法定证照 维普资讯 http://www.cqvip.com Ｊ ＰＥＧ２ＯｏＯ图像压缩算法 在居住证中的应用 深圳市居民身份证制作所周兵 摘要：概述了ＪＰＥＧ２ＯＯＯ图像编解码系统，详细分析了ＪＰＥＧ２ＯＯＯ的图像压缩编码系统的实现过程、关 键技术等，介绍ＴＪＰＥＧ２０００￣缩方法在居住证中人像照压缩的应用，并提出在编码过程中将恒 定不变的部分头文件信息不写入压缩码流，而在解码过程中将对应的头文件信息补充到位，可 将压缩码流中节约出１２Ｏ多个字节以存储更多的图像数据信息，进一步提高图像质量。 关键词：ＪＰＥＧ２０００静态图像压缩离散小波变换居住证 一、引言 形图像片（ｔｉｌｉｎｇ）。对每个图像片数据进行离散小波变 换，得到小波系数，然后对小波系数进行量化并组成矩形 的编码块（ｃｏｄｅ＿ｂｌｏｃｋ），再对在编码块中的系数“位 在二代身份证、居住证中写入个人身份信息时， 要求在一个二维条码（存储空间１０２４个字节）中存储一 张个人照片和一些防伪信息，并且还原二维条码中的照片 要清晰可辨别。由于存储空间的，对照片的压缩要求 非常高，因此选取一种好的压缩方法成了解决此问题的关 键。 平面”熵编码，最后形成输出压缩码流。解码器是编码器 的反过程，首先对码流进行解包和熵解码，然后反向量化 和离散小波反变换，对反变换的结果进行后期处理合成， 得到重构图像数据。 ＪＰＥＧ２０００是由ＩＳＯ／ＩＥＣ联合开发的新兴图像压缩标 准 。 。它采用了离散小波变换 和最新的嵌入式编码技术 ，具有良好的低比特率压缩性能和较强的抗误码性能， 因此，ＪＰＥＧ２０００算法对证件中的人像照图像压缩而言不 失为一种理想选择。 图１ ＪＰＥＧ２０００压缩编码与解码流程图 二、ＪＰＥＧ２ＯＯＯ压缩编解码方法 ＪＰＥＧ２０００的压缩编码和解码的总体流程如图１所 由于解码只是编码的逆过程，这里只详细介绍编码 系统的算法流程。 ２．１数据预处理 示。在编码过程成中，首先对源图像进行预处理，也就是 将源图像分量变换，然后把图像和它的各个成分分解成矩 预处理一般包括三种操作：区域划分、ＤＣ电平位 维普资讯 http://www.cqvip.com 移、分量变换。 区域划分是将源图像分割成为不重叠的矩形图像 片。图像片是指原始图像被分成互不重叠的矩形块。每一 是图像片水平和垂直方向的空间频率特性。不同子带的小 波系数反映图像片分量不同空间分辨率的特性。通过多级 小波分解，小波系数既能表示图像片中局部区域的高频信 个图像片作为一个的图像进行压缩编码。编码中的所 有操作都是针对图像片进行的，是进行小波变换和编解码 的基本处理单元。每个图像片编码。可以节约存储空 间，便于空间域的随即存取，但图像分片会影响图像质 量。比较小的图像片会比大的图像片产生更大的失真。 ＤＣ电平位移是可选模块，仅对有无符号数组成的图 息（如图像边缘），也能表示图像片中的低频信息（如图 像背景）。这样，即使在低比特率的情况下，也能保持较 多的图像细节（如边缘）。另外，下一级分解得到的系数 所表示图像在水平和垂直方向的分辨率只有上一级小波系 数所表示的图像的一半。所以，通过对系数图像的不同级 数进行解码，就可以得到具有不同空间分辨率（或清晰， 像片的象素进行。电平位移并不影响图像的质量，它将采 或模糊）的图像。 ２．３量化 样精度为ｐ的无符号整数减去“２ｐ一１”，使其关于０对 称。 对量化后的系数进行量化是有损压缩中的重要环 分量变换是指对具有多个分量的图像分解成单一分 量的图像（包括亮度信号和色度信号）。图像片经分量变 换后得到图像片分量（ｔｉｔｌｅ—ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）。