數(shù)字視頻報(bào)告-圖像的DPCM預(yù)測編碼研究

1、成績?cè)u(píng)閱人中國礦業(yè)大學(xué)2015-2016學(xué)年第一學(xué)期數(shù)字視頻技術(shù)課程小設(shè)計(jì)考核設(shè)計(jì)題目：圖像的dpcm預(yù)測編碼研究專業(yè)班級(jí)：學(xué)生姓名：-學(xué)生學(xué)號(hào)：_指導(dǎo)教師：成 績：本人鄭重聲明：本人認(rèn)真、獨(dú)立完成了查找資料、完成作業(yè)、編寫程序等考核任務(wù), 無抄襲行為。簽字:口期:設(shè)計(jì)任務(wù)、目的和要求：1.1設(shè)計(jì)任務(wù)：dpcm預(yù)測編碼1.2設(shè)計(jì)目的：1 了解圖像壓縮的意義和手段；2熟悉dpcm預(yù)測編碼的基本性質(zhì)；3熟練掌握dpcm預(yù)測編碼的方法與應(yīng)用；4掌握利用matlab編程實(shí)現(xiàn)數(shù)字圖像的dpcm預(yù)測編碼。1.3設(shè)計(jì)要求：查閱無損和有損dpcm預(yù)測編碼資料，分別實(shí)現(xiàn)圖像的一階，二階，三階， 四階dpcm編碼

2、和解碼恢復(fù)圖像；實(shí)現(xiàn)無損和有損處理結(jié)果對(duì)比，處理結(jié)果要 求最終圖像顯示，且計(jì)算壓縮比。二、總體方案設(shè)計(jì)2.1 dpcm 原理:dpcm編碼，簡稱差值編碼，是對(duì)模擬信號(hào)幅度抽樣的差值進(jìn)行量化編碼的調(diào) 制方式（抽樣差值的含義請(qǐng)參見“增量調(diào)制”）。這種方式是用已經(jīng)過去的抽樣值 來預(yù)測當(dāng)前的抽樣值，對(duì)它們的差值進(jìn)行編碼。差值編碼可以提高編碼頻率，這 種技術(shù)已應(yīng)用于模擬信號(hào)的數(shù)字通信之中。對(duì)于有些信號(hào)（例如圖像信號(hào)）由于信號(hào)的瞬時(shí)斜率比較大，很容易引起過載, 因此，不能用簡單增量調(diào)制進(jìn)行編碼，除此之外，這類信號(hào)也沒有像話音信號(hào)那 種音節(jié)特性，因而也不能采用像音節(jié)壓擴(kuò)那樣的方法，只能采用瞬時(shí)壓擴(kuò)的方法。

3、但瞬時(shí)壓擴(kuò)實(shí)現(xiàn)起來比較困難，因此，對(duì)于這類瞬時(shí)斜率比較大的信號(hào)，通常采 用種綜合了增量調(diào)制和脈沖編碼調(diào)制兩者特點(diǎn)的調(diào)制方法進(jìn)行編碼，這種編碼 方式被簡稱為脈碼增量調(diào)制，或稱差值脈碼調(diào)制，用dpcm表示。2.2運(yùn)行環(huán)境本次課程小設(shè)計(jì)使用的軟件平臺(tái)為matlab2014ao2.3編碼算法原理及流程圖dpcm編碼q傳輸預(yù)測誤差adpcm有損編、解碼原理圖系統(tǒng)包括，發(fā)送、接收和信道傳輸三個(gè)部分。發(fā)送端由編碼器、量化器、預(yù) 測器和加/減法器組成；接收端包括解碼器和預(yù)測器等；信道傳送以虛線表示。 由圖可見dpcm系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單，容易用硬件實(shí)現(xiàn)（接收端的預(yù)測器和發(fā)送 端的預(yù)測器完全相同）的優(yōu)點(diǎn)。圖中輸入信

4、號(hào)f（i,j）是坐標(biāo)為力像素點(diǎn)的實(shí)際 /灰度值，/力是由己岀現(xiàn)先前相鄰像素點(diǎn)的灰度值對(duì)該像素點(diǎn)的預(yù)測灰度值。心j）是預(yù)測誤差。假如發(fā)送端不帶量化器，直接對(duì)預(yù)測誤差4丿）進(jìn)行編碼、傳送，接收端可以無誤差地恢復(fù)/億力。這是可逆的無失真的dpcm編碼，是 信息保持編碼；但是，如果包含量化器，這時(shí)編碼器對(duì)孑億丿）編碼，量化辭導(dǎo) 致了不可逆的信息損失，這時(shí)接收端，經(jīng)解碼恢復(fù)出的灰度信號(hào)，不是真正的 兒",以廠力表示這吋的輸出?？梢娨肓炕鲿?huì)引起一定程度的信息損 失，使圖像質(zhì)量受損。但是，為了壓縮比特?cái)?shù)，利用人眼的視覺特性，對(duì)圖像信 息丟失不易覺察的特點(diǎn)，帶有量化器有失真的dpcm編碼系統(tǒng)還是

