2024年图像编码实验报告.doc

图

像

压

缩

编

码

（试验汇报）

一、试验目的

理解图像压缩目的及意义；

理解有损压缩和無损压缩的概念；

理解几种常用的图像压缩编码措施；

运用MATLAB程序進行图像压缩。

二、试验原理

图像压缩重要目的是為了节省存储空间，提高存储、处理、传播速度。虽然表达图像需要大量的数据，但数据是高度有关的，或者說存在冗余（Redundancy），去掉這些冗余信息可以有效地压缩图像，同步不會损壞图像的有效信息。信息的冗余量有許多种，如空间冗余，時间冗余，构造冗余，知识冗余，视覺冗余等，数据压缩实质上是減少這些冗余量。高效编码的重要措施是尽量清除图像中的冗余成分，從而以最小的码元包括最大的图像信息。

图像压缩的理想原则是信息丢失至少，压缩比例最大。不损失图像质量的压缩称為無损压缩，無损压缩不也許到达很高的压缩比；损失图像质量的压缩称為有损压缩，高的压缩比是以牺牲图像质量為代价的。压缩的实現措施是對图像重新進行编码，但愿用更少的数据表达图像。

编码压缩措施有許多种，從不一样的角度出发有不一样的分类措施，從信息论角度出发可分為两大类。

（1）冗余度压缩措施，也称無损压缩、信息保持编码或嫡编码。详细說就是解码图像和压缩编码前的图像严格相似，没有失真，從数學上讲是一种可逆运算。

（2）信息量压缩措施，也称有损压缩、失真度编码或烟压缩编码。也就是說解码图像和原始图像是有差异的，容許有一定的失真。

应用在多媒体中的图像压缩编码措施，從压缩编码算法原理上可以分為如下几类：

（1）熵编码。熵编码是纯粹基于信号记录特性的编码技术，是一种無损编码。熵编码的基本原理是給出現概率较大的符号赋予一种短码字，而給出現概率较小的符号赋予一种長码字，從而使得最终的平均码長很小。

常見的熵编码有：哈夫曼（Huffman）编码，算术编码，行程（RLE）编码。

（2）预测编码。预测编码是运用图像信号的空间或時间有关性，用已传播的像素對目前的像素進行预测，然後對预测值与真实值的差(预测误差)進行编码处理和传播。

常用的预测编码有差分脉码调制（DPCM）和运動赔偿法。

（3）变换编码。变换编码一般是将空间域上的图像通過正交变换映射到另一变换域上，使变换後的系数之间的有关性減少。

（4）混合编码。混合编码是指综合了熵编码，变换编码或预测编码的编码措施。有JBIG，H261，JPEG，MPEG等技术原则。

三、试验内容

本试验重要运用MATLAB程序進行离散余弦变换（DCT）压缩和行程编码（RunLengthEncoding，RLE）。

1、离散余弦变换(DCT)图像压缩

离散余弦变换DCT在图像压缩中具有广泛的应用，它是JPEG、MPEG等数据压缩原则的重要数學基础。和相似图像质量的其他常用文献格式(如GIF(可互换的图像文献格式)，TIFF(標签图像文献格式)，PCX(图形文献格式))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变换的次序型模式，又称為基本系统(Baseline)。

用DCT压缩图像的過程為：

(1)首先将输入图像分解為8×8或16×16的块，然後對每個子块進行二维DCT变换。

(2)将变换後得到的量化的DCT系数進行编码和传送，形成压缩後的图像格式。

用DCT解压的過程為：

(1)對每個8×8或16×16块進行二维DCT反变换。

(2)将反变换的矩阵的块合成一种單一的图像。

余弦变换具有把高度有关数据能量集中的趋势，DCT变换後矩阵的能量集中在矩阵的左上角，右下的大多数的DCT系数值非常靠近于0。對于一般的图像来說，舍弃這些靠近于0的DCT的系数值，并不會對重构图像的画面质量带来明显的下降。因此，运用DCT变换進行图像压缩可以节省大量的存储空间。压缩应當在最合理地近似原图像的状况下使用至少的系数。使用系数的多少也决定了压缩比的大小。

在压缩過程的第2步中，可以合理地舍弃某些系数，從而得到压缩的目的。在压缩過程的第2步，還可以采用RLE和Huffman编码来深入压缩。

2、行程编码（RLE）：

例如如下這幅的二值图像，

假如采用行程编码可以按如下格式保留

其中10和8表达图像的宽和高。在這個小例子中行程编码并没有起到压缩图像的作用。這是由于這個图的尺寸過小，當图像尺寸较大時行程编码還是不錯的無损压缩措施。對于灰度图像和二值图像，用行程编码—般均有很高的压缩率。行程编码措施实現起来很轻易，對于具有長反复值的串的压缩编码很有效，例如：對于有大面积的阴影或颜色相似的图像，使用這种措施压缩效果很好。诸多位图文献格式都采用行程编码，如T