DPCM编码MATLAB实现.docx
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DPCM编码MATLAB实现
DPCM编码MATLAB实现
%本文是数字图像处理的一个源程序
%实现的功能是DPCM编码
%DPCM编码,简称差值编码,是对模拟信号幅度抽样的差值进行量化编码的调制方式
%本程序实现一阶/二阶/三阶/四阶DPCM数字信号预测
%一阶/二阶/三阶/四阶预测的区别不仅在于信号的清晰度,而更重要在于
%阶数越高,图像越光滑.
clc
clear
closeall;
%从D盘导入图片,以学校风光图片为例实现DPCM
I03=imread（'d:
\shuxuejianmo.bmp'）;
%把RGB图像转化为灰度图像
I02=rgb2gray（I03）;
I=double（I02）;
fid1=fopen（'mydata1.dat','w'）;
fid2=fopen（'mydata2.dat','w'）;
fid3=fopen（'mydata3.dat','w'）;
fid4=fopen（'mydata4.dat','w'）;
[m,n]=size（I）;
%对预测信号将边缘锁定,防止程序运行时抓不到数据
J1=ones（m,n）;
J1（1:
m,1）=I（1:
m,1）;
J1（1,1:
n）=I（1,1:
n）;
J1（1:
m,n）=I（1:
m,n）;
J1（m,1:
n）=I（m,1:
n）;
J2=ones（m,n）;
J2（1:
m,1）=I（1:
m,1）;
J2（1,1:
n）=I（1,1:
n）;
J2（1:
m,n）=I（1:
m,n）;
J2（m,1:
n）=I（m,1:
n）;
J3=ones（m,n）;
J3（1:
m,1）=I（1:
m,1）;
J3（1,1:
n）=I（1,1:
n）;
J3（1:
m,n）=I（1:
m,n）;
J3（m,1:
n）=I（m,1:
n）;
J4=ones（m,n）;
J4（1:
m,1）=I（1:
m,1）;
J4（1,1:
n）=I（1,1:
n）;
J4（1:
m,n）=I（1:
m,n）;
J4（m,1:
n）=I（m,1:
n）;
%一阶DPCM编码
fork=2:
m-1
forl=2:
n-1
J1（k,l）=I（k,l）-I（k,l-1）;
end
end
J1=round（J1）;
cont1=fwrite（fid1,J1,'int8'）;
cc1=fclose（fid1）;
%二阶DPCM编码
fork=2:
m-1
forl=2:
n-1
J2（k,l）=I（k,l）-（I（k,l-1）/2+I（k-1,l）/2）;
end
end
J2=round（J2）;
cont2=fwrite（fid2,J2,'int8'）;
cc2=fclose（fid2）;
%三阶DPCM编码
fork=2:
m-1
forl=2:
n-1
J3（k,l）=I（k,l）-（I（k,l-1）*（4/7）+I（k-1,l）*（2/7）+I（k-1,l-1）*（1/7））;
end
end
J3=round（J3）;
cont3=fwrite（fid3,J3,'int8'）;
cc3=fclose（fid3）;
%四阶DPCM编码
fork=2:
m-1
forl=2:
n-1
J4（k,l）=I（k,l）-（I（k,l-1）/2+I（k-1,l）/4+I（k-1,l-1）/8+I（k-1,l+1）/8）;
end
end
J4=round（J4）;
cont4=fwrite（fid4,J4,'int8'）;
cc4=fclose（fid4）;
%=====================================================================
%以上是DPCM编码的编码过程,为了使程序具有连贯性,将编码和解码放在同一个M文件目录下
%=====================================================================
%以下是DPCM解码
fid1=fopen（'mydata1.dat','r'）;
fid2=fopen（'mydata2.dat','r'）;
fid3=fopen（'mydata3.dat','r'）;
fid4=fopen（'mydata4.dat','r'）;
I11=fread（fid1,cont1,'int8'）;
I12=fread（fid2,cont2,'int8'）;
