實驗五、圖像壓縮

1、桂林理工班級軟件15-1班學(xué)號3152021021124姓名周奎良同組實驗者實驗名稱實驗五圖像壓縮日期2021年11月20日1、 實驗?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那么和目的；3 .了解幾種常用的圖像壓縮編碼方式.4 .利用MATLA科序進行圖像壓縮.2、 實驗環(huán)境1計算機；2MATLAB、Photoshop等程序；3移動式存儲器(軟盤、U盤等).4記錄用的筆、紙.3、 實驗內(nèi)容1 .圖像壓縮原理圖像壓縮主要目的是為了節(jié)省存儲空間,增加傳輸速度.圖像壓縮的理想標準是信息丟失最少,壓縮比例最大.不損失圖像質(zhì)量的壓縮稱為無損壓縮,無損壓縮不可能到達很高的壓縮比；

2、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)量為代價的.壓縮的實現(xiàn)方法是對圖像重新進行編碼,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、信息保持編碼或嫡編碼.具體說就是解碼圖像和壓縮編碼前的圖像嚴格相同,沒有失真,從數(shù)學(xué)上講是一種可逆運算.(2)信息量壓縮方法,也稱有損壓縮、失真度編碼或煙壓

3、縮編碼.也就是說解碼圖像和原始圖像是有差異的,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,運動補償；頻率域方法：正交變換編碼(如DCT),子帶編碼；空間域方法：統(tǒng)計分塊編碼；數(shù)字圖像處理實驗五模型方法：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)標準.本實驗主要利用MATLAB程序進行離散余弦變換DCT壓縮和行程編碼RunLengthEncod

4、ing,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?O勺應(yīng)用,它是JPEG、MPEG等數(shù)據(jù)壓縮標準的重要數(shù)學(xué)根底.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,又稱為根本系統(tǒng)Baseline.用DCT壓縮圖像的過程為：1首先將輸入圖像分解為8X

5、8或16X16的塊,然后對每個子塊進行二維DCT變換.2將變換后得到的量化的DCT系數(shù)進行編碼和傳送,形成壓縮后的圖像格式.用DCT解壓的過程為：1對每個8X8或16X16塊進行二維DCT反變換.2將反變換的矩陣的塊合成一個單一的圖像.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.

6、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編碼來進一步壓縮.2行程編碼RLE原理：例如如下這幅的二值圖像,oooooolJl000001110OOOO1UOQ00001110000001110000qmooaooiiLoooaoo111COOOOOO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.在這個小例子中行程編碼并沒有起到壓縮圖像的作用.數(shù)字圖像處理實驗五這是由于這個圖的尺寸過小,當圖像尺寸較大時行程編碼還是不錯的無損壓縮方法.對于灰度圖像和二值圖像,用行程編碼一般都有很高的壓縮率.行程編碼方法實

7、現(xiàn)起來很容易,對于具有長重復(fù)值的串的壓縮編碼很有效,例如：對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,PCXGEMBMP等.3.2 實驗步驟1 .翻開計算機,啟動MATLAB程序；2 .調(diào)入一幅BMP格式的數(shù)字圖像,然后完成下面的實驗；3 .使用DCT變換完成對該圖像的壓縮；4 .閱讀下面的代碼,分析該代碼所實現(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=b

8、lkproc(I,88,'P1*x*P2',T,T');%計算二維DCT,矩陣T及其轉(zhuǎn)置T'是DCT函數(shù)P1*x*P2的參數(shù)mask=1111000011100000110000001000000000000000000000000000000000000000;%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B2=blkproc(B,88,'P1.*x',mask);%只保存DCT變換的10個系數(shù)I2=blkproc(B2,8,8,'P1*x*P2',T',T);%逆DCT,重構(gòu)圖像subplot(1,2

9、,1);imshow(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.比照原始圖像和壓縮后的圖像,雖然舍棄了85%的DCT系數(shù),但圖像仍然清楚(當然有一些質(zhì)量損失)5 .根據(jù)行程(RLE)編碼的原理,對一幅灰度圖像進行行程編碼壓縮處理,并輸出圖像的壓縮比.6 .記錄和整理實驗報告提示：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反離散余弦變換實現(xiàn).3.3 提交實驗的原始圖像和結(jié)果圖像:原圖像壓縮圖像222684原圖像NameSizeB

10、ytesClassAttributesx1512x512壓縮圖像NameSizeJ1x11772262144logicalBytesClassAttributes94176double圖像壓縮比22.2684四、心得體會這次實驗是一個體驗性的實驗,主要就是體驗各種圖像和視頻壓縮算法的效果,趣味性比擬強.同時也加深了我對這些壓縮算法的理解與體會.1參考代碼:I=imread('F:programfilesworklenna.bmp');%入原圖像；I1=rgb2gray(I);I=im2double(I1);%條原圖像轉(zhuǎn)為雙精度數(shù)據(jù)類型；T=dctmtx(8);%產(chǎn)生二維DCT變

11、換矩陣B=blkproc(I,88,'P1*x*P2',T,T');班算二維DCT,矢I陣T及其轉(zhuǎn)置T是DCT函數(shù)P1*x*P2的參數(shù)mask=1110000011000000100000000000000000000000000000000000000000000000;%=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B2=blkproc(B,88,'P1.*x',mask);初保存DCT變換的10個系數(shù)I2=blkproc(B2,8,8,'P1*x*P2',T',T);殛DCT,重構(gòu)圖像subplot(2,2,

12、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.比照原始圖像和壓縮后的圖像,雖然舍棄了85%的DCT系數(shù),但圖像仍然清楚(當然有一些質(zhì)量損失)x1=im2bw(I1,0.7);subplot(2,2,3);imshow(x1);ab=size(x1);J=ab;value=x1(1,1);num=0;fori=1:aforj=1:bifx1(i,j)=valuenum=num+1;elseJ=Jnumvalue;num=1;value=x1(i,j);endendendJ=Jnumvalue;disp(原圖像)whos('x1');disp('壓縮圖像')whos('J');disp('圖像壓縮比