优越性 小结)

中国将领先世界

概况

可以注意到JPEG2000可以被设计成可以满足各类应用需求的标准，包括国际互联网、彩色传真、印刷、扫描、数字摄影、遥感、移动通讯应用、医用影像、数字图书库和电子商务等。

JEPG的标准文件格式：.jp2

JPEG2000标准提供了一组特征功能，这些功能对于很多高端新兴技术应用来说非常重要。该标准所拥有的一些最为重要的特征如下所列：

 卓越的低比特率性能

 无损和有损压缩之间良好兼容。

 象素精度和分辨率的渐进式传输。

 感兴趣域编码

 随机码流访问和处理

 开放性体系

……

一个经典的JPEG2000编码运算法则包含三个部分：小波变换、画布坐标系统、EBCOT编码。

原始图像数据（例如.bmp位图）首先进行画布坐标标定，然后在画布坐标的基础上进行划分：第一步先划分为不同的分量（component）,第二步将画布区域划分为大小相同的矩形“片”（tile），这两个步骤可以互换。在画布坐标系统预处理之后，就是进入JPEG2000的核心阶段之一：离散小波分析（DWT）。小波分析被直接运用于各个片，这样每个片区域都被DWT分析，形成不同的分辨率级别，每个分辨率级别中含有四个子带，这样就为JPEG2000的分辨率递进的功能提供了可能。在这之后，就进入了JPEG2000的第二个核心阶段: 嵌入式优化截断编码（EBCOT）。首先将各个子带进行EBCOT的预处理过程：量化。量化对图像有损压缩负责，而此过程可有可无，用户可以自由选择，因而JPEG2000对有损和无损压缩兼容。预处理过后，进入EBCOT的核心编码阶段，该阶段分为两次，一次编码主要是码块划分和熵编码，二次编码主要是分层打包的过程。最后，码流将会以封包流（pack-stream）的形式传输，包的主头描述了原始图像和不同的分解及编码类型以便查找、提取、解码和重构指定分辨率级、保真度、感兴趣区域和其他特点的图像部分。

算法

由David Taubman提出,来自The University of New South Wales, Sydney, Australia.

EBCOT算法是一种对小波变换产生的子带系数进行量化和编码的方法。它的基本思想是把每一个子带的小波变换系数分成独立编码的码块(code-block)，并且对所有的码块使用完全相同的编码算法。

EBCOT编码算法要点包括：

每一个子边带分割成一个块集

一个子边带中的所有块有相同的大小（在图像边界的块可能例外）

块被独立编码

后处理操作确定范围，每个块的位流按照此范围进行截断

最后的位流由“层（layers）”的一个集合组成

在这些操作中，块编码是一个重要步骤。块编码的原因是：

利用图像中块到块之间统计上的局部变化

对应用需要随机访问图像提供支持

减少硬件实现压缩或解压缩引擎时的存储器消耗

允许并行实现

JPEG 2000中采用的小波变换只支持二值分解。

硬件实现

离散小波变换（ DWT ）和具有优化截断的嵌入块编码（ ebcot ）这两个算法计算和存储密集，因此需要专门的硬件，以执行运算复杂的部分，应用在许多嵌入式系统中。因此，需要一个彻底的算法研究来找到JPEG2000编码标准的一个高效的硬件实现。通过运行和分析，我们发现DWT和ebcot功能是运算周期中最关键的模块。而一些研究已经开始针对DWT的硬件实现， ebcot算法相对较新，也最小限度地研究硬件实现。我们的协处理体系结构，决定了1级的ebcot是最适合这种硬件实现，因为它具有高度的计算复杂度和相对简单的模块化特性。伴随主机处理器上一些现有的软件，它提供了一个完整的JPEG2000压缩的解决办法。我们提出一个协处理结构，作为JPEG2000标准。这涉及到用专用硬件来代替ebcot 1级编码器的软件实现。硬件实现主要包括两部分：系数位建模和算术熵编码。这两个模块之间的接口是通过一个FIFO（先进先出）缓冲区实现。硬件结构已在VHDL上实现并且性能也得到评估。

JPEG2000的新特性

内容

开发JPEG2000的初衷是在使用小波转换（WAVELET TRANSFORM）为主的解析编码方式的基础上，提供崭新的图象编码系统。国际标准组织（ISO）将在2000年底最终确定JPEG2000这个图象编码新标准。内容主要包括6个部分：