5、普遍被采用。其中無損編碼與有損編碼的區(qū)別在于是否被量化。預(yù)測誤差不被量化，直接被編碼傳送的是無損量化，預(yù)測誤差被量化，再經(jīng)編碼傳送的是有損編碼。三、設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)matlab程序如卜：咎一階/二階/三階/四階預(yù)測的區(qū)別不僅在于信號(hào)的清晰度，而更重要在于 部介數(shù)越高，圖像越光滑.clcclearclose all;咎從d盤導(dǎo)入圖片，以學(xué)校風(fēng)光圖片為例實(shí)現(xiàn)dpcmi03=imread(1cumtjpg 1);*把rgb圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖像i02=rgb2gray (103);i=double (102);fidl=fopen(,mydatal.dat1z 1w*);fid2=fopen(1mydata2

6、.dat1z 1w1);fid3=fopen(1mydata3.dat1,1wf);fid4=fopen(1mydata4.dat1,1w1);m,n=size (i);咎對(duì)預(yù)測信號(hào)將邊緣鎖定，防止程序運(yùn)行時(shí)抓不到數(shù)據(jù)jl=ones(m,n);ji(1:mz1)=1 (1 :m, 1);ji(lzl:n)=i(lzl:n);ji (1 :m, n) =1 (1 :mz n);ji (m, 1:n) =1 (mz 1:n);j2=ones(m,n);j2 (1 :m, 1) =1 (1 :mz 1);j2(lzl:n)=i(lzl:n);j2 (1 :mz n) =1 (1 :mz n);j2

7、(m, 1:n) =1 (mz 1:n);j3=ones(m,n);j3 (1:m, 1) =1 (1: m, 1);j3(lzl:n)=i (lzl:n);j3 (1 :m, n) =1 (1 :m, n);j3 (m, 1:n) =1 (m, 1:n);j4=ones(m,n);j4(1:叫1)=1 (l:mz 1);j4(lzl:n)=i(1,l:n);j4 (1 :mz n) =1 (1 :m, n);j4 (m, 1: n) =1 (m, 1: n);%階dpcm編碼for k=2:m-1for 1=2:n-1jl(kzl)=i(kzl)-i(kzl-l);endendjl=roun

8、d(ji);contl=fwrite(fidl,ji,'int8');ccl = fclose (fidl);咎二階dpcm編碼for k=2:m-1for 1=2:n-1j2 (k,l)=i(kzl)-(i (k, 1-1) /2 + i (k-1,1) /2);endendj2=round(j2);cont2=fwrite(fid2,j2z 'int8');cc2=fclose(fid2);咎三階dpcm編碼for k=2:m-1for 1=2:n-1j3(k,l)=i(kzl)-(i(k,1-1)*(4/7)+i(k-1,1)*(2/7)+i(k-1,1-

9、1)* (1/7);endendj3=round(j3);cont3=fwrite(fid3,j3,1;cc3=fclose(fid3);咎四階dpcm編碼for k=2:m-1for 1=2:n-1j4(k,l)=i(kzl)-(i(kz1-1)/2 + i(k-lz1)/4 + i(k-lz1-1)/8+i(k-1,1 + 1) /8);endendj4=roimd (j4 );cont4 = fwrite(fid4,j4, 1 int8');cc4=fclose(fid4);figure (1)subplot(2,2,1);imshow(jl) ;%，階絕對(duì)殘井圖像axis of

10、fbox offtitle (' 一階絕對(duì)殘差圖像');subplot(2,2,2);imshow (j2);労二階絕對(duì)殘差圖像axis offbox offtitleczl階絕對(duì)殘差圖像，)；subplot(2,2,3);imshow (j3);労三階絕對(duì)殘差圖像axis offbox offtitle (三階絕對(duì)殘差圖像subplot(2,2,4);imshow (j4 );労四階絕對(duì)殘差圖像axis off box off title (-四階絕對(duì)殘差圖像t;%以上是dpcm編碼的編碼過程，為了使程用具有連貫性，將編碼和解碼放在同一個(gè)m文件0錄下%=%以下是dpcm解碼f