I13=fread（fid3,cont3,'int8'）;
I14=fread（fid4,cont4,'int8'）;
tt=1;
forl=1:
n
fork=1:
m
I1（k,l）=I11（tt）;
tt=tt+1;
end
end
tt=1;
forl=1:
n
fork=1:
m
I2（k,l）=I12（tt）;
tt=tt+1;
end
end
tt=1;
forl=1:
n
fork=1:
m
I3（k,l）=I13（tt）;
tt=tt+1;
end
end
tt=1;
forl=1:
n
fork=1:
m
I4（k,l）=I14（tt）;
tt=tt+1;
end
end
I1=double（I1）;
I2=double（I2）;
I3=double（I3）;
I4=double（I4）;
J1=ones（m,n）;
J1（1:
m,1）=I1（1:
m,1）;
J1（1,1:
n）=I1（1,1:
n）;
J1（1:
m,n）=I1（1:
m,n）;
J1（m,1:
n）=I1（m,1:
n）;
J2=ones（m,n）;
J2（1:
m,1）=I2（1:
m,1）;
J2（1,1:
n）=I2（1,1:
n）;
J2（1:
m,n）=I2（1:
m,n）;
J2（m,1:
n）=I2（m,1:
n）;
J3=ones（m,n）;
J3（1:
m,1）=I3（1:
m,1）;
J3（1,1:
n）=I3（1,1:
n）;
J3（1:
m,n）=I3（1:
m,n）;
J3（m,1:
n）=I3（m,1:
n）;
J4=ones（m,n）;
J4（1:
m,1）=I4（1:
m,1）;
J4（1,1:
n）=I4（1,1:
n）;
J4（1:
m,n）=I4（1:
m,n）;
J4（m,1:
n）=I4（m,1:
n）;
%一阶解码
fork=2:
m-1
forl=2:
n-1
J1（k,l）=I1（k,l）+J1（k,l-1）;
end
end
cc1=fclose（fid1）;
J1=uint8（J1）;
%二阶解码
fork=2:
m-1
forl=2:
n-1
J2（k,l）=I2（k,l）+（J2（k,l-1）/2+J2（k-1,l）/2）;
end
end
cc2=fclose（fid2）;
J2=uint8（J2）;
%三阶解码
fork=2:
m-1
forl=2:
n-1
J3（k,l）=I3（k,l）+（J3（k,l-1）*（4/7）+J3（k-1,l）*（2/7）+J3（k-1,l-1）*（1/7））;
end
end
cc3=fclose（fid3）;
J3=uint8（J3）;
%四阶解码
fork=2:
m-1
forl=2:
n-1
J4（k,l）=I4（k,l）+（J4（k,l-1）/2+J4（k-1,l）/4+J4（k-1,l-1）/8+J4（k-1,l+1）/8）;
end
end
cc4=fclose（fid4）;
J4=uint8（J4）;
%分区画图
figure
（1）
subplot（3,2,1）;
imshow（I03）;
%隐藏坐标轴和边框,以免坐标轴与标题重叠
axisoff
boxoff
title（'原始图像','fontsize',11,'fontname','隶体'）;
subplot（3,2,2）;
imshow（I02）;
axisoff
boxoff
title（'灰度图像','fontsize',11,'fontname','隶体'）;
subplot（3,2,3）;
imshow（J1）;
axisoff
boxoff
title（'一阶预测','fontsize',11,'fontname','隶体'）;
subplot（3,2,4）;
imshow（J2）;
axisoff
boxoff
title（'二阶预测','fontsize',11,'fontname','隶体'）;
subplot（3,2,5）;
imshow（J3）;
axisoff
boxoff
title（'三阶预测','fontsize',11,'fontname','隶体'）;
subplot（3,2,6）;
imshow（J4）;
axisoff
boxoff
title（'四阶预测','fontsize',11,'fontname','隶体'）;
%学会DPCM编码必须彻底了解DPCM编码原理
%DPCM编码是数字图形处理的一项应用
%Removingallvariables,functions,andMEX-filesfrommemory,leavingthe%workspaceempty.
