静止图像压缩在二维条形码PDF417存储技术中的应用
摘要
随着社会信息化程度的不断深入，二维条形码PDF417作为一种崭新的信息存储、传递和自动识别技术，广泛应用于证件管理领域。由于二维条形码PDF417可以把照片或指纹等个人特征信息存入条码，有效地解决了证件的防伪问题。
在二维条形码PDF417内存储信息，首先要将存储信息的容量限定在PDF417所规定的范围之内，因此对所存储信息的容量有很严格的要求。目前许多条码产品大都不能存储静止图像信息，一方面是由于条码的存储容量过小，另一方面是由于静止图像的数据量庞大。因此，必须同时具备容量较大的条码和高性能的静止图像压缩算法，才能完成在条码内存储静止图像的任务。由于PDF417条码的存储容量相对于一般的条码而言要大很多，因此寻找高性能的静止图像压缩算法是解决此问题的关键。
在本人的课题研究中，要实现在二维条码PDF417内存储静止图像的任务。本文的工作就是选择高性能的静止图像压缩算法对图像进行有损压缩，并对算法进行优化和改进，以便将图像以较好的质量存储在二维条码PDF417内。由于人的头肩像易于人眼识别，所以我们选用它作为人的特征信息存入条码。
JPEG和JPEG2000被公认为当今世界最流行和最好的静止图像压缩标准。因此，本文采用了这两个标准所提供的算法分别对图像进行压缩。由于JPEG标准所提供的算法还有进一步改进的可能，所以在文中将介绍如何对JPEG标准进行算法改进，主要包括：自适应哈夫曼编码、块效应的消除；针对JPEG2000标准，将主要介绍JPEG2000标准核心算法的实现以及如何用最大位平移方法实现感兴趣区编解码。
经过大量的实验证明，采用本文所提出的算法对图像进行压缩，在保证压缩图像容量符合二维条形码PDF417要求的前提下，重构图像的视觉质量也达到了较高的水平，能够满足人眼检测和识别的要求。
Along with the improvement of social information scale, 2-D bar code PDF417 apply in the field of certificate management widely. People can store image or fingerprint in PDF417, which can solve the problem of forgery in certificate application.
Before store information in PDF417, people must limit the capability of information in the range of PDF417's provisions. At present time, most products of bar code cannot store still image information in it. This mainly due to the small capability of bar code and the enormous capability of still image information. So if you want to store still image information in PDF417, you must have bar code with enormous capability and good still image compression algorithm at the same time. But at present, there is a lack of still image compression algorithm with high performance, which baffle the development of this technique.
My task is searching for and mending still image compression algorithm so that we can store still image information in PDF417. Since head-shoulder image can be distinguished by human vision easily, so we regard it as the character of people.
It is well known that JPEG and JPEG2000 are still image compression standard with high performance at present time. So we choose them as our investigative base to compress image. My amendment in JPEG mainly includes self-adaptive Huffman coding and reduction of blocking effect. My work in JPEG2000 mainly includes realization of JPEG2000 algorithm and ROI coding using Maxshift method.
My algorithm was proved to be correct by many experiment results. Still image information can be stored in PDF417 with good visual quality after compress by my still image compression algorithm.
在二维条形码PDF417内存储信息，首先要将存储信息的容量限定在PDF417所规定的范围之内，因此对所存储信息的容量有很严格的要求。目前许多条码产品大都不能存储静止图像信息，一方面是由于条码的存储容量过小，另一方面是由于静止图像的数据量庞大。因此，必须同时具备容量较大的条码和高性能的静止图像压缩算法，才能完成在条码内存储静止图像的任务。由于PDF417条码的存储容量相对于一般的条码而言要大很多，因此寻找高性能的静止图像压缩算法是解决此问题的关键。
在本人的课题研究中，要实现在二维条码PDF417内存储静止图像的任务。本文的工作就是选择高性能的静止图像压缩算法对图像进行有损压缩，并对算法进行优化和改进，以便将图像以较好的质量存储在二维条码PDF417内。由于人的头肩像易于人眼识别，所以我们选用它作为人的特征信息存入条码。
JPEG和JPEG2000被公认为当今世界最流行和最好的静止图像压缩标准。因此，本文采用了这两个标准所提供的算法分别对图像进行压缩。由于JPEG标准所提供的算法还有进一步改进的可能，所以在文中将介绍如何对JPEG标准进行算法改进，主要包括：自适应哈夫曼编码、块效应的消除；针对JPEG2000标准，将主要介绍JPEG2000标准核心算法的实现以及如何用最大位平移方法实现感兴趣区编解码。
经过大量的实验证明，采用本文所提出的算法对图像进行压缩，在保证压缩图像容量符合二维条形码PDF417要求的前提下，重构图像的视觉质量也达到了较高的水平，能够满足人眼检测和识别的要求。
Along with the improvement of social information scale, 2-D bar code PDF417 apply in the field of certificate management widely. People can store image or fingerprint in PDF417, which can solve the problem of forgery in certificate application.