由于分量之间 存在一定的相关性，通过分量相关的分量变换，可减少数 节。因为人眼视觉系统对图像分辨率有一定的界限，通过 适当的量化减小变换系数的精度。可以在不影响图像主观 质量的前提下。达到图像压缩的目的。量化的关键是根据 变换后的图像的特征，重构图像的质量要求等因素设定合 据间的冗余度，提高压缩效率。 ２．２离散小波变换 理的量化步长。如果是非失真方式编码，则量化的步长为 １。对于有失真的编码方式，将根据人类视觉系统的特 性。对不同的子带选择不同的量化。 ２．４熵编码 ＪＰＥＧ２０００以图像片分量为单元进行Ｍａｌｌａｔ／Ｊ＼波分 解，选用Ｄａｕｂｅｃｈｉｅｓ（９，７）滤波器或Ｌｅ Ｃａｌｌ（５，３）滤波器， 前者是浮点运算，只能用于有损压缩，后者是定点运算， 可用于有损或无损图像压缩。在ＪＰＥＧ２００标准中，小波 图像经过小波变换、量化后。在一定程度上减少了 空间和频域上的冗余度，但是这些数据在统计意义上还存 在一定的相关性，为此采用熵编码可以消除数据间的统计 相关性。ＪＰＥＧ２０００使用ＥＢＣＯＴ编码器对每个编码块进行 熵编码。ＥＢＣＯＴ的编码过程可分为两个步骤：１）嵌入式 滤波器可以有基于卷积和基于提升机制２种现实模式。 小波变换具有对信号进行多分辨率分析和反映信号 局部特征的特点。通过对图像片进行离散小波变换，得到 小波系数图像。而分解的级数视具体情况而定。小波系数 图像由几种子带系数图像组成，这些子带系数图像描述的 码块编码；２）分层组织码块的嵌入式压缩位流。 ２．４．１嵌入式码块编码 经小波变换和量化，图片分量矩阵成为 整数系数的子带矩阵，每个子带又被划分为 大小相同的矩形码块而每个码块将被编 码。而每个码块又可以分成位平面，即比特 层，从最高有效位平面开始逐平面编码直到 最低位平面。对位平面编码时，为了获得细 化的嵌入式码块位流，每个位平面又进一步 分成子位平面，称为编码通道。位平面上的 每个系数位必须而且只能在其中的一个编码 通道上编码。这三个通道依次为：重要性传 播通道、幅度细化通道、清除通道。在这 ３个编码通道上分别进行４种编码操作：有效 性编码、符号编码、幅度细化编码、清除编 码。在清除编码中，根据适当的条件进行游 Ｐｏｌｉｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ２００８芷５，ＥＪ ４３ 簿法定证照 维普资讯 http://www.cqvip.com 程编码，来减少算术编码时的二进制符号个数。 的数目。因此在编码中将不变头文件信息不写入压缩码 ２．４．２分层组织码块的嵌入式压缩位流 流。而在解码时，将对应的头文件信息补充到位。将节省 在第二步编码算法中，采用ＰＣＲＤ率失真优化算法 的存储空间存储图像数据信息是可行的，重建图像的质量 思想，对所有码块的嵌入式压缩位流进行适当的截取，分 效果证明了该方法的有效性。如图２所示： 层组织。形成整个图像的具有质量可分级的压缩码流。 为了更好地应用ＪＰＥＧ２０００压缩码流的功能， ＪＰＥＧ２０００标准规定了存放压缩位流和解码所需参数的格 式，把压缩码流以包（ｐａｃｋｅｔ）为单元，进行组织，形成最 终的压缩码流。 三、ＪＰＥＧ２０００压缩方法 Ａ原图 Ｂ ＪＰＥＧ２ＯＯ０￣建图像 Ｃ ＪＰＥＧ２００ｏ压缩码流 在居住证中人像照压缩的应用 不包含部分头文件信 息的重建图像 居住证同二代身份证～样，要求在证件卡中的一个 图２原图与重建图像的比较 二维条码（存储空间为１０２４个字节）中存储一张个人照 片和一些防伪信息，二维条码中要存放几十个字节的防伪 图２中的重建图像是经ＪＰＥＧ２０００解码后的图像 信息。