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实验四图像压缩编码.
系: 信息与机电工程系 专业: 电子信息工程 年级: 2013级
姓名: 学号: 136710093 实验课程: 数字图像处理
实验室号:_ 实验设备号: 实验时间: 2015.6.16
指导教师签字: 成绩:
实验四 图像压缩编码
实验目的
了解有关数字图像压缩的基本概念
理解有损压缩和无损压缩的概念;
理解图像压缩的主要原则和目的;
了解几种常用的图像压缩编码方式。
进一步熟悉DCT的概念和原理;
掌握对灰度和彩色图像作离散余弦变换和反变换的方法;
掌握利用MATLAB软件进行图像压缩。
实验原理
1、图像压缩原理
图像压缩主要目的是为了节省存储空间,增加传输速度。图像压缩的理想标准是信息丢失最少,压缩比例最大。不损失图像质量的压缩称为无损压缩,无损压缩不可能达到很高的压缩比;损失图像质量的压缩称为有损压缩,高的压缩比是以牺牲图像质量为代价的。压缩的实现方法是对图像重新进行编码,希望用更少的数据表示图像。
信息的冗余量有许多种,如空间冗余,时间冗余,结构冗余,知识冗余,视觉冗余等,数据压缩实质上是减少这些冗余量。高效编码的主要方法是尽可能去除图像中的冗余成分,从而以最小的码元包含最大的图像信息。
编码压缩方法有许多种,从不同的角度出发有不同的分类方法,从信息论角度出发可分为两大类。
(1).冗余度压缩方法,也称无损压缩、信息保持编码或嫡编码。具体说就是解码图像和压缩编码前的图像严格相同,没有失真,从数学上讲是一种可逆运算。
(2)信息量压缩方法,也称有损压缩、失真度编码或烟压缩编码。也就是说解码图像和原始图像是有差别的,允许有一定的失真。
应用在多媒体中的图像压缩编码方法,从压缩编码算法原理上可以分为以下3类:
(1)无损压缩编码种类
哈夫曼(Huffman)编码,算术编码,行程(RLE)编码,Lempel zev编码。
(2)有损压缩编码种类
预测编码,DPCM,运动补偿;
频率域方法:正交变换编码(如DCT),子带编码;
空间域方法:统计分块编码;
模型方法:分形编码,模型基编码;
基于重要性:滤波,子采样,比特分配,向量量化;
(3)混合编码。
有JBIG,H261,JPEG,MPEG等技术标准。
本实验主要利用MATLAB程序进行离散余弦变换(DCT)压缩。
2、离散余弦变换(DCT)图像压缩原理
离散余弦变换DCT在图像压缩中具有广泛的应用,它是JPEG、MPEG等数据压缩标准的重要数学基础。
和相同图像质量的其他常用文件格式(如GIF(可交换的图像文件格式),TIFF(标签图像文件格式),PCX(图形文件格式))相比,JPEG是目前静态图像中压缩比最高的。JPEG比其他几种压缩比要高得多,而图像质量都差不多(JPEG处理的图像只有真彩图和灰度图)。正是由于其高压缩比,使得JPEG被广泛地应用于多媒体和网络程序中。JPEG有几种模式,其中最常用的是基于DCT变换的顺序型模式,又称为基本系统(Baseline)。
用DCT压缩图像的过程为:
(1)首先将输入图像分解为8×8或16×16的块,然后对每个子块进行二维DCT变换。
(2)将变换后得到的量化的DCT系数进行编码和传送,形成压缩后的图像格
式。
2-DCT变换公式如下:
其中: f(x,y)—输入/输出图像取样值(基准系统的取值为[-128,127]);
C(u,v)—DCT系数(基准系统中C(u,v)的取值范围为[-1023,1023]);
C(0,0)代表DC系数,其余63个为AC系数。
用DCT解压的过程为:
(1)对每个8×8或16×16块进行二维DCT反变换。
(2)将反变换的矩阵的块合成一个单一的图像。
余弦变换具有把高度相关数据能量集中的趋势,DCT变换后矩阵的能量集中在矩阵的左上角,右下的大多数的DCT系数值非常接近于0。对于通常的图像来说,舍弃这些接近于0的DCT的系数值,并不会对重构图像的画面质量带来显著的下降。所以,利用DCT变换进行图像压缩可以节约大量的存储空间。压缩应该在最合理地近似原图像的情况下使用最少的系数。使用系数的多少也决定了压缩比的大小。
在压缩过程的第2步中,可以合理地舍弃一些系数,从而得到压缩的目的。在压缩过程的第2步,还可以采用RLE和Huffman编码来进一步压缩。
实验步骤
1.打开计算机,启动MATLAB程序;
2.调入实验数字图像,并进行数据的DCT编码压缩处理;
3.对图像分别给出保留1个、2个、3个、….、20个DCT变换系数的解压缩结果,这可调整矩阵的mas
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