实验四图像压缩编码.docx

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实验四图像压缩编码

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

一、实验目的

1.了解有关数字图像压缩的基本概念

2.理解有损压缩和无损压缩的概念；

3.理解图像压缩的主要原则和目的；　

4.了解几种常用的图像压缩编码方式。

5.进一步熟悉DCT的概念和原理；

6.掌握对灰度和彩色图像作离散余弦变换和反变换的方法；

7.掌握利用MATLAB软件进行图像压缩。

二、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，Lempelzev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。

三、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mask中1的个数实现，你认为保留几个系数时，图像的恢复效果可以接受，通过观察，给出结论。

4.记录和整理实验报告

四、实验仪器

1计算机；

2MATLAB、Photoshop等程序；

3移动式存储器（软盘、U盘等）。

4记录用的笔、纸。

五、实验程序

DCT编码压缩处理

RGB=imread（'C:

\Users\lenovo\Desktop\bb.jpg'）;%读取图像

I=rgb2gray（RGB）;%将其转为灰度

J=dct2（I）;%进行二维离散余弦变换

imshow（log（abs（J））,[]）,%显示出变换后的图像，此时能量集中在左上角

colormap（jet（64））,colorbar%建立颜色模板

J（abs（J）<10）=0;%将DCT变换结果中绝对值小于10的系数舍弃

K=idct2（J）;%idct2重构图像

figure,imshow（I,[0255]）;

figure,imshow（K,[0255]）

DCT变换系数的解压缩

I=imread（'C:

\Users\lenovo\Desktop\bb.jpg'）;%读入原图像；

I=rgb2gray（I）;

I=im2double（I）;%将原图像转为双精度数据类型；

T=dctmtx（8）;%产生二维DCT变换矩阵

B=blkproc（I,[88],'P1*x*P2',T,T'）;%计算二维DCT，矩阵T及其转置T’是DCT函数P1*x*P2的参数

Mask=[11110000

11100000

11000000

10000000

00000000

00000000

00000000

00000000];%二值掩膜，用来压缩DCT系数，只留下DCT系数

1少的个数

1多的个数

六、思考题

1.简述离散余弦变换（DCT）编码的原理。

视频编码和图像编码的对象主要是自然视频信号、图像信号或其预测残差（包括帧内和帧间）信号。

号在空间域上的相关性己部分减弱，但是统计数据表明，在某些情况下残差数据之间仍有其较强的相关性。

所以类似于图像信号和视频信号，残差信号也需要进行一定的处理。

这种去除相关性的处理过程就是变换编码过程。

2.有损压缩和无损压缩的区别和联系。

利用有损压缩技术可以大大地压缩文件的数据，但是会影响图像质量，使用了有损压缩的图像仅在屏幕上显示，可能对图像质量影响不太大，至少对于人类眼睛的识别程度来说区别不大。

如果要减少图像占用内存的容量，就必须使用有损压缩方法。

无损压缩方法的优点是能够比较好地保存图像的质量，但是相对来说这种方法的压缩率比较低

3.图像中哪些信息是主要的，哪些信息是次要的？

需要传达给别人的部分是主要的。

其他是次要的。

例如肖像图片，肖像部分是主要的，其背景是次要的。

为了证明当时的场景，场景就是主要的了，而人物就变成次要的。

描述风景，人物是次要的，背景是主要的。

主要和次要是相对的。

没有绝对的主要，也没有绝对的次要。