試驗(yàn)四圖像壓縮編碼

1、系：信息與機(jī)電工程系專業(yè):電子信息工程年級(jí):2013級(jí)姓名：學(xué)號(hào)：136710093實(shí)驗(yàn)課程：數(shù)字圖像處理實(shí)驗(yàn)室號(hào)：實(shí)驗(yàn)設(shè)備號(hào)：實(shí)驗(yàn)時(shí)間：2015.6.16指導(dǎo)教師簽字：成績(jī)：實(shí)驗(yàn)四圖像壓縮編碼一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .了解有關(guān)數(shù)字圖像壓縮的基本概念2 .理解有損壓縮和無損壓縮的概念；3 .理解圖像壓縮的主要原則和目的；4 .了解幾種常用的圖像壓縮編碼方式。5 .進(jìn)一步熟悉DCT的概念和原理；6 .掌握對(duì)灰度和彩色圖像作離散余弦變換和反變換的方法；7 .掌握利用MATLAB軟件進(jìn)行圖像壓縮。二、實(shí)驗(yàn)原理1、圖像壓縮原理圖像壓縮主要目的是為了節(jié)省存儲(chǔ)空間，增加傳輸速度。圖像壓縮的理想標(biāo)準(zhǔn)是信息丟失最少，

2、壓縮比例最大。不損失圖像質(zhì)量的壓縮稱為無損壓縮，無損壓縮不可能達(dá)到很高的壓縮比；損失圖像質(zhì)量的壓縮稱為有損壓縮，高的壓縮比是以犧牲圖像質(zhì)量為代價(jià)的。壓縮的實(shí)現(xiàn)方法是對(duì)圖像重新進(jìn)行編碼，希望用更少的數(shù)據(jù)表示圖像。信息的冗余量有許多種，如空間冗余，時(shí)間冗余，結(jié)構(gòu)冗余，知識(shí)冗余，視覺冗余等，數(shù)據(jù)壓縮實(shí)質(zhì)上是減少這些冗余量。高效編碼的主要方法是盡可能去除圖像中的冗余成分，從而以最小的碼元包含最大的圖像信息。編碼壓縮方法有許多種，從不同的角度出發(fā)有不同的分類方法，從信息論角度出發(fā)可分為兩大類。(1) .冗余度壓縮方法，也稱無損壓縮、信息保持編碼或嫡編碼。具體說就是解碼圖像和壓縮編碼前的圖像嚴(yán)格相同，沒有

3、失真，從數(shù)學(xué)上講是一種可逆運(yùn)(2)信息量壓縮方法，也稱有損壓縮、失真度編碼或煙壓縮編碼。也就是說解碼圖像和原始圖像是有差別的，允許有一定的失真。應(yīng)用在多媒體中的圖像壓縮編碼方法，從壓縮編碼算法原理上可以分為以下3類：（1）無損壓縮編碼種類哈夫曼（Huffman）編碼，算術(shù)編碼，行程（RLE）編碼，Lempelzev編碼。（2）有損壓縮編碼種類預(yù)測(cè)編碼，DPCM,運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償；頻率域方法：正交變換編碼（如DCT）,子帶編碼；空間域方法：統(tǒng)計(jì)分塊編碼；模型方法：分形編碼，模型基編碼；基于重要性：濾波，子采樣，比特分配，向量量化；（3）混合編碼。有JBIG,H261,JPEG,MPEG等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。本實(shí)驗(yàn)

4、主要利用MATLAB程序進(jìn)行離散余弦變換（DCT）壓縮。2、離散余弦變換（DCT）圖像壓縮原理離散余弦變換DCT在圖像壓縮中具有廣泛的應(yīng)用，它是JPEG、MPEG等數(shù)據(jù)壓縮標(biāo)準(zhǔn)的重要數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。和相同圖像質(zhì)量的其他常用文件格式（如GIF（可交換的圖像文件格式），TIFF（標(biāo)簽圖像文件格式），PCX（圖形文件格式）相比，JPEG是目前靜態(tài)圖像中壓縮比最高的。JPEG比其他幾種壓縮比要高得多，而圖像質(zhì)量都差不多（JPEG處理的圖像只有真彩圖和灰度圖）。正是由于其高壓縮比，使得JPEG被廣泛地應(yīng)用于多媒體和網(wǎng)絡(luò)程序中。JPEG有幾種模式，其中最常用的是基于DCT變換的順序型模式，又稱為基本系統(tǒng)（Bas

5、eline）。用DCT壓縮圖像的過程為：（1）首先將輸入圖像分解為8X8或16X16的塊，然后對(duì)每個(gè)子塊進(jìn)行二維DCT變換。（2）將變換后得到的量化的DCT系數(shù)進(jìn)行編碼和傳送，形成壓縮后的圖像格式。2-DCT變換公式如下：C（u,v）=：''E（u）E（v）f（x,y）cos（2x：）Ucos（2y：）v4x=0yR1616其中：f(x,y)輸入/輸出圖像取樣值(基準(zhǔn)系統(tǒng)的取值為-128,127);C(u,v)DCT系數(shù)(基準(zhǔn)系統(tǒng)中C(u,v)的取值范圍為-1023,1023);C(v)*1C(0,0)代表DC系數(shù)，其余63個(gè)為AC系數(shù)用DCT解壓的過程為：(1)對(duì)每個(gè)8X8或

