摘要：概述了JPEG2000標準PART1的基本系統，介紹了其重要特點：感興趣區域編碼；介紹了一種新的ROI編碼算法——PSBShift算法，它結合了JPEG2000中定義的兩種標準RIO編碼算法的優點。

        關鍵詞：圖像編碼 JPEG2000 感興趣區域編碼

        JPEG2000是由ISO（國際標準化組織）和IEC（國際電工協會）聯合開發的新興圖像壓縮標準。JPEG2000因為采用了離散小波變換和最新的嵌入式編碼技術，所以具備了傳統的JPEG所無法比擬的優勢。它具有以下主要特點：

（1）良好的低比特率壓縮性能，其壓縮率比JPEG高約30%左右；

（2）支持無損和有損壓縮；

（3）按圖像質量或分辨率漸進傳輸；

（4）對碼流的隨機存取和感興趣區域（ROI）的編碼；

（5）較強的抗誤碼性能。

        JPEG2000圖像壓縮標準共有12部分，其中PART1是JPEG2000的核心系統，已在2000年12月成為國際標準，其目標是提供一個最小化的無知識產權問題的JPEG2000可用系統；PART2是擴展系統，與PART1比較，它采用的技術更復雜，性能也更優良。

圖1、2

1 JPEG2000 PART1的基本系統

        圖1和圖2所示分別是JPEG2000的編碼系統和解碼系統。

        由于解碼只是編碼的逆過程，這里只介紹編碼系統。

        如果壓縮圖像，首先進行預處理：對圖像的無符號分量進行DC電平位移，多分量圖像還要進行分量變換，再把每個分量都分割成不重疊的矩形區域，稱為貼片（tiles）。分別對每個貼片進行壓縮，主要分為四步。第一步，計算小波變換，得到小波系數子帶；標準規定了整數和浮點兩種小波變換；有L+1個子帶分辨率層，其中L由編碼器決定。第二步，如果用戶指定了目標碼率，則量化小波系數，碼率越低，小波系數的量化就越粗糙。第三步，用MQ編碼器對小波系數進行算術編碼，采用EBCOT算法。該算法的原理將每個子帶分成塊，稱為碼塊（code-blocks），分別編碼。將幾個碼塊的編碼結果打成一個包（packet）是位流的分量。第四步，比特流組織，將包連同許多標記（markers）一起寫進位流。

2 感興趣區域的編碼

        感興趣區域（ROI）編碼是JPEG2000標準中的一個新特點，即允許感興趣區域（ROI）比圖像的其他區域（BG）有更高的質量編碼。ROI編碼在某些應用中很重要，其圖像中的某一部分比其他部分顯得重要，例如：

（1）客房機/服務器模式：服務器一開始只傳輸一幅圖像的低質量或低分辨率的版本，客房機選擇圖像的一塊區域作為ROI區域，這樣服務器就只需要傳輸能夠細化（也就是提高空間分辨率或質量）ROI區域的數據了。在瀏覽圖像數據庫時這是一個很有用的功能，特別是當存儲的圖像的分辨率很高和圖像很大（大于2兆像素）時，客戶機不需要以最高的分辨率下載整幅圖像。

圖3

（2）人臉圖像：在瀏覽數碼相冊時，人們通常最感興趣的只是照片中的人臉部分。采用一種自動人臉檢測算法，一幅圖像中人臉部分就能被編碼成ROI區域，并且能比背景區域更精確地存儲。這種方法也能用于客房機/服務器模式瀏覽圖像，或者用于數碼照相機中減少存儲人臉圖像的比特數。

        JPEG2000標準中定義了兩種ROI算法：Maxshift算法和一般位移法。其中，Maxshift算法被JPEG2000的PART1所采納，一般位移法被JPEG2000的PART2所采納。

        一般位移法（Generic scaling based method）是選擇一個適當的位移因子s，使位于ROI區域之外的背景（BG）系數都右移s位。這樣ROI區域的最有效的位平面就高于背景系數的所有位平面，如圖3（b）。在嵌入式編碼/解碼過程中，這些ROI區域的位平面會先于BG區域的位平面被編碼、傳輸和解碼（仍有一些ROI區域的位平面會與BG區域的位平面一起編碼、傳輸和解碼，這取決于位移因子s）。如果碼流被截斷或者編碼/解碼過程沒有全部完成，ROI區域的重建圖像質量會優于BG區域。在ROI區域的重建質量得到保證的前提下，ROI技術可以節約帶寬，減少計算開銷。

        由于可以自由地選擇位移因子，一般位移法能夠很好地控制ROI區域與BG區域之間的質量的相對重要性。但是，一般位移法必須對ROI的形狀信息進行編碼，現有標準限制了ROI的形