一、應用前景

數(shù)碼照相機、數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)字掃描儀，網(wǎng)路傳輸、無線通訊、醫(yī)療影像。

二、項目背景

在過去的十幾年來，高質(zhì)量圖像的應用場合越來越多。但是數(shù)字圖像的存儲和傳輸?shù)母哳~費用成為普及其發(fā)展的最大障礙。由此對圖像壓縮編碼的研究提出了很高等要求。早在1991年，國際標準化組織（ISO）和國際電信聯(lián)盟（ITU）就制定了靜止圖像壓縮標準JPEG（Joint Photographic Experts Group）。該標準使用離散余弦變換（DCT）作為其核心編碼，在中高碼率（大于0.25比特/像素）對于連續(xù)色調(diào)的靜止灰度或彩色圖像提供了較好的壓縮性能。目前JPEG標準廣泛用于數(shù)碼相機，數(shù)字掃描儀等場合，取得了巨大的成功，商用芯片也已經(jīng)很成熟。然而隨著數(shù)字視頻捕捉設備和數(shù)字相機的普及，以及高清晰度電視（HDTV）和可視電話的應用，對圖像壓縮編碼的要求越來越高，再加上JPEG在低碼率下嚴重的“方塊效應”等缺點，新的標準JPEG2000應運而生。

JPEG2000是一種新的靜止圖像壓縮標準（代號ISO15444），于2001年3月正式發(fā)布。JPEG2000的目標是創(chuàng)造一個新的圖像壓縮系統(tǒng)，能夠用于不同類型（雙色，灰度，彩色，多基色）、不同特性（自然風景，科學圖像，醫(yī)學影像，遙感圖像，文本，繪制圖等等）的靜止圖像，并且在一個統(tǒng)一的體系下允許不同成像模型（客戶端/服務器，實時傳送，圖像圖書館檔案，緩沖與帶寬受限等等）。JPEG2000編碼系統(tǒng)能夠提供低碼率條件下（碼率小于0.25比特/秒）當前標準JPEG更佳的率失真性能和主觀圖像質(zhì)量，同時不犧牲其它方性能。JPEG2000包含下列優(yōu)于JPEG的特性：

1、低碼率壓縮：當前標準，如JPEG，在中高碼率提供較好的率失真性能，但在低碼率（如低于0.25比特/秒情況下的高分辨率灰度圖）失真嚴重，主觀上不可接受；

2、無損與有損壓縮：當前所有標準都不能在單一碼流內(nèi)提供無損和有損壓縮；大圖像：當前JPEG標準不能直接壓縮規(guī)模大于64K的圖像，必須進行拼接；

3、單一解碼架構：當前JPEG標準包含44種模式，其中很多是面向特定的應用而不被大多數(shù)JPEG解碼器使用。單一解碼架構將使應用程序之間易于交換數(shù)據(jù)；

4、噪聲環(huán)境下的傳輸：當前JPEG標準提供在間斷處重新開始的特性，但發(fā)生錯誤時圖像質(zhì)量變得很差；

5、計算機圖形：當前JPEG標準是為自然風景優(yōu)化的，在計算機圖形上性能不佳；

6、復合文檔：當前JPEG標準很少用于復合文檔，因為在雙色（文本）情況下性能低下。

除此以外，JPEG2000還包含了很多新的先進特性，可以滿足高端應用和新的應用的需求，同時它的應用還可以擴展到某些當前并不使用壓縮技術的領域，主要包括如下方面：

1、JPEG2000有一個很好的優(yōu)點就是誤碼穩(wěn)定性好（Robustness to Bit Error）。因此使用JPEG2000的系統(tǒng)穩(wěn)定性好，運行平穩(wěn)，抗干擾性好，易于操作；

2、JPEG2000能實現(xiàn)漸進傳輸（Progressive Transmission），這是JPEG2000的一個極其重要的特征。它先傳輸圖像的輪廓，然后逐步傳輸數(shù)據(jù)，不斷提高圖像質(zhì)量，以滿足用戶的需要。這在網(wǎng)絡傳輸中有著重大的意義；

3、JPEG2000另一個極其重要的優(yōu)點就是感興趣區(qū)域（Region of Interest，ROI）。用戶可以隨意指定感興趣區(qū)域。在這些區(qū)域，用戶可以在壓縮時指定特定的壓縮質(zhì)量，或在恢復時指定特定的解壓縮要求。這給用戶帶來了極大的方便。在有些情況下，圖像中只有一小塊區(qū)域?qū)τ脩羰怯杏玫?，對這些區(qū)域，采用低壓縮比，而感興趣區(qū)域之外采用高壓縮比，在保證不丟失重要信息的同時，又能有效地壓縮數(shù)據(jù)量，這就是基于ROI的編碼方案所采取的壓縮策略。基于ROI的壓縮方法的優(yōu)點，在于它結(jié)合了接收方對壓縮的主觀需求，實現(xiàn)了交互式壓縮。而接收方隨著觀察，常常會有新的要求，可能對新的區(qū)域感興趣，也可能希望某一區(qū)域更清晰些。這些功能的實現(xiàn)主要在于JPEG2000碼流的分層組織。數(shù)據(jù)可以分層傳輸因此可以提供分辨率分級漸進；每增加一級數(shù)據(jù)，分辨率可以提高一級。

當然，JPEG2000的改進還不僅僅這些，如它考慮了人的視覺特性，增加了視覺權重和掩膜，在不損害視覺效果的情況下大大提高了壓縮效率；你可以為一個圖像文件加上加密的版權信息，這種經(jīng)過加密的版權信息在圖像編輯的過程（放大、復制）中將沒有損失，比目前的“水印”技朮更為先進；此外，JPEG2000對CMYK、ICC、RGB等多種色彩模式都有很好的兼容性，這為用戶按照自己需求在不同顯示器、打印機等外設進行色彩管理帶來了便利。

三、項目立意

當前，JPEG2000的應用還沒有到普及的程度，這是因為它相比JPEG性能的提升和更多的特性也帶來了硬件實現(xiàn)上的復雜，現(xiàn)有JPEG2000的商用芯片種類很少，IP核的價格也很高，對該標準的普及帶來了障礙。然而它優(yōu)秀的性能決定了它光明的前途，申請此項目更是為了借OpenHW開放源碼設計大賽這個平臺，實現(xiàn)一個簡單，易用，高效，可靠，方便擴展并且公開源碼的JPEG2000編碼器IP核，為JPEG2000走向普及做出貢獻。隨著時代的發(fā)展，又出現(xiàn)了很多JPEG2000結(jié)構實現(xiàn)的新方案，如更高效的DWT引擎，更好的EBCOT硬件結(jié)構，在此次項目中也想將這些最新的成果應用進來，力圖做出一個性能更好的編碼器。