实验四图像压缩编码.docx
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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。
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- 实验 图像 压缩 编码