对于一幅数字图像而言，其数据量可能高达上百兆比特。为了经济有效地传送满足一定主观要求质量的图像，就必须采取一定的措施来减少待传输的图像数据。图像（压缩）编码正是在对数字图像进行大量统计分析的基础上，充分利用了图像自身相关性强的特点，减少图像信息的冗余度，降低数码率。
　　近十年来，图像编码技术得到了迅速的发展和广泛的应用，并且制定了关于图像编码的若干国际标准，如ISO/IEC关于静止图像的编码标准JPEG(Joint Photographic Experts Group联合图片专家组）、CCITT（国际电话电报咨询委员会）关于电视电话／会议电视的视频编码标准H.261和ISO/IEC关于活动图像的编码标准MPEG系列。这些标准图像编码算法融合了各种性能优良的传统图像编码方法，是对传统编码技术的总结，代表了当时图像编码的发展水平。其中面向静止图像的编码JPEG标准于1990年发布。该标准适用于黑白及彩色照片、彩色传真和印刷图片，可支持较高的图像分辨率和量化精度，（但对二值图像则不适宜）成为广泛应用于图像存储和通讯领域的通用标准。JPEG标准制定了两种基本压缩算法：
　　1.基于离散余弦变换(DCT）的限失真的压缩算法；
　　2.基于空间线性预测技术（DPCM）的无失真的压缩算法。
　　JPEG中允许4种编解码模式：(1）串行DCT方式；（2)逐渐浮现式DCT方式；(３)无失真方式；(4)分层次方式。由于分块DCT技术自身的缺点，使得这种标准算法在较高压缩比时的性能不尽人意，已不能适应视频和多媒体技术日新月异的发展。而且从人眼视觉特性的角度考虑，基于DCT的变换编码也不能提供充分利用人眼视觉特性的机制。80年代后期，利用人眼视觉特性的第二代图像编码技术的研究日益活跃起来。其中的小波编码方法不仅拥有传统编码方法的一些优点，而且小波变换多分辨率的变换特性提供了利用人眼视觉特性的有效机制，在高压缩比的编码领域被非常看好。
　　多媒体技术尤其是Internet技术的广泛发展，对图像压缩和传输技术提出了新的更多挑战，其中包括图像累进传输方式的要求。客观上要求在JPEG基础上提出并开发一种新的静止图像压缩标准――JPEG2000。
　　在1997年11月25日悉尼会议上，由亚丽桑那州立大学（SAIC/University of Aricozona）及USC/Rockwell提出的建议，因有最好的平均译码效率，被选为统一的出发点。两种图像编码均基于DWT（离散小波变换）而不是DCT。在后来的会议上，就JPEG2000将仅基于DWT图像压缩技术达成一致。JPEG2000不准备取代现有的JPEG标准，而且JPEG2000将有更高的编码效率及更好的性能。DWT和DCT的显著不同在于所使用的基函数是局域的。DWT是一个较好的分解策略，因为普通的图像通常没有许多周期结构，可以取得更高的编码效率。此外，小波系数的独特结构使它能够产生空间和质量上可伸缩的比特流，从而实现图像的累进传输。在某些带宽受限的情况下，例如电话线传输网络，下载一幅图像往往需要很长的等待时间，如果采用这种技术，就可以尽可能快的传送一幅粗分辨率的图像，然后根据需要可以逐步补偿得到较高分辨率甚至无失真的图像。这一技术给数据库的浏览、查询和传输提供了方便。
　　JPEG2000是一种低复杂性高效率的小波编码，可用于图像的存储器重获及传输。十几个国家大约100多名专家从事JPEG2000标准的制订工作。2000年3月在东京召开的会议上JPEG2000第一部分草案正式通过。JPEG2000第二部分JPEG_LS无损和准无损压缩标准的制订也已经完成。
　　JPEG2000针对原有JPEG标准的不足作出了改进，并增加了一些新的特性。体现在以下几个方面：
　　(1)较高的低比特率性能：JPEG在中高比特率时图像质量较好，但在低比特率（例如对高清晰度灰度图像在0.25bpp以下）时图像质量明显下降。JPEG2000在这方面有较大改进，可以满足诸如网络图像传输、遥感等方面的应用。
　　(2)大尺度图像的压缩：JPEG压缩标准允许的图像尺寸不能大于64K×64K。JPEG2000基本上对图像大小没有限制。JPEG2000还可以用于压缩红外、多光谱、超光谱和SAR等多种遥感影像。
　　(3)无损和有损的压缩：以往的标准不能在同一码流中同时实现无损和有损压缩。JPEG2000可以在累进译码过程中得到有损或无损的图像。这对于某些应用非常有意义。例如，医学论断图像，我们通常希望对它进行无损的存储，而某些情况下有损地显示；在网络环境下，用户可以针对不同的显示终端，选择不同的显示方式。
　　(4)以像元精度和分辨率的累进式传输：所谓累进式传输是指以不断增加的像元精度或空间分辨率重构图像，它可以用在WWW、图像档案系统、打印机等。这是JPEG2000的一个最重要特性之一。
　　(5)适合于固定码率信道、固定码流大小、硬件工作内存受限的应用：JPEG2000允许码流以某一固定的速率通过有限带宽的信道，例如，遥感图像的实时传输，运动图像编码等。JPEG2000可以控制码流长度而不管图像的实际大小，这可以满足某些内存固定的硬件的需要，例如扫描仪、打印机等。
　　(6)码流随机读取和处理：通常一幅图像中包含着某些较之其它部分相对重要的信息。用户可以在图中定义某些感兴趣的区域，以便于对其随机读取或在解码时使其失真较小，还可以对其进行诸如旋转、翻译、滤波、特征提取等操作。
　　(7)健壮性：以往的标准码流传输中遇到误码时图像质量急剧下降甚至无法恢复。而JPEG2000因其特殊的码流结构，使其在出现误码的情况下仍能较好地恢复出图像。
　　(8)连续色调和二值图像的压缩：由于对二值（文本）图像压缩性能较差，JPEG极少用于复合文件的压缩。而JPEG2000可以在同一编码系统里压缩连续色调和二值图像。例如JPEG2000可以压缩包含文本等信息的复合图像、包含注解的医学诊断图像以及图形和计算机生成的二值图像等。
　　由于以上特点JPEG2000压缩标准可广泛用于传真机、打印机、扫描仪、数字摄影、遥感、远程医疗诊断、Web数据库访问等许多场合。
　　（作者单位：郑州信息工程大学测绘学院研究生培训中心）
　　 .责任编辑 李永林.