圖像壓縮論文

1、長沙理工大學(xué)數(shù)字圖像壓縮報(bào)告 學(xué)院 計(jì)算機(jī)與通信工程 專業(yè) 計(jì)算機(jī)與科學(xué)技術(shù) 班級 計(jì)算 學(xué)號 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 尹波 課程成績 完成日期 2015年12月16日 摘要圖像壓縮技術(shù)對于數(shù)字圖像信息在網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)快速傳輸和實(shí)時(shí)處理具有重要的意義。本文介紹了當(dāng)前幾種最為重要的圖像壓縮算法： JPEG2000、分形圖像壓縮和小波變換圖像壓縮。其中主要研究了離散余弦變換壓縮和小波變換壓縮，并對兩種壓縮的前后數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比，同時(shí)還分析了離散余弦變換壓縮和小波變換壓縮之間的差異。1. 緒論1.1圖像壓縮技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 基于分形的方法是近幾年來引起關(guān)注和爭議的一種圖像壓縮方法。對圖像壓縮

2、而言，分形主要是利用自相似的特點(diǎn)，通過迭代函數(shù)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)壓縮。利用分形特征對圖像進(jìn)行描述和處理是很自然的。分形能取得更好的圖像質(zhì)量，當(dāng)然在較低壓縮比的情況下，JPEG是更好的選擇。分形壓縮方法計(jì)算量比較大，時(shí)間開銷長，因此加快分形壓縮方法的速度是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一。小波變換(Wavelet Transform)在頻率精度方面稍差一些，但在時(shí)間的分析能力上更好一些，而且可以對時(shí)間和頻率同時(shí)進(jìn)行分解，這是傳統(tǒng)傅立葉變換所做不到的。小波變換已經(jīng)開始應(yīng)用到圖像數(shù)據(jù)壓縮等領(lǐng)域，主要是采用離散小波變換。在某些情況下，小波變換更優(yōu)于DCT等其他正交變換。利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Artificial

3、60;Neural Network，ANN)進(jìn)行圖像壓縮是這個(gè)領(lǐng)域近幾年的又一研究熱點(diǎn)，并且取得了積極的進(jìn)展。這是一種與視覺系統(tǒng)知識緊密相關(guān)的壓縮方法。ANN并分布的聯(lián)結(jié)機(jī)制與人的視覺系統(tǒng)有某些相似之處，利用此原理及其改進(jìn)的方法進(jìn)行圖像壓縮可獲得較好的效果12研究內(nèi)容和目的本文通過DCT和小波變換為基礎(chǔ)的壓縮方法，最大限度地減小圖像的冗余度，同時(shí)分析DCT和小波變換壓縮的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，最后比較DCT和小波變換之間的差異。最后并得出了自己對兩種不同壓縮方法的看法和今后發(fā)展的前景。2.圖像壓縮原理分析2.1圖像壓縮的可能性圖像可以壓縮，是因?yàn)閳D像中存在大量的冗余信息，圖像的冗余包括以下幾種：

4、 (1)空間冗余：像素點(diǎn)之間的相關(guān)性。 (2)時(shí)間冗余：活動圖像的兩個(gè)連續(xù)幀之間的冗余。 (3)信息熵冗余：單位信息量大于其熵。 (4)結(jié)構(gòu)冗余；圖像的區(qū)域上存在非常強(qiáng)的紋理結(jié)構(gòu)。 (5)知識冗余：有固定的結(jié)構(gòu)，如人的頭像。 (6)視覺冗余：某些圖像的失真是人眼不易覺察的。2.2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(jià)的。壓縮的實(shí)現(xiàn)方法是

5、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(shí)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。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)算。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。本實(shí)驗(yàn)主要利用MATLAB程序進(jìn)

6、行離散余弦變換（DCT）壓縮和行程編碼（Run Length Encoding， RLE）。2.3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)。l 用DCT壓縮圖像的過程為： 首先將輸入圖像分解為8×8或16×16的塊，然后對每個(gè)子塊進(jìn)行二維DCT變換。 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。l 用DCT解壓的過程為： 對每個(gè)8×8或16×16塊進(jìn)行二維DCT反變換。 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

7、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。3.實(shí)驗(yàn)步驟1） 在matlab命令窗口中直接輸入dctdemo選圖像flower如圖所示：在右上角8*8 DCT系數(shù)圖下，調(diào)節(jié)系數(shù)

8、選擇滑塊。保留系數(shù)為白色，置零系數(shù)為黑色。按Apply鍵，比較原始圖象、恢復(fù)圖象、誤差圖象，觀察原始圖象與恢復(fù)圖象的均方誤差，改變系數(shù)選擇滑塊的位置，重做上步。 2）利用離散余弦變換進(jìn)行JPEG圖像壓縮。l 使用函數(shù)dctmtx()產(chǎn)生DCT變換矩陣T=dctmtx(8);%產(chǎn)生二維8*8 DCT變換矩陣；l 使用blkproc ()函數(shù)對圖像進(jìn)行分塊處理 先使用rgb2gray()函數(shù)將原始圖像轉(zhuǎn)換成灰度圖；再使用blkproc ()函數(shù)對圖像進(jìn)行分塊處理。B=blkproc(I,8,8,'P1*x*P2',T,T'); %二值掩模，用來壓縮DCT

9、系數(shù)，只留下DCT系數(shù)中左上角的10個(gè)mask=1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ;B2=blkproc(B,8 8,'P1.*x',mask) ; %只保留DCT變換的10個(gè)系數(shù)I2=blkproc(B2,8 8,'P1*x*P2',T',T) ; %重構(gòu)圖像4實(shí)驗(yàn)代碼.I1=imread('1.jpg');I=rgb

10、2gray(I1);I=im2double(I) ; %轉(zhuǎn)換圖像矩陣為雙精度型。T=dctmtx(8);%產(chǎn)生二維DCT變換矩陣B=blkproc(I,8,8,'P1*x*P2',T,T'); %二值掩模，用來壓縮DCT系數(shù)，只留下DCT系數(shù)中左上角的10個(gè)mask=1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ;B2=blkproc(B,8 8,'P1.*x',mask) ; %只保留DCT變換的10個(gè)系數(shù)I2