6、16X16塊進(jìn)行二維DCT反變換。(2)將反變換的矩陣的塊合成一個(gè)單一的圖像。余弦變換具有把高度相關(guān)數(shù)據(jù)能量集中的趨勢(shì)，DCT變換后矩陣的能量集中在矩陣的左上角，右下的大多數(shù)的DCT系數(shù)值非常接近于00對(duì)于通常的圖像來說，舍棄這些接近于0的DCT的系數(shù)值，并不會(huì)對(duì)重構(gòu)圖像的畫面質(zhì)量帶來顯著的下降。所以，利用DCT變換進(jìn)行圖像壓縮可以節(jié)約大量的存儲(chǔ)空間。壓縮應(yīng)該在最合理地近似原圖像的情況下使用最少的系數(shù)。使用系數(shù)的多少也決定了壓縮比的大小。在壓縮過程的第2步中，可以合理地舍棄一些系數(shù)，從而得到壓縮的目的。在壓縮過程的第2步，還可以采用RLE和Huffman編碼來進(jìn)一步壓縮。三、實(shí)驗(yàn)步驟1 .打開

7、計(jì)算機(jī)，啟動(dòng)MATLAB程序；2 .調(diào)入實(shí)驗(yàn)數(shù)字圖像，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的DCT編碼壓縮處理；3 .對(duì)圖像分別給出保留1個(gè)、2個(gè)、3個(gè)、.、20個(gè)DCT變換系數(shù)的解壓縮結(jié)果，這可調(diào)整矩陣的mask中1的個(gè)數(shù)實(shí)現(xiàn)，你認(rèn)為保留幾個(gè)系數(shù)時(shí)，圖像的恢復(fù)效果可以接受，通過觀察，給出結(jié)論。4 .記錄和整理實(shí)驗(yàn)報(bào)告四、實(shí)驗(yàn)儀器5 計(jì)算機(jī)；6 MATLAB、Photoshop等程序；7 移動(dòng)式存儲(chǔ)器(軟盤、U盤等)。8 記錄用的筆、紙。五、實(shí)驗(yàn)程序DCT編碼壓縮處理RGB=imread('C:UserslenovoDesktopbb.jpg');%讀取圖像I=rgb2gray(RGB);%將其轉(zhuǎn)為灰度

8、J=dct2(I);%進(jìn)行二維離散余弦變換imshow(log(abs(J),),%顯示出變換后的圖像，此時(shí)能量集中在左上角colormap(jet(64),colorbar%建立顏色模板J(abs(J)<10)=0;%將DC儂換結(jié)果中名對(duì)值小于10的系數(shù)舍棄K=idct2(J);%idct2重構(gòu)圖像figure,imshow(I,0255);figure,imshow(K,0255)DCT變換系數(shù)的解壓縮讀入原圖像;I=imread('C:UserslenovoDesktopbb.jpg');%I=rgb2gray(I);I=im2double(I);%將原圖像轉(zhuǎn)為雙精

9、度數(shù)據(jù)類型;T=dctmtx(8);%產(chǎn)生二維DC儂換矩陣B=blkproc(I,88,'P1*x*P2',T,T');%計(jì)算二維DCT矩陣T及其轉(zhuǎn)置是DCT函數(shù)P1*x*P2的參數(shù)Mask=1111000000000000;%二值掩膜,用來壓縮DCT系數(shù)，只留下DCTS數(shù)中左上角的10個(gè)B2=blkproc(B,88,'P1.*x',Mask);%只保留DC儂換的10個(gè)系數(shù)I2=blkproc(B2,8,8,'P1*x*P2',T',T);%逆DCT重構(gòu)圖像Subplot(1,2,1);Imshow(I);title('

10、原圖像');%顯示原圖像Subplot(1,2,2);Imshow(I2);title('壓縮圖像')；顯示壓縮后的圖像六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容DCT編碼壓縮處理口XFileEditViewInsertToolsDesktopWirtdowHelp口今sa®q巴交口國(guó)口2.DCT變換系數(shù)的解壓縮根據(jù)改變mask里面1的各數(shù)來改變圖片壓縮程度這是原有程序1的個(gè)數(shù)MFigure11多的個(gè)數(shù)七、思考題1 .簡(jiǎn)述離散余弦變換（DCT）編碼的原理。視頻編碼和圖像編碼的對(duì)象主要是自然視頻信號(hào)、圖像信號(hào)或其預(yù)測(cè)殘差（包括幀內(nèi)和幀間）信號(hào)。號(hào)在空間域上的相關(guān)性己部分減弱，但是統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，在某些情況下殘差數(shù)據(jù)之間仍有其較強(qiáng)的相關(guān)性。所以類似于圖像信號(hào)和視頻信號(hào)，殘差信號(hào)也需要進(jìn)行一定的處理。這種去除相關(guān)性的處理過程就是變換編碼過程。2 .有損壓縮和無損壓縮的區(qū)別和聯(lián)系。利用有損壓縮技術(shù)可以大大地壓縮文件的數(shù)據(jù)，但是會(huì)影響圖像質(zhì)量，使用了有損壓縮的圖像僅在屏幕上顯示，可能對(duì)圖像質(zhì)量影響不太大，至少對(duì)于人類眼睛的識(shí)別程度來說區(qū)別不大。如果要減少圖像占用內(nèi)存的容量，就必須使用有損壓縮方法。無損壓縮方法的優(yōu)點(diǎn)是能夠比較好地保