摘要：概述了JPEG2000标准PART1的基本系统，介绍了其重要特点：感兴趣区域编码；介绍了一种新的ROI编码算法——PSBShift算法，它结合了JPEG2000中定义的两种标准RIO编码算法的优点。

        关键词：图像编码 JPEG2000 感兴趣区域编码

        JPEG2000是由ISO（国际标准化组织）和IEC（国际电工协会）联合开发的新兴图像压缩标准。JPEG2000因为采用了离散小波变换和最新的嵌入式编码技术，所以具备了传统的JPEG所无法比拟的优势。它具有以下主要特点：

（1）良好的低比特率压缩性能，其压缩率比JPEG高约30%左右；

（2）支持无损和有损压缩；

（3）按图像质量或分辨率渐进传输；

（4）对码流的随机存取和感兴趣区域（ROI）的编码；

（5）较强的抗误码性能。

        JPEG2000图像压缩标准共有12部分，其中PART1是JPEG2000的核心系统，已在2000年12月成为国际标准，其目标是提供一个最小化的无知识产权问题的JPEG2000可用系统；PART2是扩展系统，与PART1比较，它采用的技术更复杂，性能也更优良。

图1、2

1 JPEG2000 PART1的基本系统

        图1和图2所示分别是JPEG2000的编码系统和解码系统。

        由于解码只是编码的逆过程，这里只介绍编码系统。

        如果压缩图像，首先进行预处理：对图像的无符号分量进行DC电平位移，多分量图像还要进行分量变换，再把每个分量都分割成不重叠的矩形区域，称为贴片（tiles）。分别对每个贴片进行压缩，主要分为四步。第一步，计算小波变换，得到小波系数子带；标准规定了整数和浮点两种小波变换；有L+1个子带分辨率层，其中L由编码器决定。第二步，如果用户指定了目标码率，则量化小波系数，码率越低，小波系数的量化就越粗糙。第三步，用MQ编码器对小波系数进行算术编码，采用EBCOT算法。该算法的原理将每个子带分成块，称为码块（code-blocks），分别编码。将几个码块的编码结果打成一个包（packet）是位流的分量。第四步，比特流组织，将包连同许多标记（markers）一起写进位流。

2 感兴趣区域的编码

        感兴趣区域（ROI）编码是JPEG2000标准中的一个新特点，即允许感兴趣区域（ROI）比图像的其他区域（BG）有更高的质量编码。ROI编码在某些应用中很重要，其图像中的某一部分比其他部分显得重要，例如：

（1）客房机/服务器模式：服务器一开始只传输一幅图像的低质量或低分辨率的版本，客房机选择图像的一块区域作为ROI区域，这样服务器就只需要传输能够细化（也就是提高空间分辨率或质量）ROI区域的数据了。在浏览图像数据库时这是一个很有用的功能，特别是当存储的图像的分辨率很高和图像很大（大于2兆像素）时，客户机不需要以最高的分辨率下载整幅图像。

图3

（2）人脸图像：在浏览数码相册时，人们通常最感兴趣的只是照片中的人脸部分。采用一种自动人脸检测算法，一幅图像中人脸部分就能被编码成ROI区域，并且能比背景区域更精确地存储。这种方法也能用于客房机/服务器模式浏览图像，或者用于数码照相机中减少存储人脸图像的比特数。

        JPEG2000标准中定义了两种ROI算法：Maxshift算法和一般位移法。其中，Maxshift算法被JPEG2000的PART1所采纳，一般位移法被JPEG2000的PART2所采纳。

        一般位移法（Generic scaling based method）是选择一个适当的位移因子s，使位于ROI区域之外的背景（BG）系数都右移s位。这样ROI区域的最有效的位平面就高于背景系数的所有位平面，如图3（b）。在嵌入式编码/解码过程中，这些ROI区域的位平面会先于BG区域的位平面被编码、传输和解码（仍有一些ROI区域的位平面会与BG区域的位平面一起编码、传输和解码，这取决于位移因子s）。如果码流被截断或者编码/解码过程没有全部完成，ROI区域的重建图像质量会优于BG区域。在ROI区域的重建质量得到保证的前提下，ROI技术可以节约带宽，减少计算开销。

        由于可以自由地选择位移因子，一般位移法能够很好地控制ROI区域与BG区域之间的质量的相对重要性。但是，一般位移法必须对ROI的形状信息进行编码，现有标准限制了ROI的形