因此照片的存储空间必须在１０００字节以内，并且 （１０１ Ｘ １２６，ＢＭＰ格式）。其中Ｂ为ＪＰＥＧ２０００的压缩码流解 存储的照片要清晰可辩。这里采用了ＪＰＥＧ２０００图像压缩 码后的重建图像（压缩码流９８８字节），Ｃ为不包含部分 算法，压缩效果令人满意，下面对该算法的应用进行介 头文件信息的压缩码流解码后的重建图像（９８４字节）。 绍。 显然。Ｃ较Ｂ理想。 供给制作居住证的人像图像文件要求为３５８像素Ｘ ４４１像素，ｌｐｅｇ格式，容量为１ ４～２８ｋ。若直接对其压缩使 四、结束语 其满足人像照压缩的要求几乎是不可能的，因此有必要将 ＪＰＥＧ２０００图像压缩算法采用小波变换和最新的嵌入 图像适当缩放后编码。 式编码技术，能提供对图像低码率的压缩，并得到较好质 在获得的压缩码流在中。其中有一部分数据是关于 量的图片。在编码过程中将部分恒定不变的头文件信息不 图片信息的头文件数据，例如图像格式，图像片大小信 写入压缩码流，而在解码过程中将对应的头文件信息补充 息，版本号信息，每个图像分量的标识信息，如小波变换 到位，将节约出１２０多个字节存储更多的图像数据信息， 级数、编码块大小、编码类型、量化标识信息等。每个图 进一步提高了图像质量。在具体的ＪＰＥＧ２０００图像压缩应 像分量都需要记录这些信息标识。而在居住证人像照的压 用中，将编码中恒定不变的部分头文件信息不写入压缩码 缩码流中，这些信息对所有人像照而言都是相同的，这些 流，提供更多的图像数据存储空间来提高图像质量不失为 不变信息有１２０多个字节，这对１ｋ存储空间而言是个不小 一种巧妙的方法。 １．Ｄａｖｉｄ Ｓ．Ｔａｕｂｍａｎ，Ｍｉｃｈａｅｌ Ｗ．ＭａｒｃｅＵｉｎ著，魏江力，柏正尧等译ＪＰＥＧ２Ｏｏ０图像压缩基础、标准和实践【ｆ哪．北京：电子工业融０ 版社，２００４ 。 ２．Ｒａｂｂａｎｉ Ｍ，Ｊｏｓｈｉ Ｒ．Ａｎ ｏｖｅｒｖｉｅｗ ｏｆ ｔｈｅ ＪＰＥＧ２０００ ｓｔｉｌｌ￣Ｔｌａｇｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｓｔａｎｄａｒｄⅡ】．Ｓｉｇｎ￣Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ：Ｉ Ｃｏｍｍｔｍｌｃａｌｉｏｎ，２００２， １７（１）：３－４８ 。 ３．ＩｓＯ／ＩＥＣ ＦＣＤ１５４４４—１—２０００．ＪＰＥＧ２０００ ｉｍａｇｅ ｃｏｄ ｇ ｓｙｓｔｅｍ Ｉｓ】 ＿ ４Ａｎｔｏｎｉｎｉ Ｍ，Ｂａｒｌａｎｄ Ｍ，Ｍａｔｈｉｏｕ Ｐ，ｅｔ ａ１．Ｉｍａｇｅ ｃｏｄｉｎｇｕｓｉｎｇｗａｖｅｌｅｔ ｍａｎｓｆｏｒｒｎ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｍ．Ｏｎ Ｉｍａｇｅ Ｐｒｏｃｅｓｓ，１９９２，１ｃ２）：２０５，￣２２０ ｊ 薯 ５．Ｔａｕｂｍａｎ Ｄ．Ｈｉ曲Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｓｃａｌａｂｌｅ Ｉｍａｇｅ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｗｉｈｔ ＥＢＣＯＴ［Ｊ］．Ｉｍａｇｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ ｏｎ ２０００，９（７）：１１５８ 、 ６．丁绪星，朱日宏，李建欣．ＪＰＥＧ２０００７￣其新技术Ⅱ】．计算机应用，２００３，２３（２） 。曩 ４４匿垂喝困２Ｄ０８年５月
