1、系：信息與機電工程系專業:電子信息工程年級:2013級姓名：學號：136710093實驗課程：數字圖像處理實驗室號：實驗設備號：實驗時間：2015.6.16指導教師簽字：成績：實驗四圖像壓縮編碼一、實驗目的1 .了解有關數字圖像壓縮的基本概念2 .理解有損壓縮和無損壓縮的概念；3 .理解圖像壓縮的主要原則和目的；4 .了解幾種常用的圖像壓縮編碼方式。5 .進一步熟悉DCT的概念和原理；6 .掌握對灰度和彩色圖像作離散余弦變換和反變換的方法；7 .掌握利用MATLAB軟件進行圖像壓縮。二、實驗原理1、圖像壓縮原理圖像壓縮主要目的是為了節省存儲空間，增加傳輸速度。圖像壓縮的理想標準是信息丟失最少，

2、壓縮比例最大。不損失圖像質量的壓縮稱為無損壓縮，無損壓縮不可能達到很高的壓縮比；損失圖像質量的壓縮稱為有損壓縮，高的壓縮比是以犧牲圖像質量為代價的。壓縮的實現方法是對圖像重新進行編碼，希望用更少的數據表示圖像。信息的冗余量有許多種，如空間冗余，時間冗余，結構冗余，知識冗余，視覺冗余等，數據壓縮實質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，從不同的角度出發有不同的分類方法，從信息論角度出發可分為兩大類。(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

3、失真，從數學上講是一種可逆運(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，算術編碼，行程（RLE）編碼，Lempelzev編碼。（2）有損壓縮編碼種類預測編碼，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：統計分塊編碼；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等技術標準。本實驗

4、主要利用MATLAB程序進行離散余弦變換（DCT）壓縮。2、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用，它是JPEG、MPEG等數據壓縮標準的重要數學基礎。和相同圖像質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被廣泛地應用于多媒體和網絡程序中。JPEG有幾種模式，其中最常用的是基于DCT變換的順序型模式，又稱為基本系統（Bas

5、eline）。用DCT壓縮圖像的過程為：（1）首先將輸入圖像分解為8X8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系數進行編碼和傳送，形成壓縮后的圖像格式。2-DCT變換公式如下：C（u,v）=：''E（u）E（v）f（x,y）cos（2x：）Ucos（2y：）v4x=0yR1616其中：f(x,y)輸入/輸出圖像取樣值(基準系統的取值為-128,127);C(u,v)DCT系數(基準系統中C(u,v)的取值范圍為-1023,1023);C(v)*1C(0,0)代表DC系數，其余63個為AC系數用DCT解壓的過程為：(1)對每個8X8或

6、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數據能量集中的趨勢，DCT變換后矩陣的能量集中在矩陣的左上角，右下的大多數的DCT系數值非常接近于00對于通常的圖像來說，舍棄這些接近于0的DCT的系數值，并不會對重構圖像的畫面質量帶來顯著的下降。所以，利用DCT變換進行圖像壓縮可以節約大量的存儲空間。壓縮應該在最合理地近似原圖像的情況下使用最少的系數。使用系數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，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。三、實驗步驟1 .打開

7、計算機，啟動MATLAB程序；2 .調入實驗數字圖像，并進行數據的DCT編碼壓縮處理；3 .對圖像分別給出保留1個、2個、3個、.、20個DCT變換系數的解壓縮結果，這可調整矩陣的mask中1的個數實現，你認為保留幾個系數時，圖像的恢復效果可以接受，通過觀察，給出結論。4 .記錄和整理實驗報告四、實驗儀器5 計算機；6 MATLAB、Photoshop等程序；7 移動式存儲器(軟盤、U盤等)。8 記錄用的筆、紙。五、實驗程序DCT編碼壓縮處理RGB=imread('C:UserslenovoDesktopbb.jpg');%讀取圖像I=rgb2gray(RGB);%將其轉為灰度

8、J=dct2(I);%進行二維離散余弦變換imshow(log(abs(J),),%顯示出變換后的圖像，此時能量集中在左上角colormap(jet(64),colorbar%建立顏色模板J(abs(J)<10)=0;%將DC儂換結果中名對值小于10的系數舍棄K=idct2(J);%idct2重構圖像figure,imshow(I,0255);figure,imshow(K,0255)DCT變換系數的解壓縮讀入原圖像;I=imread('C:UserslenovoDesktopbb.jpg');%I=rgb2gray(I);I=im2double(I);%將原圖像轉為雙精

9、度數據類型;T=dctmtx(8);%產生二維DC儂換矩陣B=blkproc(I,88,'P1*x*P2',T,T');%計算二維DCT矩陣T及其轉置是DCT函數P1*x*P2的參數Mask=1111000000000000;%二值掩膜,用來壓縮DCT系數，只留下DCTS數中左上角的10個B2=blkproc(B,88,'P1.*x',Mask);%只保留DC儂換的10個系數I2=blkproc(B2,8,8,'P1*x*P2',T',T);%逆DCT重構圖像Subplot(1,2,1);Imshow(I);title('

10、原圖像');%顯示原圖像Subplot(1,2,2);Imshow(I2);title('壓縮圖像')；顯示壓縮后的圖像六、實驗報告內容DCT編碼壓縮處理口XFileEditViewInsertToolsDesktopWirtdowHelp口今sa®q巴交口國口2.DCT變換系數的解壓縮根據改變mask里面1的各數來改變圖片壓縮程度這是原有程序1的個數MFigure11多的個數七、思考題1 .簡述離散余弦變換（DCT）編碼的原理。視頻編碼和圖像編碼的對象主要是自然視頻信號、圖像信號或其預測殘差（包括幀內和幀間）信號。號在空間域上的相關性己部分減弱，但是統計數據表明，在某些情況下殘差數據之間仍有其較強的相關性。所以類似于圖像信號和視頻信號，殘差信號也需要進行一定的處理。這種去除相關性的處理過程就是變換編碼過程。2 .有損壓縮和無損壓縮的區別和聯系。利用有損壓縮技術可以大大地壓縮文件的數據，但是會影響圖像質量，使用了有損壓縮的圖像僅在屏幕上顯示，可能對圖像質量影響不太大，至少對于人類眼睛的識別程度來說區別不大。如果要減少圖像占用內存的容量，就必須使用有損壓縮方法。無損壓縮方法的優點是能夠比較好地保