靜態圖像壓縮標準,其中最著名的被國際標準化組織所接受的是JEPG。JEPG是由ISO/IEC下設的一個專家組--聯合圖像專家組(JPEG,Joint Photographic Experts Group)制定的,稱為JPEG系列標準,被ISO/IEC批準成為國際標準。目前JEPG已制定了兩套系列標準JEPG與JEPG2000,下面分別作以簡要介紹。
一、JEPG標準
1992年9月18日JPEG推出了第一套國標靜態圖像壓縮標準,即連續色調靜態圖像的數字壓縮與編碼(Digital compression and coding of continuous-tone still images),簡稱為JPEG標準,適用于灰度圖與真彩圖的靜態圖像的壓縮,被ISO命名為ISO/IEC 10918標準,被ITU-T命名為T.81。由于JPEG優良的品質,使得它在短短的幾年內就獲得極大的成功,目前網站上百分之八十的圖像都是采用JPEG的壓縮標準。
JPEG專家組開發了兩種基本的壓縮算法,一種是采用以離散余弦變換(DCT,Discrete Cosine Transform)為基礎的有損壓縮算法,另一種是采用以預測技術為基礎的無損壓縮算法。
在JPEG標準中定義了四種編碼模式:無損模式、基準模式、遞進模式和層次模式,具體詳見下表1。
JPEG標準主要使用DCT有損壓縮算法。在使用DCT有損壓縮算法時,圖像的壓縮比與質量的關系詳見下表2。由表可知,JPEG在使用DCT進行有損壓縮時,壓縮比可調整,在壓縮10~30倍后,圖像效果仍然不錯,壓縮后還原得到的圖像與原始圖像相比較,非圖像專家難于找出它們之間的區別,因此得到了廣泛的應用,例如,在V-CD和DVD-Video電視圖象壓縮技術中,就使用JPEG的有損壓縮算法來取消空間冗余數據。
JPEG在制定JPEG標準時,雖然定義了許多標記(marker)用來區分和識別圖像數據及其相關信息,但并沒有具體定義明確的JPEG文件格式。C-Cube Microsystems公司的Eric Hamilton于1992.9.1所定義的JFIF(JPEG File Interchange Format JPEG文件交換格式)1.02成為JPEG文件(*.JPG)的事實標準。
二、JEPG2000標準
2000年12月JPEG在聯合二值圖像專家組(JBIG,Joint Bi-level Image experts Group,ISO下設的另一個專家小組)的幫助下又推出了比JPEG標準的壓縮率更高、性能更優越的JPEG 2000標準,被ISO命名為ISO/IEC 15444,被ITU-T命名為T.800(2002年8月)。適用于二值圖、灰度圖、偽彩圖和真彩圖的靜態圖像壓縮。JPEG 2000 與傳統JPEG最大的不同,在于它放棄了JPEG所采用的以離散余弦轉換(DCT)為主的區塊編碼方式,而改采以小波轉換(Wavelet transform)為主的多解析編碼方式。小波轉換的主要目的是要將圖像的頻率成分抽取出來。小波轉換的簡單原理圖可以參考下圖1。
圖1:小波轉換的簡單原理圖
JPEG2000的優點表現為:一是JPEG2000作為JPEG升級版,高壓縮(低碼率)是其目標,其壓縮率比JPEG高約30%左右。二是JPEG2000同時支持有損和無損壓縮,而 JPEG 只能支持有損壓縮。因此它適合保存重要圖片。三是JPEG2000能實現漸進傳輸,這是JPEG2000的一個極其重要的特征。這也就是我們對 GIF 格式圖像常說的“漸現”特性。它先傳輸圖像的輪廓,然后逐步傳輸數據,不斷提高圖像質量,讓圖像由朦朧到清晰顯示,而不必是像現在的 JPEG 一樣,由上到下慢慢顯示。四是JPEG2000支持所謂的“感興趣區域”特性,你可以任意指定圖像上你感興趣區域的壓縮質量,還可以選擇指定的部份先解壓縮。這樣我們就可以很方便的突出重點了。
JPEG2000的應用:JPEG 2000的應用領域可概略分成兩部分,一是傳統JPEG的市場,如打印機、掃描儀、數碼相機、數字電影等,二是新興應用領域,如互聯網傳輸、無線通訊、醫療圖像、遙感和GIS等。目前對JPEG2000熱情最大的是那些數字照相機廠商。JPEG2000和JPEG相比優勢明顯,且向下兼容,取代傳統的JPEG格式指日可待。
JPEG與JPEG2000的國際標準詳見附件。