基于JPEG2000的图像压缩码流测试系统设计

华中光电技术研究所——武汉光电国家实验室 朱志强

基于JPEG2000的图像压缩码流测试系统设计

华中光电技术研究所——武汉光电国家实验室 朱志强

随着现代通信技术的发展，要求传输的图像信息量越来越大。为了有效地传输和存储图像，有必要压缩图像的数据量。本文利用专用压缩芯片ADV212的高效压缩性，对基于JPEG2000图像压缩的码流进行测试，验证了压缩效果。

压缩；JPEG2000；测试

1 引言

图像数据之所以能被压缩，有两方面的根据。一方面是图像信号中存在大量冗余度可供压缩，并且这种冗余度在解码后还可无失真地恢复；另一方面是可以利用人的视觉特性，在不被主观视觉觉察的容限内，通过减少表示信号的精度，以一定的客观失真换取数据压缩。

本文利用专用压缩芯片ADV212的高效压缩性，利用解码软件对符合JPEG2000标准的压缩码流进行测试，验证压缩效果。

2 压缩码流特点

2.1 JPEG2000码流标准

JPEG2000压缩标准作为静止图像压缩的最新标准，与原先的JPEG压缩标准最大的不同在于运用离散小波变换代替了离散余弦变换，这是该压缩标准实现高性能压缩的最大关键之处[1]。通常来讲，JPEG2000压缩标准的编码流程示意图如图1所示。

图1 JPEG2000标准编码流程示意图

首先对源图像数据进行离散小波变换，然后对变换后的小波系数进行量化，接着对量化后的数据熵编码，最后形成输出码流。

JPEG2000的处理对象不是整幅图像，而是把图像分成若干图像片(image tiles)，对每一个图像片进行独立的编解码操作。

2.2 压缩芯片介绍

ADV212是AD公司推出的一款用于视频和静止图像压缩的编解码芯片，工作模式可以通过设置内部寄存器来灵活配置[2]。对静态图像压缩，ADV212单分量图像支持最大长或宽为4096个像素点的图像，更大的图像需要先分块再处理

2.3 压缩码流特点

下面根据ADV212压缩后输出的压缩码流来介绍压缩码流的特点。

图2 ADV212压缩后码流

图2 所示为ADV212压缩后输出的压缩码流，其中0xFFFFFFF1是压缩码流的帧头，0x0是ADV212内部对压缩图像的块编号，0x01是输出码流格式，这里指的是J2C格式，0x04是VFORMAT参数，0x00保留，0x02是头版本编号，0x0320是压缩码流的32bit个数，后面跟的是JPEG2000的主标头，0xFF4F表示码流开始，0xFF51表示图像和拼接块大小，后面跟的就是压缩码流。

3 解压缩测试

我们运用解压缩软件对压缩码流进行解压，只有在收到的压缩数据符合JPEG2000标准后，才会正常显示图像，否则跳过此块的压缩数据，而进行后面的解压工作，在显示界面上则会出现丢块现象。解码软件设计流程图如图3。

图3 软件解码流程图

解压缩具体步骤如下：

a.首先判断压缩码流中JPEG2000的码头是否正确。解压缩系统收到压缩码流后根据ADV212的标志头0xFFFFFFF1和ADV212文件头固定长度，定位到JPEG2000码流开始标记SOC -0xFF4F，通过判断主码头和叠块分部头中的一些固定标记，如缺省编码标记COD-0xFF52，指定量化参数QCD-0xFF5C，叠块分部头开始标记SOT-0xFF90，叠块分部头结束标记SOD-0xFF93等判断该码块是否出错，当这些都没有出错时，然后再进行下一步解码，否则将这一块丢弃。

b.对头信息正确的码块，借助kakadu2.2的核心系统库对其进行解码。Kakadu2.2是David S.Taubman编写的一个完全符合JPEG2000的软件[3]，该软件采用C++语言编写，编码效率高，JPEG2000编解码器功能通过其核心系统库实现。

对于压缩图像的效果可通过主观保真度准则及客观保真度准则来判别。图像质量的主观保真度通常是以人眼判断的好坏作为图像的评价标准。

客观保真度在图像编码领域用的更多的是峰值信噪比PSNR。一般的，PSNR定义如下：

式中，M和N分别为图像垂直和水平方向的像素数；f(i,j)和f0(i,j)分别为原始图像和编解码后重建图像在(i,j)点的像素值。

图4 原始图像与解压缩图像对比

通过图4原始图像与解压缩图像的对比，通过主观保真度判断，无明显的丢块、失真、错帧等现象，但这样的判断对于图像质量的真正好坏是因人而异的，因此，通常是采用客观保真度标准进行判断。在解压缩测试过程中，依据式1、2，实时显示图像的峰值信噪比。

对8幅不同图像的解压缩测试，所得到的峰值信噪比如表1所示。

表1 压缩图像峰值信噪比

4 结论

本文所探讨的基于JPEG2000的图像压缩码流测试系统概括为以下几个方面。

（1）实现了对静止图像的压缩。

（2）解压缩图像良好的重建效果，PSNR均达到80dB以上。

（3）产生JPEG2000通用码流，适用性强。

本系统采用高性能的ADV212压缩芯片来完成图像压缩编码，得到符合JPEG2000标准的通用码流，对压缩码流进行测试，重建图像的质量理想。

[1]M W Marcellin,M J Gormish,A Bilgin and M P Boliek.An overview of JPEG2000,in Proc.IEEE Int.Data Image Conf. (DCC2000),2000.

[2]ADV212 JPEG2000 Video Processor User’s Guide[Z].Analog Devices Inc,June 02.2006.

[3]David Taubman.Kakadu Survey Documentation[Z].2001.