clearall
%Deletingallfigureswhosehandlesarenothidden.
closeall
%Deletingallfiguresincludingthosewithhiddenhandles.
closeallhidden
%ClearingallinputandoutputfromtheCommandWindowdisplaygivingusacleanscreen.clc
%Openingthefile'TEOTH.mp3'inthereadaccessmode.
fid=fopen（'TEOTH.mp3','r'）;
%Generatingtheinputsignal'm（t）'byreadingthebinarydatain16bit
%integerformatfromthespecifiedfileandwritingitintoamatrix
%'m（t）'andthenumberofelementssuccessfullyreadisreturnedintoan
%outputargument'count'.
[m,count]=fread（fid,'int16'）;
%Redefiningthecountforefficiency.
count=8500;
%Settingthesamplingfrequency.
%becausetheaudiosignalhasamaximumfrequencyof4Kandaccordingto
%Nyquistcriteria,wegetthefollowingsamplingfrequency.
Fs=8000;
%Settingthesamplinginstant.
Ts=1;
%Settingthenumberofsamplestobeused.
No_Samples=（2*Fs）+Ts;
%Definethetimevectorforthecalculations.
time=[1:
Fs/64];
%Calculatingmaximumvalueoftheinputsignal'm（t）'.
Mp=max（m）
%Settingnumberofbitsinasymbol.
bits=5;
%Numberoflevelsofuniformquantization.
levels=2^bits;
%Calculatingthebitrate.
bit_rate=8000*bits;
%SincetheDPCMisimplementedbythelinearpredictor（transversal%predictor）Hencesettingupthepredictioncoefficient'alpha'.
alpha=0.45;
%Transmittingthedifference.
%Sincethereisnoestimatedvaluebeforethefirstsamplesowegetdiff_sig
（1）=m
（1）;
%Calculatingtherestofthevaluesofthedifferencesignalwiththehelp%ofcoefficient.
fork=2:
count,
diff_sig（k）=m（k）-alpha*m（k-1）;
end
%Calculatingmaximumvalueoftheinputsignal'diff_sig（t）',i.e,tobe
%quantized.
Dp=max（diff_sig）
%Calculatingthestepsizeofthequantization.
step_size=（2*Mp）/levels
%Quantizingthedifferencesignal.
fork=1:
No_Samples,
samp_in（k）=m（k*Ts）;
quant_in（k）=samp_in（k）/step_size;
error（k）=（samp_in（k）-quant_in（k））/No_Samples;
end
%quant_in=diff_sig/step_size;
%Indicatingthesignoftheinputsignal'm（t）'andcalculatingthe%quantizedsignal'quant_out'.
signS=sign（m）;
quant_out=quant_in;
fori=1:
count,
S（i）=abs（quant_in（i））+0.5;
quant_out（i）=signS（i）*round（S（i））*step_size;
end
%Decodingthesignalusingthequantizeddifferencesignal.
s_out=quant_out;
s_out
（1）=quant_out
（1）;
fork=2:
count,
s_out（k）=quant_out（k）+alpha*s_out（k-1）;
end
%Calculatingthequantizationnoise'Nq'.
Nq=（（（step_size）^2）/12）*（（Mp/Dp）^2）
%Calculatingsignaltonoiseratio'SNR'.
SNR=1.5*（levels^2）
SNR_db=10*log10（SNR）
%Plottingtheinputsignal'm（t）'.
%figure;
subplot（4,1,1）;
plot（time,m（time）,time,s_out（time）,'r'）;
title（'InputSpeechSignal'）;
xlabel（'Time'）;
ylabel（'m（t）'）;
gridon;
%Plottingthequantizedsignal'quant_in（t）'.
