基于彩色圖像壓縮編碼中量化的研究

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長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）

基于彩色圖像壓縮編碼中量化的研究

QuantizationResearchBasedOnColorImageCompression

Coding

學(xué)生姓名：所在院系：所學(xué)專業(yè)：所在班級(jí)：指導(dǎo)教師：教師職稱：完成時(shí)間：長(zhǎng)春工程學(xué)院

長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）

摘要

圖像量化是圖像壓縮中的一項(xiàng)重要技術(shù),如何準(zhǔn)確、快速地進(jìn)行圖像壓縮一直是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。本文概要敘述了彩色圖像壓縮的大體過(guò)程，介紹了量化的概念和特點(diǎn)。主要就彩色圖像壓縮變換編碼中量化的問(wèn)題進(jìn)行了研究，并用C語(yǔ)言程序進(jìn)行了算法仿真,取得了較為理想的效果。此外，就量化部分的過(guò)程進(jìn)行了多數(shù)據(jù)對(duì)比，從而得出針對(duì)彩色圖像比較高質(zhì)量的量化方案。

關(guān)鍵詞

圖像壓縮正交變換量化峰值信噪比

Abstract:

ImageQuantizationisanimportanttechnologyofimagecompression.Howtocomprssimageaccuratelyandquicklyhasbeenahotinternalandexternalresearch.Thispaperbrieflydescribedthegeneralprocessofcolorimagecompressionandintroducedtheconceptandthecharacteristicsofquantization.Mainly,conductedastudyonthecolorimagecompressioncodingquantizedtransform.AndtookasimulationprogrambasedClanguagealgorithm,andachievedsatisfiedresults.Besides,partoftheprocessofthequantizationmulti-comparisonofthedatahasbeenmadetoarriveattherelativelyhighquantizationforcolorimagequantizationscheme.

Keywords：ImageCompressionOrthogonalTransformQuantization

PeakSignaltoNoiseRatio(PSNR)

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目錄

第一章緒論1

1.1研究的背景11.2研究的概況和國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀11.3研究的目的與意義31.4數(shù)字圖像處理的優(yōu)點(diǎn)3第二章彩色圖像壓縮的基本介紹4

2.1圖像壓縮分類42.2彩色圖像的色彩模型42.3圖像分辨率52.4數(shù)字圖像的分類52.5彩色圖像壓縮編碼步驟7第三章變換10

3.1圖像變換的意義103.2正交陣的定義及正交變換的種類103.3多維矢量矩陣正交變換14第四章量化19

4.1圖像信號(hào)量化的分類194.2量化的過(guò)程21第五章實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析23

5.1峰值信噪比定義235.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析235.3結(jié)束語(yǔ)25參考文獻(xiàn)27致謝28

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第一章緒論

數(shù)字圖像是把需要處理的模擬圖像數(shù)字化。簡(jiǎn)單的說(shuō)就是用網(wǎng)格把欲處理的圖像罩上，把每一個(gè)小格中的模擬圖像的各個(gè)灰度取平均值，并且作為該小格中點(diǎn)的值。由此就可以把一副模擬圖像變成只用小格中點(diǎn)的值來(lái)表示的離散值圖像，采用某一種形式去抽取模擬圖像的代表點(diǎn)的值成為抽樣。抽樣后形成的圖像為數(shù)字圖像。量化是數(shù)字圖像處理中的一個(gè)重要問(wèn)題，是一個(gè)綜合了計(jì)算機(jī)視覺(jué)，計(jì)算機(jī)圖像處理，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和人工智能等各個(gè)學(xué)科的交叉課題。

圖像量化技術(shù)研究了幾十年，取得了很大的進(jìn)步，但仍有許多不足，值得進(jìn)一步研究。均勻量化簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)、編解碼的很容易，但是但要達(dá)到相同的信噪比占用的帶寬要大，而非均勻量化克服均勻量化的缺點(diǎn)。矢量量化的好處是引入了多個(gè)決定輸出的因素，并且使用了概率的方法，一般會(huì)比標(biāo)量量化效率更高。各種量化方法各有優(yōu)缺點(diǎn)今后應(yīng)與人眼視覺(jué)特性相結(jié)合。圖像量化是一個(gè)非常有發(fā)展前途的研究領(lǐng)域．這一領(lǐng)域的突破會(huì)對(duì)信息生活和通信事業(yè)的發(fā)展具有深遠(yuǎn)的影響。1.1研究的背景

進(jìn)入21世紀(jì)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展和相關(guān)理論的不斷完善，數(shù)字彩色圖像處理技術(shù)在許多重要領(lǐng)域得到了廣泛的關(guān)注并且取得了重大的開拓性成就。這些領(lǐng)域包括了航空航天、生物醫(yī)學(xué)工程、工業(yè)檢測(cè)、機(jī)器人圖像識(shí)別、軍事科學(xué)、文化藝術(shù)等。該技術(shù)成為一門引人注目、前景遠(yuǎn)大的新型學(xué)科。隨著多媒體和通信技術(shù)的快速發(fā)展，多媒體信息的傳輸對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和傳輸提出了更高的要求，也給現(xiàn)有的有限帶寬以嚴(yán)峻的考驗(yàn)，特別是具有龐大數(shù)據(jù)量的數(shù)字圖像通信，更難以傳輸和存儲(chǔ)，極大地制約了圖像通信的發(fā)展，因此圖像壓縮技術(shù)受到了越來(lái)越多的關(guān)注。圖像壓縮的目的就是把原來(lái)較大的圖像用盡量少的字節(jié)表示和傳輸，并且要求復(fù)原圖像有較好的質(zhì)量。利用圖像壓縮，可以減輕圖像存儲(chǔ)和傳輸?shù)呢?fù)擔(dān)，使圖像在網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)快速傳輸和實(shí)時(shí)處理。1.2研究的概況和國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

