基于JPEG2000的圖像壓縮碼流測試系統設計

華中光電技術研究所——武漢光電國家實驗室 朱志強

基于JPEG2000的圖像壓縮碼流測試系統設計

華中光電技術研究所——武漢光電國家實驗室 朱志強

隨著現代通信技術的發展，要求傳輸的圖像信息量越來越大。為了有效地傳輸和存儲圖像，有必要壓縮圖像的數據量。本文利用專用壓縮芯片ADV212的高效壓縮性，對基于JPEG2000圖像壓縮的碼流進行測試，驗證了壓縮效果。

壓縮；JPEG2000；測試

1 引言

圖像數據之所以能被壓縮，有兩方面的根據。一方面是圖像信號中存在大量冗余度可供壓縮，并且這種冗余度在解碼后還可無失真地恢復；另一方面是可以利用人的視覺特性，在不被主觀視覺覺察的容限內，通過減少表示信號的精度，以一定的客觀失真換取數據壓縮。

本文利用專用壓縮芯片ADV212的高效壓縮性，利用解碼軟件對符合JPEG2000標準的壓縮碼流進行測試，驗證壓縮效果。

2 壓縮碼流特點

2.1 JPEG2000碼流標準

JPEG2000壓縮標準作為靜止圖像壓縮的最新標準，與原先的JPEG壓縮標準最大的不同在于運用離散小波變換代替了離散余弦變換，這是該壓縮標準實現高性能壓縮的最大關鍵之處[1]。通常來講，JPEG2000壓縮標準的編碼流程示意圖如圖1所示。

圖1 JPEG2000標準編碼流程示意圖

首先對源圖像數據進行離散小波變換，然后對變換后的小波系數進行量化，接著對量化后的數據熵編碼，最后形成輸出碼流。

JPEG2000的處理對象不是整幅圖像，而是把圖像分成若干圖像片(image tiles)，對每一個圖像片進行獨立的編解碼操作。

2.2 壓縮芯片介紹

ADV212是AD公司推出的一款用于視頻和靜止圖像壓縮的編解碼芯片，工作模式可以通過設置內部寄存器來靈活配置[2]。對靜態圖像壓縮，ADV212單分量圖像支持最大長或寬為4096個像素點的圖像，更大的圖像需要先分塊再處理

2.3 壓縮碼流特點

下面根據ADV212壓縮后輸出的壓縮碼流來介紹壓縮碼流的特點。

圖2 ADV212壓縮后碼流

圖2 所示為ADV212壓縮后輸出的壓縮碼流，其中0xFFFFFFF1是壓縮碼流的幀頭，0x0是ADV212內部對壓縮圖像的塊編號，0x01是輸出碼流格式，這里指的是J2C格式，0x04是VFORMAT參數，0x00保留，0x02是頭版本編號，0x0320是壓縮碼流的32bit個數，后面跟的是JPEG2000的主標頭，0xFF4F表示碼流開始，0xFF51表示圖像和拼接塊大小，后面跟的就是壓縮碼流。

3 解壓縮測試

我們運用解壓縮軟件對壓縮碼流進行解壓，只有在收到的壓縮數據符合JPEG2000標準后，才會正常顯示圖像，否則跳過此塊的壓縮數據，而進行后面的解壓工作，在顯示界面上則會出現丟塊現象。解碼軟件設計流程圖如圖3。

圖3 軟件解碼流程圖

解壓縮具體步驟如下：

a.首先判斷壓縮碼流中JPEG2000的碼頭是否正確。解壓縮系統收到壓縮碼流后根據ADV212的標志頭0xFFFFFFF1和ADV212文件頭固定長度，定位到JPEG2000碼流開始標記SOC -0xFF4F，通過判斷主碼頭和疊塊分部頭中的一些固定標記，如缺省編碼標記COD-0xFF52，指定量化參數QCD-0xFF5C，疊塊分部頭開始標記SOT-0xFF90，疊塊分部頭結束標記SOD-0xFF93等判斷該碼塊是否出錯，當這些都沒有出錯時，然后再進行下一步解碼，否則將這一塊丟棄。

b.對頭信息正確的碼塊，借助kakadu2.2的核心系統庫對其進行解碼。Kakadu2.2是David S.Taubman編寫的一個完全符合JPEG2000的軟件[3]，該軟件采用C++語言編寫，編碼效率高，JPEG2000編解碼器功能通過其核心系統庫實現。

對于壓縮圖像的效果可通過主觀保真度準則及客觀保真度準則來判別。圖像質量的主觀保真度通常是以人眼判斷的好壞作為圖像的評價標準。

客觀保真度在圖像編碼領域用的更多的是峰值信噪比PSNR。一般的，PSNR定義如下：

式中，M和N分別為圖像垂直和水平方向的像素數；f(i,j)和f0(i,j)分別為原始圖像和編解碼后重建圖像在(i,j)點的像素值。

圖4 原始圖像與解壓縮圖像對比

通過圖4原始圖像與解壓縮圖像的對比，通過主觀保真度判斷，無明顯的丟塊、失真、錯幀等現象，但這樣的判斷對于圖像質量的真正好壞是因人而異的，因此，通常是采用客觀保真度標準進行判斷。在解壓縮測試過程中，依據式1、2，實時顯示圖像的峰值信噪比。

對8幅不同圖像的解壓縮測試，所得到的峰值信噪比如表1所示。

表1 壓縮圖像峰值信噪比

4 結論

本文所探討的基于JPEG2000的圖像壓縮碼流測試系統概括為以下幾個方面。

（1）實現了對靜止圖像的壓縮。

（2）解壓縮圖像良好的重建效果，PSNR均達到80dB以上。

（3）產生JPEG2000通用碼流，適用性強。

本系統采用高性能的ADV212壓縮芯片來完成圖像壓縮編碼，得到符合JPEG2000標準的通用碼流，對壓縮碼流進行測試，重建圖像的質量理想。

[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.