图象压缩的新革命：JPEG2000全面观察(1)

来源：yesky 作者：正义 出处：综艺读书 2006-01-18 

关 键 词：协议  效果  文件格式  设计  色彩  

　　因特网的发展同样带来了数据压缩方面的一场革命。随着网络的普及与多媒体概念的深入人心，广大WEB设计师和对图象质量、文档尺寸、图象读取速度的要求越来越高，图象压缩已经成为数据压缩的一个核心组成部分。因此在图象的压缩舞台上，如GIF、JPEG、PNP各种图象压缩格式应运而生。最近成为热点的JPEG2000就是在这种背景下诞生的。为了弄清JPEG2000的来龙去脉，作者在国外众多的JPEG2000专业网站间穿梭，最后在综合JPEG2000最新资料的基础上写下了本文。下面笔者将分成五个部分来探讨JPEG2000的一些新特性。
1. WEB图象压缩的革命与JPEG2000的诞生
2. JPEG2000的新特性
3. JPEG2000与传统JPEG的测试与对比
4. JPEG2000的相关应用与软件支持
5. 对JPEG2000的未来展望


　　下面将分别就以上各个方面做进一步的阐述：

　　1. WEB图象压缩的革命与JPEG2000的诞生

　　可以说，因特网的日益普及与目前网络带宽的限制是迫使图象要进行压缩的源动力。众所周知，目前因特网的带宽十分有限，而图象信息巨大，网络带宽成为约束多媒体在网络上发展应用的瓶颈。而在多媒体信息深入人心的今天，WEB页面如果还采取纯文字的方式，不但难以形象、生动地表达所述内容，浏览者也决不会接受。要取得硬件设施方面的突破、造就宽带网尚需时日，因此目前只能从软件方面着手。这样，一些适合网络传输的图象压缩标准相继出台，其中的一些图象压缩标准在网络上已经得到了极其广泛的应用。下面我们简单回顾一下几种较有影响的图象文件格式：

　⑴　JPG/JPEG。JPEG的读音为J-PEG，全称为JOINT PHOTOGRAPHIC EXPERTS GROUP（联合图象专家组），是一个在ISO（国际标准组织）下从事静态图像压缩标准制定的委员会。JPEG格式是一般专门用来压缩真彩色的人物、自然风景图片的。在再现照片、自然景观等方面表现出色，但是对处理文字、简单卡通图片、线描绘图等方面表现不佳。另外它仅能处理静态图片，不能处理活动影象。 JPEG的压缩能力惊人，但是如果要缩减图片尺寸，就会造成信息丢失。也就是说，JPEG属于有损压缩方式。压缩后的图象就再也无法复原了。尽管JPEG也有无损压缩的几何算法，但压缩比越大，丢失的信息就越多。因此，JPEG仅适合压缩供人欣赏而不是供数据分析的图象。
　　JPEG的另外一个优秀特征就是压缩比可调。不过，图象尺寸与图象质量息息相关。高质量的图象效果意味着大尺寸的文档，而要取得较小的文档必须降低图象品? 尽管有时品质的降低从直观上说并不明显。 不管怎么说，JPEG的诞生是图象压缩史上的一次重大事件。。由於JPEG超强的压缩能力，卓越的图象品质，使得它诞生后几年内就获得巨大发展。目前WEB上的真彩色图象几乎全是JPEG格式的。可以说，JPEG为WEB图象的传输立下了汗马功劳。

　⑵　GIF与ANIMATED GIF（动态GIF）。GIF图象与JPEG格式一样，在WEB上得到广泛应用。JPEG与GIF格式的文件在WEB图象中都是主力，都有自身的优点与缺点。GIF的优点就是它的颜色数较少，文件尺寸特别小，而且压缩比也是可调的，尤其适合网络传输。它的另外一个优点是JPEG无法比拟的，那就是它支持透明背景。主要缺点是不支持真彩色，如果要显示真彩色就只有让位给JPEG。由于颜色数量受到限制（不超过256色）GIF更适合用来做插图、剪贴画等，用于色彩数要求不高的场合。

　　另外，起初GIF只是处理静态图片，不能满足人们追求动态效果的欲望，因此动态GIF（ANIMATED GIF）格式就应运而生了。目前我们可以在网页上看到大量的静态与动态GIF图象。

　⑶　PNG格式。显然，任何一种图象格式都不是万能的。在1994年12月28日，推出GIF格式的COMPUSERVE公司与另一家名为UNISYS的公司达成协议，要求只要是在软件中使用GIF格式的文件，就要向他们付费。一石激起千层浪，这引起了广大软件开发商强烈不满。短短两个月之后，一群独立里软件开发者发布了PNG（便携式网络图象）图象格式标准，以期取代需要付费的GIF。在PNG诞生的几年中，实际上仅起到代替GIF格式的作用。但是它的发展速度还不算慢。

　　 官方的PNG标准现在可以支持48位色彩、16位RGB单独通道，以及16位灰度图。由于网络传输带宽的影响，我们现在看到的PNG一般是8为或16位的。PNP格式的另一大优越性是它的透明效果。在24位色彩模式下，PNG支持8位的ALPHA通道。在48位的模式下，PNP格式可以提供65，535种级别的ALPHA透明效果，因此受到了一些设计师们的亲睐。 然而，我们在因特网上为什么看不到多少采取PNG格式的文件呢？实际上这是微软、网景这两家生产WEB浏览器的厂家纷争的结果。他们根本无法在这个问题上达成一致。更糟糕的是，这两家公司目前还没有达成协议的迹象。这严重制约了PNG的发展。据说这跟PNG格式处理透明效果较慢也有一定关系。
⑷MNG。全称为Multiple-image Network Graphics。它其实是PNG格式的动画版本。它继承了PNG的优点，如具有保存真彩色图象和ALPHA通道的能力，同时还可以实现动画效果。据说它的表现要比动态GIF强，如它不强调专利权而且提供品质优秀的无损压缩等。但是目前在WEB上，它的命运仍然跟PNG格式一样，没有得到长足的发展。

　　 随著多媒体应用领域的扩展，传统图象压缩技术已无法满足人们对多媒体图像的要求。因此，具有更高压缩率、性能更优秀的新一代静态图像压缩标准技术JPEG2000就诞生了。JPEG2000正式名称为"ISO 15444"，也是由JPEG组织负责制定。但是从1997年3月开始筹划以来，有关方面在压缩算法的选取问题上争论不休，浪费了不少宝贵的时间。直到今年3月份在东京的一次会议上，在受到各方面特别是来自数码摄相机厂商压力的情况下，规定基本编码系统的最终协议草案才得以出台。 更多内容请看压缩软件专题专题，或进入讨论组讨论。

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