Before store information in PDF417, people must limit the capability of information in the range of PDF417's provisions. At present time, most products of bar code cannot store still image information in it. This mainly due to the small capability of bar code and the enormous capability of still image information. So if you want to store still image information in PDF417, you must have bar code with enormous capability and good still image compression algorithm at the same time. But at present, there is a lack of still image compression algorithm with high performance, which baffle the development of this technique.
My task is searching for and mending still image compression algorithm so that we can store still image information in PDF417. Since head-shoulder image can be distinguished by human vision easily, so we regard it as the character of people.
It is well known that JPEG and JPEG2000 are still image compression standard with high performance at present time. So we choose them as our investigative base to compress image. My amendment in JPEG mainly includes self-adaptive Huffman coding and reduction of blocking effect. My work in JPEG2000 mainly includes realization of JPEG2000 algorithm and ROI coding using Maxshift method.
My algorithm was proved to be correct by many experiment results. Still image information can be stored in PDF417 with good visual quality after compress by my still image compression algorithm.
引文
1 王郁．基于图象方式的二维条码译码研究．北京工业大学硕士论文．2001：1-8
2 聂烜．基于小波变换的静态图像压缩研究．西北工业大学硕士论文．2001：1-7
3 徐正坤．基于小波变换的脸部灰度图像编码研究．新疆大学硕士论文．2002：2-3
4 王颖 谭敏．静止图像压缩标准和技术．电视技术．2000，(216)：74-76
5 王相海 张福炎．静态图像编码研究进展．计算机研究与发展．2001，38(11)：1315-1326
6 曾国良 丁宗豪．静像数据压缩及其标准JPEG(上)．电视技术，1994，(4)：2-6
7 马志荣 等．JPEG软件压缩的实现与改进．计算机工程与应用，1998，(8)：39-41
8 祝宁 叶念渝．JPEG图象文件格式的分析及应用．电脑与信息技术，1999，(3)：21-24
9 W. Pennebaker, J. Mitchell. JPEG: still image data compression standard. Van Nostrand Reinhold, NY 1992
10 郝杰 等．实用多媒体技术及其C语言实现．电子工业出版社，1995：146-162
11 黄剑玲 汤颖松．基于DCT顺序型模式JPEG图像的分析与实现．南昌航空工业学院学报，2000 14(4)：15-19
12 曾国良 丁宗豪．静像数据压缩及其标准JPEG(下)．电视技术，1994，(5)：5-14
13 ISO/IEC JTC1/SC29/WG1 N1646R[S]. Information technology JPEG2000 coding system(JTC 1.29 15444): Core coding system. 2000
14 Charilaos, et al. The JPEG2000 still image coding system: an
overview. IEEE Transactions on Consumer Electronics. 2000, 46(4):. 1103-1127
15 Douglas Chai, Abdesselam Bouzerdoum. JPEG2000 image compression: an overview. Seventh Australian and New Zealand Intelligent Information System Conference. 2001:18-21
16 Charrier M, et al. JPEG2000, the next millennium compression standard for still images[J]. IEEE International Conference on Multimedia Computing and Systems. 1999, (1): 131-132
17 D. Santa-Cruz, T. Ebrahimi. An analytical study of JPEG 2000 functionality. IEEE ICIP2000. 2000:10-13
18 杜伟娜 孙军．新一代静止图像编码系统——JPEG2000．电路与系统学报．2002，7(3)：74-77
19 刘方敏 等．JPEG2000图像压缩过程及原理概述．计算机辅助设计与图形学学报．2002 14(10)：905-911
20 李斌．JPEG2000的分析与评价．数字电视与数字视频．2001，(10)：22-25
21 吕美蓉 冯驰．图像压缩——从DCT到小波变换．应用技术．2001，28(2)：19-21
22 刘泉 等．基于小波变换的JPEG2000图像压缩研究．2002，30(2)：75-77
23 李春华 等．小波变换在图像压缩研究中的现状和趋势．华北电力大学．2001，28(2)：87-91
24 张晓娣 等．JPEG2000图像压缩编码系统及其关键技术．数字电视与数字视频．2001 (8)：
25 王国秋 袁卫卫．一般的9-7小波滤波器及其图像压缩性能研究．电子学报．2001，(1)：130-132
26 S. Lawson, J. Zhu. Image compression using wavelets and JPEG2000:a tutorial. Electronics & Communication Engineering Journal. 2002: 112-121
27 刘海林．静止图像压缩研究——JPEG2000标准的分析与应用．成都理工大学硕士论文．2002：27-52
28 潘跃华．小波变换与图像压缩处理．郑州大学硕士论文．2002：8-10
