1、實(shí)驗(yàn)三、圖像壓縮編碼技術(shù)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、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)行圖像壓縮編碼。二、實(shí)驗(yàn)原理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(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)量為代價的。壓縮的實(shí)現(xiàn)方法是對圖像重新進(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

2、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。 （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，

3、lempel zev編碼。 （2）有損壓縮編碼種類預(yù)測編碼，dpcm，運(yùn)動補(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，h.261，jpeg，mpeg等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。本實(shí)驗(yàn)主要利用matlab程序進(jìn)行赫夫曼（huffman）編碼和行程編碼（run length encoding， rle）。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1、實(shí)現(xiàn)基本jpeg的壓縮和編碼分三個步驟： （1）首先通過dct變換去除數(shù)據(jù)冗余； （2）使用量化表對dct系數(shù)進(jìn)行量化； （3）對量化后的系數(shù)進(jìn)行hu

4、ffman編碼。四、實(shí)驗(yàn)步驟1打開計(jì)算機(jī)，啟動matlab程序；2選擇一幅圖像，并進(jìn)行赫夫曼和行程編碼壓縮處理；3 將原圖像在photoshop軟件中打開，分別以不同的位圖文件格式進(jìn)行“另保存”，比較它們的數(shù)據(jù)量。4記錄和整理實(shí)驗(yàn)報(bào)告五、實(shí)驗(yàn)儀器1計(jì)算機(jī)；2 matlab、photoshop等程序；3移動式存儲器（軟盤、u盤等）。4記錄用的筆、紙。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容原圖片1、 赫夫曼處理源程序function huffman()clearx=imread(456.jpg);data=uint8(x);zipped,info=huffencode(data); unzipped=huffdecod

5、e(zipped,info); subplot(121);imshow(data);subplot(122);imshow(unzipped);%erms = compare(data(:),unzipped(:);erms=0cr=info.ratiowhos data unzipped zippedfunction zipped,info=huffencode(vector)if isa(vector,uint8) error(input argument must be a uint8 vector);endm,n=size(vector); vector=vector(:);f=fre

6、quency(vector); simbols=find(f=0);f=f(simbols);f,sortindex=sort(f); simbols=simbols(sortindex);len=length(simbols);simbols_index=num2cell(1:len);codeword_tmp=cell(len,1);while length(f)1 index1=simbols_index1; index2=simbols_index2; codeword_tmp(index1)=addnode(codeword_tmp(index1),uint8(0); codewor

7、d_tmp(index2)=addnode(codeword_tmp(index2),uint8(1); f=sum(f(1:2) f(3:end); simbols_index=index1,index2 simbols_index(3:end); f,sortindex=sort(f); simbols_index=simbols_index(sortindex);endcodeword=cell(256,1);codeword(simbols)=codeword_tmp;len=0;for index=1:length(vector) len=len+length(codeworddou

8、ble(vector(index)+1);endstring=repmat(uint8(0),1,len);pointer=1;for index=1:length(vector) code=codeworddouble(vector(index)+1; len=length(code); string(pointer+(0:len-1)=code; pointer=pointer+len;endlen=length(string);pad=8-mod(len,8); if pad0 string=string uint8(zeros(1,pad);endcodeword=codeword(s

9、imbols);codelen=zeros(size(codeword);weights=2.(0:23);maxcodelen=0;for index=1:length(codeword) len=length(codewordindex); if lenmaxcodelen maxcodelen=len; end if len0 code=sum(weights(codewordindex=1); code=bitset(code,len+1); codewordindex=code; codelen(index)=len; endendcodeword=codeword:;cols=le

10、ngth(string)/8;string=reshape(string,8,cols);weights=2.(0:7);zipped=uint8(weights*double(string);huffcodes=sparse(1,1);for index=1:nnz(codeword) huffcodes(codeword(index),1)=simbols(index);endinfo.pad=pad;info.huffcodes=huffcodes;info.ratio=cols./length(vector);info.length=length(vector);info.maxcod

11、elen=maxcodelen;info.rows=m;info.cols=n;function vector=huffdecode(zipped,info,image)if isa(zipped,uint8) error(input argument must be a uint8 vector);endlen=length(zipped);string=repmat(uint8(0),1,len.*8);bitindex=1:8;for index=1:len string(bitindex+8.*(index-1)=uint8(bitget(zipped(index),bitindex)

12、;endstring=logical(string(:);len=length(string);string(len-info.pad+1):end)=; len=length(string);weights=2.(0:51);vector=repmat(uint8(0),1,info.length);vectorindex=1;codeindex=1;code=0;for index=1:len code=bitset(code,codeindex,string(index); codeindex=codeindex+1; byte=decode(bitset(code,codeindex)

13、,info); if byte0 vector(vectorindex)=byte-1; codeindex=1; code=0; vectorindex=vectorindex+1; endendvector=reshape(vector,info.rows,info.cols); function codeword_new=addnode(codeword_old,item)codeword_new=cell(size(codeword_old);for index=1:length(codeword_old) codeword_newindex=item codeword_oldinde

14、x;endfunction f=frequency(vector)if isa(vector,uint8) error(input argument must be a uint8 vector);endf=repmat(0,1,256);len=length(vector);for index=0:255 f(index+1)=sum(vector=uint8(index);endf=f./len;function byte=decode(code,info)byte=info.huffcodes(code); 2、 行程編碼壓縮處理 原圖片 3、 源程序 function rle()i =

15、 imread(123.jpg); i0=rgb2gray(i);i0=double(i0);zipped,info=rlencode(i);%調(diào)用rle進(jìn)行編碼unzipped=rledecode(zipped,info);%調(diào)用解碼程序進(jìn)行編碼%顯示原始圖像和經(jīng)編碼解碼后的圖像，顯示壓縮比，并計(jì)算均方根誤差得erms=0,表示ele是無失真編碼subplot(121);imshow(i);subplot(122);imshow(unzipped);%erms=compare(i(:),unzipped(:)cr=info.ratiowhos i unzipped zippedfunctio

16、nzipped,info=rlencode(vector)m,n=size(vector);vector=vector(:);l=length(vector);c=vector(1);e(1,1)=c;e(1,2)=0;%e(:,1)存放灰度，e(:,2)存放行程t1=1for j=1:l if(vector(j)=c) e(t1,2)=double(e(t1,2)+1; else c=vector(j); t1=t1+1; e(t1,1)=c; e(t1,2)=1; endendzipped=e;info.rows=m;info.cols=n;m,n=size(e);info.ratio=m

17、*n/(info.rows*info.cols); function unzipped=rledecode(zip,info)zip=uint8(zip);m,n=size(zip);unzipped=;for i=1:m section=repmat(zip(i,1),1,double(zip(i,2); unzipped=unzipped section;endunzipped=reshape(unzipped,info.rows,info.cols);%程序結(jié)束七、思考題1圖像中哪些信息是主要的，哪些信息是次要的？ 答：需要傳達(dá)給別人的部分是主要的。其他是次要的。例如肖像圖片，肖像部分是主要的，其背景是次要的。為了證明當(dāng)時的場景，場景就是主要的了，而人物就變成次要的。描述風(fēng)景，人物是次要的，背景是主要的。主要和次要是相對的。沒有絕對的主要，也沒有絕對的次要。2簡述赫夫曼編碼和行程編碼的原理。 答：赫夫曼編碼：先統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中各字符出現(xiàn)的概率，再按字符出現(xiàn)頻率高低的順序分別賦以由短到長的代碼