%figure;
subplot（4,1,2）;
stem（time,quant_in（time）,'r'）;
title（'QuantizedSpeechSignal'）;
xlabel（'Time'）;
ylabel（'Levels'）;
gridon;
%PlottingtheDPCMsignal's_out（t）'.
%figure;
subplot（4,1,3）;
plot（time,s_out（time））;
title（'DecodedDPCMSpeechSignal'）;
xlabel（'Time'）;
ylabel（'Dq（t）'）;
gridon;
%Plottingtheerrorsignal'error（t）'.
subplot（4,1,4）;
plot（time,error（time））;
title（'ErrorSignal'）;
xlabel（'Time'）;
ylabel（'Error（t）'）;
gridon;
%Removingallvariables,functions,andMEX-filesfrommemory,leavingthe%workspaceempty.
clearall
clearall
closeall
%Solicitatipodese馻lamuestrear
opcion=input（'Escriba1siquierecodificarse馻ldeaudioo2siquierecodificarotra:
'）
%abrese馻lseleccionadaporelusuario
ifopcion==1;
t_input=input（'escribaeltiempoensegundosquedeseegrabarelaudio:
'）;
m=wavrecord（t_input*30000,30000,'int16'）;
%fid=fopen（'sonido.wav','r'）;
%m=fread（fid,'int16'）;
ini_cuenta=10;
end
ifopcion==2;
t=input（'escribaelvectordetiempoparalase馻l:
'）;
m=input（'escribalase馻lquedeseecodificarf（t）:
'）;
ini_cuenta=2;
end
%Solicitafrecuenciademuestreoynivelesdecuantizacion
Fs=input（'escribalafrecuenciademuestreo:
'）;
levels=input（'escribalosnivelesdecuantizacion:
'）;
Mp=max（m）%Calculaelnivelm醲imodelase馻l
step_size=（Mp*2）/levels%Incrementoentrecadaniveldecuant
particion=[-Mp:
step_size:
Mp];%vectordeparticion（cuant）
%particion=[0:
step_size:
2*Mp];
Ts=1;
longitud_m=length（m）;
inc_muestreo=longitud_m/Fs;
red_inc_muestreo=floor（inc_muestreo）;
No_samples=（red_inc_muestreo*Fs）+1;%Numerodemuestras,
%Muestreo
fork=ini_cuenta:
No_samples
ifk==ini_cuenta
samp_in（k-1）=0;
ind_pcm=1
end
residuo=rem（k,red_inc_muestreo）;
ifresiduo==0
samp_in（k）=m（k）;
elseifresiduo~=0
samp_in（k）=samp_in（k-1）;
end
end
%Cuantizacion
quant=quantiz（samp_in,particion）;
pcm_cad=dec2bin（quant）
ind_pcm=1;
%GeneracodigobinariodePCM
forh=ini_cuenta:
No_samples
residuo=rem（h,red_inc_muestreo）;
ifresiduo==0
PCM（ind_pcm）=str2num（pcm_cad（h,:
））;
ind_pcm=ind_pcm+1;
end
end
subplot（2,2,1）;plot（m）;title（'se馻lanal骻ica'）;xlabel（'tiempo'）;ylabel（'amplitud'）;subplot（2,2,2）;stairs（samp_in）;title（'se馻lmuestreada'）;xlabel（'tiempo'）;ylabel（'amplitud'）;subplot（2,2,3）;plot（quant）;title（'se馻lcuantizada'）;xlabel（'tiempo'）;ylabel（'nivelesdecuantizacion'）;
DPCM预测编码的MATLAB原代码:
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DPCM预测编码原代码:
i1=imread（'3.jpg'）;
i1=rgb2gray（i1）;
i1=imcrop（i1,[2020160160]）;
i=double（i1）;
[m,n]=size（i）;
p=zeros（m,n）;
y=zeros（m,n）;
y（1:
m,1）=i（1:
m,1）;
p（1:
m,1）=i（1:
m,1）;
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