29 Taubman D, et al. Embedded block coding in JPEG2OOO[A]. 2000 International Conference on Image Processiog. 2000:33-36
30 Taubman D. High Performance Scalable Image Compression with EBCOT[J]. IEEE Transactions on Image Proc. 2000, 9(7): 1158-1170
31 陈雷霆 等．小波图像编码与JPEG图像编码的比较研究．计算机应用．2000，(2)增刊：273-275
32 Santa-Cruz D, Ebrahimil T. JPEG2000 still image coding versus other standards[A]. SPIE's 45th annual meeting. 2000
33 Peixin Hou, et al. Improving JPEG Performance in Conjunction with Cloud Editing for Remote Sensing Applications. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 2000, 38(1): 515-524
34 Alan Wee-Chung Liew, Hong Yan. Blocking Artifacts Reduction in JPEG Compressed Images Using Overcomplete Wavelet Representation. Procee-dings of 2001 International Symposium of Intelligent Multimedia. 2001: 129-132
35 林国辉 等．去除DCT压缩图像缺陷的后处理．长春大学学报，2000，10(2)：21-24
36 赵康 李桂苓．平滑图像块效应的解码器设计．信号处理，1995，11(4)：252-255
37 袁江 蔡汉添．减少JPEG压缩图像方块效应的小波域图像增强．计算机工程与科学，1999，21(4)：64-68
38 汤戈 等．一种减少块效应的自适应后处理算法．武汉大学学报，2002，27(1)：81-84
39 林国辉 等．一种对DCT编码图像的后处理算法．中国图象图形学报．1999，4(2)：135-138
40 张晓芬 黄广连．一种降低甚低速视频编码块效应影响的方法．计算机应用研究．1999，1：60-63
41 高晓静 孙继银．基于DCT图像编码法的比较和分析．微机发展．1999，(4)：43-45
42 汪孔桥．数字图像的质量评价．测控技术．2000，19(5)：14-16
43 余英林 等．图像视觉感知信息的初步研究．电子学报．2001，29(10)：1373-1375
44 张一．块效应的产生、度量和消除．北京广播学院学报，2001，8(4)：30-35
45 Bing Zeng. Reduction of blocking effect in PCT-coded images using zero-masking techniques. IEEE Signal Processing. 1999, (79): 205-211
46 何耀华．静止图像压缩算法研究．西安电子科技大学硕士论文．2002：11-13
47 曾剑芬 马争鸣．提升格式与JPEG2000．中山大学学报(自然科学版)．2002，41(1)：32-35
48 E. Ordentlich, et al. Memory efficient scalable line-based image coding. Proc. IEEE Data Compression Comference. 1999:218-227
49 周宁 等．提升小波快速算法及其在JPEG2000中的应用．中国有线电视．2002，(8)：6-10
50 Lian Chung-Jr, et al. Lifting based discrete wavelet transform architecture for JPEG2OOO[J]. The 2001 IEEE International Symposium on Circuits and Systems. 2001, (2): 445-448
51 M. Long, et al. Quantisation step selection schemes in JPEG2000. Electronics Letters. 2002, 38(12): 547-549
52 潘迅宇 潘树陆．小波图像编码中阶梯型量化的研究．小型微型计算机系统．2002，23(9)：1136-1140
53 Pierre Cerbelot, et al. Authentication and access control in the JPEG 2000 compressed domain. SPIE's 46th annual meeting. 2001
54 Andrew Perkis. Transmission of still images over noisy channels. ISSPA's 5th meeting. 1999:789-792
55 Zhou Wang, Alan C. Bovik. Bitplane-by-Bitplane Shift(BbBShift)—A Suggestion for JPEG2000 Region of Interest Image Coding. IEEE Signal Processing. 2002, 9(5): 160-162
56 Charilaos, et al. Efficient methods for encoding region of interest in the upcoming JPEG2000 still image coding standard[J]. IEEE Signal Processing Letters. 2000, 7(9): 247-249
57 Diego Santa-Cruz, et al. New approach to JPEG 2000 compliant Region Of Interest coding. SPIE's 46th annual meeting. 2001
58 曹松．JPEG2000中的感兴趣区域编码．数字电视与数字视频．2002，(5)：15-18
59 David J.Kruglinski etc.Visual C++技术内幕6.0．第五版．北京希望电子出版社，1999
60 王晓丹 吴崇明．基于MATLAB的系统分析与设计——图像处理．西安电子科技大学出版社，2000
2 聂烜．基于小波变换的静态图像压缩研究．西北工业大学硕士论文．2001：1-7
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38 汤戈 等．一种减少块效应的自适应后处理算法．武汉大学学报，2002，27(1)：81-84
39 林国辉 等．一种对DCT编码图像的后处理算法．中国图象图形学报．1999，4(2)：135-138
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52 潘迅宇 潘树陆．小波图像编码中阶梯型量化的研究．小型微型计算机系统．2002，23(9)：1136-1140
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58 曹松．JPEG2000中的感兴趣区域编码．数字电视与数字视频．2002，(5)：15-18
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60 王晓丹 吴崇明．基于MATLAB的系统分析与设计——图像处理．西安电子科技大学出版社，2000