JPEG2000核心算法的研究及DSP实现
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资源说明:为了实现对图像的高效压缩,在这里使用了DWT变换和EBCOT算法,并给出两点改进方法。通过将改进的算法移植到DSP开发板上,可以看出图像在高压缩比的重构图像仍具有较高的图像质量,结果表明移植到DSP上的JPEG2000编码算法代码仍具有良好的压缩性能,在图像压缩处理中有较好的尝试应用。 JPEG2000是一种高效的数字图像压缩标准,其核心算法包括离散小波变换(DWT)和熵编码优化技术(EBCOT)。该技术在图像压缩领域具有显著的优势,尤其是在高压缩比下仍能保持较高的图像质量。 DWT变换是JPEG2000编码的基础,它将图像数据分解为多个频率成分,使得高频细节和低频结构得以分离。通过多级小波分解,图像数据被转化为多个小波系数,这些系数包含了图像的局部信息。小波变换的特性使得即使在较低的比特率下,图像的细节也能得到较好地保留。在解码过程中,根据需要可以选择不同的小波系数级别来恢复不同空间分辨率的图像。 EBCOT算法则负责小波系数的量化和编码。它将小波系数的子带划分成固定大小的码块,然后对每个码块进行位平面编码。位平面编码分为三个通道:重要性传播编码通道、幅度精炼编码通道和清除编码通道。编码过程中,首先从高有效位平面开始,对每个位平面进行编码,生成上下文和0、1符号对,然后使用上下文算术编码进行压缩。在第二阶段,根据码率和失真度的优化原则,选择合适的码流组装成最终的压缩码流。 在EBCOT算法中,第一阶段的块编码是关键步骤,也是计算量最大的部分。为了优化这一过程,文章提出了两种改进方法: 1. 位平面0、1、2清除通道编码省略法:在位平面0、1、2上,清除通道的实际编码像素非常少,因此可以省略这些位平面的清除通道编码,以减少不必要的计算,提高编码效率。 2. 位平面6、7一次扫描法:在高位平面(位平面6和位平面7),重要性和幅度精炼通道的编码量较低,而清除通道编码量较高。通过一次扫描法,可以同时对最高位平面和次高位平面的所有系数进行编码,减少扫描次数,提高编码速度。 实验结果显示,改进的算法在小压缩比下,虽然压缩性能略有下降(约0.4dB),但在高压缩比下与标准算法的性能相当。同时,改进算法在编码时间和解码时间上都有所缩短,编码效率得到了显著提升,尤其在有损压缩时,编码时间可缩短8%至12%,解码时间缩短2%至5%。 将这些改进的算法移植到数字信号处理器(DSP)上,可以在硬件平台上实现高效的JPEG2000编码,这对于实时图像处理和存储应用具有重要意义。这些研究不仅优化了JPEG2000的核心算法,还展示了其在DSP上的可行性和高效性,为图像压缩技术的发展提供了新的思路和实践基础。
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