試驗(yàn)四圖像壓縮編碼

系： 信息與機(jī)電工程系專業(yè):電子信息工程年級:2013級姓名：學(xué)號：136710093實(shí)驗(yàn)課程： 數(shù)字圖像處理實(shí)驗(yàn)室號：一實(shí)驗(yàn)設(shè)備號：實(shí)驗(yàn)時間： 2015.6.16指導(dǎo)教師簽字：成績：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.理解有損壓縮和無損壓縮的概念；.理解圖像壓縮的主要原則和目的；.了解幾種常用的圖像壓縮編碼方式。.進(jìn)一步熟悉DCT的概念和原理；.掌握對灰度和彩色圖像作離散余弦變換和反變換的方法；.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，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)量為代價的。壓縮的實(shí)現(xiàn)方法是對圖像重新進(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，時間冗余，結(jié)構(gòu)冗余，知識冗余，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舊4后2口）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)測編碼，DPCM，運(yùn)動補(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)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)（Baseline）。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，然后對每個子塊進(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：(2x+1)u兀 (2y+1)v兀]E(u)E(v)f(x,y)cos————cos————]16 16x=0y=0其中：f6?。┮惠斎?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（u）一"二0C（p）*，=0［1u于0 ［1 v于0C（0，0）代表DC系數(shù)，其余63個為AC系數(shù)。用DCT解壓的過程為：（1）對每個8X8或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，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0。對于通常的圖像來說，舍棄這些接近于0的DCT的系數(shù)值，并不會對重構(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.打開計(jì)算機(jī)，啟動MATLAB程序；.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；.對圖像分別給出保留1個、2個、3個、???.、20個DCT變換系數(shù)的解壓縮結(jié)果，這可調(diào)整矩陣的mask中1的個數(shù)實(shí)現(xiàn)，你認(rèn)為保留幾個系數(shù)時，圖像的恢復(fù)效果可以接受，通過觀察，給出結(jié)論。.記錄和整理實(shí)驗(yàn)報告四、實(shí)驗(yàn)儀器1計(jì)算機(jī)；2MATLAB、Photoshop等程序；3移動式存儲器（軟盤、U盤等）。4記錄用的筆、紙。五、實(shí)驗(yàn)程序DCT編碼壓縮處理RGB=imread('C:\Users\lenovo\Desktop\bb.jpg');%讀取圖像I=rgb2gray(RGB); %將其轉(zhuǎn)為灰度J=dct2(I);%進(jìn)行二維離散余弦變換imshow(log(abs(J)),口)，％顯示出變換后的圖像，此時能量集中在左上角colormap(jet(64)),colorbar %建立顏色模板J(abs(J)<10)=0;%將DCT變換結(jié)果中絕對值小于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I=imread('C:\Users\lenovo\Desktop\bb.jpg');%讀入原圖像；I=rgb2gray(I);I=im2double(I);%將原圖像轉(zhuǎn)為雙精度數(shù)據(jù)類型；T=dctmtx(8);%產(chǎn)生二維DCT變換矩陣B=blkproc(I,[88],'P1*x*P2',T,T');%計(jì)算二維DCT，矩陣T及其轉(zhuǎn)置T’是DCT函數(shù)P1*x*P2的參數(shù)TOC\o"1-5"\h\zMask=[11 1 1 0 0 0 011 1 0 0 0 0 011 0 0 0 0 0 010 0 0 0 0 0 000 0 0 0 0 0 000 0 0 0 0 0 000 0 0 0 0 0 000 0 0 0 0 0 0]; %二值掩膜，用來壓縮DCT系數(shù)，只留下DCT系數(shù)中左上角的10個B2=blkproc(B,[88],'P1.*x',Mask); %只保留DCT變換的10個系數(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('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)報告內(nèi)容DCT編碼壓縮處理FileEditViewFileEditViewInsertToolsDesktopWindowHelp2.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的個數(shù)原圖像FileEditViewInsertToolsDesktopWindowHelp1少的個數(shù)驚?0;原圖像FileEditViewInsertToolsDesktopWindowHelp1少的個數(shù)驚?0;鄧項(xiàng)I青□因?口壓縮堂像MFigure1FileEditViewInsertToolsDesktopWindewHelp原圖像壓縮圖像1多的個數(shù)FileEditViewInsertToolsDesktopWindowHelpfe 要□Idi□原圖像七、思考題.簡述離散余弦變換（DCT）編碼的原理。視頻編碼和圖像編碼的對象主要是自然視頻信號、圖像信號或其預(yù)測殘差（包括幀內(nèi)和幀間）信號。號在空間域上的相關(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和視頻信號，殘差信號也需要進(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。.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，可能對圖像質(zhì)量影響不太大，至少對于人類眼睛的識別程度來說區(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