11、idl = fopen(1mydataldat1, 1r 1 );fid2=fopen(1mydata2.dat1,1r1);fid3=fopen(1mydato3.det1 , 1r 9 );fid4 = fopen(fmydata4dat1 , 1r1 );ill = fread(fidl,contl, 1int81);i12=fread(fid2,cont2,'int8');i13=fread(fid3,cont3,1int81);i14 = fread(fid4,cont4* 1 int8');tt=l;for 1=1:nfor k=l:mil(k,1)=111

12、 (tt); tt=tt+1;endend tt=1;for 1=1:nfor k=l:mi2(kfl)=i12(tt);endend tt=l;for 1=1:nfor k=l:mi3(kzl)=113(tt); tt=tt+l;endendtt=l;for 1=1:nfor k=l:m14(k,1)=114 (tt);tt=tt+1;endendil=double (ii);i2=double (12);i3=double (13);i4=double (14);jl=ones(m,n);ji(1:mz1)=11 (1:mz 1);ji(lzl:n)=il (lzl:n);ji(1:m,n

13、)=11(1:mz n);ji (m, 1:n) =11 (m, 1:n);j2=ones(m,n);j2(l:mz1)=12 (l:mz 1);j2(lzl:n)=i2(lzl:n);j2 (1 :m, n) =12 (1 :m, n);j2 (m, 1: n) =12 (m, 1: n);j3=ones(mz n);j3(l:mz1)=13(l:mz1);j3(lzl:n)=i3(lzl:n);j3 (1 :m, n) =13 (1 :m, n);j3 (mz 1: n) =13 (m, 1: n);j4=ones(m,n);j4(l:m,1)=14(l:mz1);j4(1,l:n)=i4

14、(1,l:n);j4(1:mz n)=14 (1 :mz n);j4 (m, 1: n) =14 (m, 1: n);%階解碼for k=2:m-lfor 1=2:n-1ji (k, 1)=11 (k, 1) +j1 (k, 1-1);endendccl = fclose (fidl);jl=uint8(ji);咎二階解碼for k=2:m-1for 1=2:n-1j2 (k, 1) =12 (k, j.) + (j2 (k, 1-1) /2+j2 (k-lz 1) /2);endendcc2=fclose(fid2);j2=uint8(j2);咎三階解碼for k=2:m-1for 1=2:

15、n-1j3(kzl)=i3(kzl) + (j3(kz1-1)*(4/7)+j3(k-1,1)*(2/7)+j3(k-1,1-1)* (1/7);endendcc3=fclose (fid3);j3=uint8(j3);咎四階解碼for k=2:m-1for 1=2:n-1j4(k, 1)=14(k, 1) + (j4(k,1-1)/2+j4(k-1,1)/4+j4(k-1,1-1)/8+j4(k-1,1 + 1)/8)fendendcc4 = fclose (fid4 );j4=uint8(j4);for k=l:mfor 1=1:ndl(k, 1)=round(i(k,1)-ji(k,1)

16、;endendfor k=l:mfor 1=1:nd2(k, 1)=round(i(k,1)-j2(k,1);endendfor k=l:mfor 1=1:nd3(k,1)=round(i(k,1)-j3(k,1);endendfor k=l:mfor 1=1:nd4(k,1)=round(i(k,1)-j4(k,1);endendfigure (1)subplot(2,2,1);imshow (dl) ;%階圖像重建后誤差axis offbox offtitle (，階圖像重建后誤差，)；subplot(2,2,2);imshow (d2) ;%二階圖像重建后誤差axis offbox of

17、ftitle (，二階圖像重建后誤差，)； subplot(2,2,3);imshow (d3) ;%三階圖像重建后誤差axis offbox offtitle (l三階圖像重建后誤差1 ); subplot(2,2,4);imshow (d4 ) ;%四階圖像重建后誤差axis offbox offtitle (-四階圖像重建后誤差，)；%分區(qū)畫圖figure (2)subplot(3,2,1);imshow(103);%隱藏坐標(biāo)軸和邊框，以免坐標(biāo)軸與標(biāo)題重疊axis offbox offtitle (* 原始圖像'z ' fontsize ',11/ ' f

18、ontname *, * 隸體');subplot(3, 2,2);imshow(102);axis offbox offtitle ('灰度圖像'r ' fontsize 1 z 11, * fontname ','隸體');subplot(3,2,3);imshow(ji);axis offbox offtitle (* 一階預(yù)測','fontsize ' z 11, ' fontname 1,'隸體');subplot(3,2,4);imshow(j2);axis offbox off

19、title (* 二階預(yù)測','fontsize ' z llz ' fontname *,'隸體');subplot(3,2,5);imshow(j3);axis offbox offtitle ('三階預(yù)測','size ' z 11, ' fontname ','隸體 *);subplot(3, 2,6);imshow(j4);axis offbox offtitle (* 四階預(yù)測','fontsize ' z 11, ' fontname * z &

