實(shí)驗(yàn)五、圖像壓縮

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上桂 林 理 工 大 學(xué)實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告班級(jí) 軟件15-1班 學(xué)號(hào)24 姓名 周奎良 同組實(shí)驗(yàn)者 實(shí)驗(yàn)名稱 實(shí)驗(yàn)五 圖像壓縮 日期 2018年 11月20 日 一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 理解有損壓縮和無損壓縮的概念；2 理解圖像壓縮的主要原則和目的；3 了解幾種常用的圖像壓縮編碼方式。4 利用MATLAB程序進(jìn)行圖像壓縮。二、 實(shí)驗(yàn)環(huán)境1計(jì)算機(jī)；2 MATLAB、Photoshop等程序；3移動(dòng)式存儲(chǔ)器（軟盤、U盤等）。4記錄用的筆、紙。三、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.圖像壓縮原理圖像壓縮主要目的是為了節(jié)省存儲(chǔ)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

2、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)方法是對(duì)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(shí)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、信息保持編碼或熵編碼。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。（

3、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（Huffman）編碼，算術(shù)編碼，行程（RLE）編碼等。（2）有損壓縮編碼種類預(yù)測編碼，DPCM，運(yùn)動(dòng)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

4、縮和行程編碼（Run Length Encoding， RLE）。1) 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

5、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88或1616的塊，然后對(duì)每個(gè)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。用DCT解壓的過程為： (1)對(duì)每個(gè)88或1616塊進(jìn)行二維DCT反變換。 (2)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(duì)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(huì)對(duì)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

6、存儲(chǔ)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。2)行程編碼（RLE）原理：例如如下這幅 的二值圖像，如果采用行程編碼可以按如下格式保存其中10和8表示圖像的寬和高。在這個(gè)小例子中行程編碼并沒有起到壓縮圖像的作用。這是由于這個(gè)圖的尺寸過小，當(dāng)圖像尺寸較大時(shí)行程編碼還是不錯(cuò)的無損壓縮方法。對(duì)于灰度圖像和二值圖像，用行程編碼般都有很高的壓縮率。行程編碼方法實(shí)現(xiàn)起來很容易，對(duì)于具有長重復(fù)值的串的壓縮編碼很有效，例如：

7、對(duì)于有大面積的陰影或顏色相同的圖像，使用這種方法壓縮效果很好。很多位圖文件格式都采用行程編碼，如TIFF，PCX，GEM，BMP等。3.2實(shí)驗(yàn)步驟1. 打開計(jì)算機(jī)，啟動(dòng)MATLAB程序；2. 調(diào)入一幅BMP格式的數(shù)字圖像，然后完成下面的實(shí)驗(yàn)；3. 使用DCT變換完成對(duì)該圖像的壓縮；4. 閱讀下面的代碼，分析該代碼所實(shí)現(xiàn)的功能。I=imread(lenna.bmp); %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,8 8,P1*x*P2,T,T); %計(jì)算二維D

8、CT，矩陣T及其轉(zhuǎn)置T是DCT函數(shù)P1*x*P2的參數(shù)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; %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(gè)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); %逆DCT，重構(gòu)圖像subplot(1,2,1);ims

9、how(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。對(duì)比原始圖像和壓縮后的圖像，雖然舍棄了85%的DCT系數(shù)，但圖像仍然清晰（當(dāng)然有一些質(zhì)量損失）5. 根據(jù)行程（RLE）編碼的原理，對(duì)一幅灰度圖像進(jìn)行行程編碼壓縮處理，并輸出圖像的壓縮比。6. 記錄和整理實(shí)驗(yàn)報(bào)告提示：3. 先將彩色圖像轉(zhuǎn)換成灰度圖（rgb2gray），然后使用dct2 離散余弦變換；idct2 反離散余弦變換實(shí)現(xiàn)。3.3提交實(shí)驗(yàn)的原始圖像和結(jié)果圖像：四、心得體會(huì)這次實(shí)驗(yàn)是一個(gè)體驗(yàn)性的實(shí)驗(yàn)，主要就是體驗(yàn)各種圖像和視頻壓縮算法的效果，趣味

10、性比較強(qiáng)。同時(shí)也加深了我對(duì)這些壓縮算法的理解與體會(huì)。1參考代碼：I=imread(F:program filesworklenna.bmp); %讀入原圖像；I1 = rgb2gray(I);I=im2double(I1); %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,8 8,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)mask= 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

11、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; %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(gè)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); %逆DCT，重構(gòu)圖像subplot(2,2,1);imshow(I);title(原圖像); %顯示原圖像subplot(2,2,2);imshow(I2);title(壓縮圖像);%顯示壓縮后的圖像。對(duì)比原始圖像和壓縮后的圖像，雖然舍棄了85%的DCT系數(shù)，但圖像仍然清晰（當(dāng)然有一些質(zhì)量損失）x1 = im2bw(I1, 0.7 );subplot(2,2,3);imshow(x1);a b=size(x1);J=a b;value=x1(1,1); num=0; for i=1:a for j=1:b if x1(i,j)=value num=num+1; else J=J num value; num=1; value=x1(i,j); end end endJ=J num value ; disp(原圖像)whos(x1);disp(壓縮圖像)whos(J);disp(圖像壓縮比)disp(a*b/length(J)t2=