⑴ JPEG2000图象编码系统（核心部分）

⑵ 应用扩展（在核心上扩展更多特性）

⑶ 运动JPEG2000

⑷ 兼容性（即包容性与继承性）

⑸ 参考软件（目前主要为JAVA与C程序）

⑹ 复合图象文件格式（如传真式的服务等）

优越性

那么JPEG2000作为一种新型图象编码系统，跟它的前身JPEG相比，有那些优越性呢？实际上，JPEG2000的压缩优越性跟它的先进的编码技术是密切相关的。大体说来分为六个方面：

⑴ JPEG2000可以方便地实现渐进式传输，这是JPEG2000的重要特征之一。看到这种特性，我们就会联想到GIF格式的图像可以做到在WEB上实现"渐现"效果。也就是说，它先传输图像的大体轮廓，然后逐步传输其他数据，不断地提高图像质量。这样图象就由朦胧到清晰显示出来，从而节约、充分利用有限的带宽。而传统的JPEG无法做到这一点，只能是从上到下逐行显示。

⑵ JPEG2000既支持有损压缩，也支持无损压缩方式。而JPEG只能做到有损压缩，压缩后数据不能还原。因此JPEG2000在保存不可以丢失原始信息，而又强调较小的图象文档尺寸的情况下能扮演很重要的角色。

⑶ JPEG2000另外一个非常有趣而又实用的特征，就是它支持对你希望的特定区域进行特别的压缩处理。你可以指定图像上任意区域的压缩质量，还可以指定哪个部份先进行解压处理。这在大大降低图象尺寸方面起到很大作用。

⑷ 实际上，JPEG2000作为JPEG家族的继承者，就不能不追求很高的压缩比。在具有和传统JPEG类似质量的前提下，JPEG2000的压缩率比JPEG高20%-40%左右。也就是说，假如有一天我们的JPEG图片全部换成JPEG2000编码方式，在同样的网络带宽下，我们的对于图片下载的等待时间将大大缩短。

⑸ JPEG2000在颜色处理上，具有更优秀的内涵。与JPEG相比，JPEG2000同样可以用来处理多达256个通道的信息。而JPEG仅局限于RGB数据。也就是说，JPEG2000可以用单一的文件格式来描述另外一种色彩模式，比如CMYK模式。

⑹ JPEG2000能使基于WEB方式多用途图象简单化。由于JPEG2000图象文件在它从服务器下载到用户的WEB页面时，能平滑地提供一定数量的分辨率基准，WEB设计师们处理图象的任务就简单了 。例如我们经常会看到一些提供图片欣赏的站点，在一个页面上用缩略图来代理较大的图象。浏览者只需点击该图象，就可以看到较大分辨率的图象。不过这样WEB设计师们的任务就在无形中加重了。因为缩略图与它链接的图象并不是同一个图象，需要另外制作与存储。而JPEG2000只需要一个图象就可以了。用户可以自由地放缩、平移、剪切该图象而能得到他们所需要的分辨率与细节。

小结

最后来总结一下，由上面的测试来看，JPEG2000 除了还不能实现“感兴趣区域”这个功能外，压缩率、渐进显示等方面都实现、达到了其宣称的目标。而且相信随着相关处理软件的完善，实现“感兴趣区域”这个功能也是很快的事情，到那个时候，全面取代现在的 JPEG 格式将为期不远矣。

中国将领先世界

随着JPEG2000标准的出台，参与开发的企业除了软件供应商外，还有很多制造图像设备的硬件供应商，整个IT业界都看好JPEG2000。

据悉，清华大学微电子研究所正在与美国WIS技术公司合作开发在FPGA中使用的运算器，该运算器将用于JPEG2000设备核心的画质无损/有损过滤器。国内的一些相机制造商也在积极开发JPEG2000数码相机。上海海鸥相机公司现在已经达到年产60万部普通百万像素解像JPEG标准数码相机的能力，该公司正在和一些世界顶级的JPEG2000技术芯片供应商争取合作关系。凤凰光学仪器公司与北京大学遥感所合作，建立了一个数码相机压缩控制芯片及CMOS成像器的开发项目。

国际摄影行业协会负责数码新技术市场开发的工业技术分析员Jacques Kauffmann预测，如果中国决定推行JPEG2000标准，那么“他们将会成为全球最先推出基于JPEG2000标准数码相机的国家”。