20、#39;隸體');四、測試與調(diào)試為了使程序具有連貫性，將編碼和解碼放在同一個(gè)m文件目錄下。同時(shí)將圖片文 件同樣放入該m文件目錄下，便于程序運(yùn)行調(diào)用。本程序?qū)崿F(xiàn)一階/二階/三階/ 四階dpcm數(shù)字信號(hào)預(yù)測。一階/二階/三階/四階預(yù)測的區(qū)別不僅在于信號(hào)的清 晰度，而更重要在于階數(shù)越高,圖像越光滑。三階絕對(duì)殘茅圖像四階絕對(duì)殘茅圖像一階圖像重建后誤茅二階圖像巫建后誤斧三階圖像重建后誤茅四階圖像1e建后誤弟原始圖像灰度圖像-階預(yù)測二階預(yù)測三階預(yù)測四階預(yù)測原圖像大?。?91 kbcumt.bmp 厘性全治細(xì)信息t頁麗版本cumt. bmp文件類型：bmp 文件（.bmp）打開方式：邑windows

21、照片查看器更改©位置：c： misershpdocumeritsmatlab大?。?91 kb （810, 054 字:節(jié)）占用空間：792 kb （811,008 字:節(jié)）創(chuàng)建時(shí)間：2015 年 11 月 260, 10:57:32修改時(shí)間:2015 年 11 月 260, 10:57:32訪問時(shí)間:2015 年 11 月 260, 10:57:32-屬性：疋隱藏01)高級(jí)取消確定一階壓縮后的圖像大小:00041adoh：:0000fcf9f4f5fd01fefafffdfcfdff0100041aeoh：:0100fdfdff04060101oa fa 00f8fb0911000

22、41a£0h：:120d04f7fcefe0dccfdid5d4dic2b8ba00041b00h：:b4b1c8cbcfd4dbe4000000000000000000041bl0h:0000000000000000000000000000000000041b20h:0000000000000000000000007f00000000041b30h:ff00000000000000000000000000000000041b40h:00000000ffffffffffffffff0000000000041b50h:00000000ffffffffffffffffffffffff00

23、041b60h:ffffffff00000000000000000000000000041b70h:0000000000000000000000000000000000041b80h:000000000000000000000000ffffffff00041b90h:ffffffff0000000000000000ffffffff00041ba0h:ffffffff0000000000000000ffffffff00041bb0h:fffffffffffffffffffffffffefdfefe00041bc0h:fcfdff00fefefefeffffff000000000000041bd0

24、h:0000010001010102fffafb01fcfdfefe00041be0h:fdfcfcfcfcfbfffdfcfdf8f7eff4f6f300041b£0h:f3f4f1ebf4f3fe0604060803fbfd000100041c00h:010201fff2ea e8f3010702fc1514od0700041cloh:01f2e7ea f2f90bof08070300fe07fdef00041c20h:f6030402161208010500f3f4f400f8fe00041c30h:080e12fe01071205flf806092e2500f600041c4

25、0h:060807040804fbfd04070700ff00fcfc00041c50h:00fffe00fa 0303fffcfe0300fffffefe00041c60h:0001030400000000010000fffeff000000041c70h:020203030000000101000000010100ff00041c80h:000000000000010001000100ffffffff00041c90h:ffff00ff0407060402020104fcff020000041caoh:fdfbfe03fe0102fffcf7f5f7fb01fcfd00041cb0h:03

26、fefd0003f600fa fc06fbfd020601e900041ccoh:d4cbc7c7b7b7b6b7bbc300000000000000041cdoh:0000000000000000000000000000000000041ceoh:00000000000000000000000000007f7f00041c£oh:7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f00041d00h:7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f00041dl0h:7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f00041d20h:7f

27、7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f00041d30h:7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f00041d40h:7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f00041d50h:7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f00041d60h:7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f00041d70h:7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f00041d80h:7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f7f00041d90h:7f7f7f7f

28、7f7f7f7f7f7f7f7f4944312c00041da0h:3136312f3231312e39322d2d2024293400041db0h:393532332e25282f6a 716b6e7165707700041dc0h:79767d7f7f717f6e64625f5e615e5d6600041dd0h:6b615d54444a 374060563f443d32354400041de0h:3e2c314442323c3e4f5557462c392d3b00041d£0h:39353336382a 2f43432723232a 5b7f7f00041e00h:7f7f7f7f6e643a 2c42464039453a 2fie00041eloh:2a 7f7f7f7f7f7f7f7f7f666065402f4800041e20h:54586a 735b3d2