從20世紀(jì)八十年代開始，由于超大規(guī)模集成電路突飛猛進(jìn)的發(fā)展以及軟件技術(shù)和概念的進(jìn)步，人們對(duì)圖形和圖像作為計(jì)算機(jī)輸入/輸出的新信息媒體進(jìn)行了研究，讓計(jì)算機(jī)的應(yīng)用更加直觀、容易和生動(dòng)。1984年蘋果公司研制的Macintosh個(gè)人計(jì)算機(jī)首次引進(jìn)了位映射的概念來(lái)進(jìn)行圖像處理工作，用戶開始用鼠標(biāo)驅(qū)動(dòng)的窗口和圖標(biāo)技術(shù)一改DOS文字界面單調(diào)乏味的風(fēng)格。1987年RCA公司推出了交互式數(shù)字系統(tǒng)，它以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，用標(biāo)準(zhǔn)光盤來(lái)存儲(chǔ)和檢索靜止圖像和其他數(shù)據(jù)。1995年微軟公司推出windows95操作系統(tǒng)，其以

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友善的界面、簡(jiǎn)便的操作和全面支持多媒體功能，越來(lái)越被用戶采用。之后又推出了windows98、windows2000、windowsXP等，使圖像處理技術(shù)進(jìn)一步增強(qiáng)[6]。

彩色圖像是具有高度冗余的高相關(guān)性的數(shù)據(jù)，但是在缺少多維矩陣?yán)碚摰那闆r下，只能在二維的空間中處理它們，在現(xiàn)有的國(guó)際彩色圖像編碼標(biāo)準(zhǔn)JPEG中，先將彩色圖像R、G、B數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成Y、U、V數(shù)據(jù)，然后將灰度圖像的壓縮編碼方法獨(dú)立地應(yīng)用于各個(gè)分量。該方法不能充分利用彩色圖像中各分量間潛在的相關(guān)性，即不能去除視覺(jué)冗余，限制了彩色圖像壓縮性能的進(jìn)一步提高。離散余弦變換（DCT）自從1974年被提出后，在圖像和視頻編碼領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，其變換性能在所有次優(yōu)變換中非常顯著，能夠極大地去除圖像元素在變換域中的相關(guān)性，為高效率的圖像壓縮奠定了基礎(chǔ)。

數(shù)字圖像的冗余主要表現(xiàn)在以下幾種形式：

空間冗余：規(guī)則物體和規(guī)則背景的表面物理特性都具有相關(guān)性，數(shù)字化后表現(xiàn)為數(shù)字冗余。例如：某圖片的畫面中有一個(gè)規(guī)則物體,其表面顏色均勻,各部分的亮度、飽和度相近,把該圖片作數(shù)字化處理,生成位圖后,很大數(shù)量的相鄰像素的數(shù)據(jù)是完全一樣或十分接近的,完全一樣的數(shù)據(jù)當(dāng)然可以壓縮,而十分接近的數(shù)據(jù)也可以壓縮,因?yàn)榛謴?fù)后人亦分辨不出它與原圖有什么區(qū)別,這種壓縮就是對(duì)空間冗余的壓縮，空間冗余是靜態(tài)圖像中存在的最主要的一種數(shù)據(jù)冗余。同一景物表面上采樣點(diǎn)的顏色之間往往存在著空間連貫性，但是基于離散像素采樣來(lái)表示物體顏色的方式通常沒(méi)有利用這種連貫性。

時(shí)間冗余：序列圖像是由一組連續(xù)畫面組成其中的相鄰幀往往包含相同的背景和移動(dòng)物體只不過(guò)移動(dòng)物體所在空間位置略有不同這就產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù)冗余，序列圖像(如電視圖像和運(yùn)動(dòng)圖像)和語(yǔ)音數(shù)據(jù)的前后有著很強(qiáng)的相關(guān)性,經(jīng)常包含著冗余。在播出該序列圖像時(shí),時(shí)間發(fā)生了推移,但若干幅畫面的同一部位沒(méi)有變化,變化的只是其中某些地方,這就形成了時(shí)間冗余。

統(tǒng)計(jì)冗余：空間冗余和時(shí)間冗余是把圖像信號(hào)看作概率信號(hào)時(shí)所反應(yīng)出的統(tǒng)計(jì)特性，因此，這兩種冗余也被稱為統(tǒng)計(jì)冗余。

編碼冗余：同樣長(zhǎng)度的編碼可以表示不同的信息。

結(jié)構(gòu)冗余：相似的，對(duì)稱的結(jié)構(gòu)如果都加以記錄就出現(xiàn)結(jié)構(gòu)冗余。結(jié)構(gòu)冗