图像压缩编码分析Word下载.docx
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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
JBIG,H.261,JPEG,MPEG等技术标准。
2、JPEG压缩编码原理
JPEG是一个应用广泛的静态图像数据压缩标准,其中包含两种压缩算法(DCT和DPCM),并考虑了人眼的视觉特性,在量化和无损压缩编码方面综合权衡,达到较大的压缩比(25:
1以上)。
JPEG既适用于灰度图像也适用于彩色图像。
其中最常用的是基于DCT变换的顺序式模式,又称为基本系统。
JPEG的压缩编码大致分成三个步骤:
(1)使用正向离散余弦变换(forwarddiscretecosinetransform,FDCT)把空间域表示的图变换成频率域表示的图。
(2)使用加权函数对DCT系数进行量化,该加权函数使得压缩效果对于人的视觉系统最佳。
(3)使用霍夫曼可变字长编码器对量化系数进行编码。
3、离散余弦变换(DCT)变换原理
离散余弦变换(DCT)是一种实数域变换,其变换核为实数余弦函数,图像处理运用的是二维离散余弦变换,对图像进行DCT,可以使得图像的重要可视信息都集中在DCT的一小部分系数中。
二维DCT变换是在一维的基础上再进行一次DCT变换,公式如下:
(1)
为原图像,经DCT变换之后,
为变换矩阵。
是直流分量,其他为交流分量。
上述公式可表示为矩阵形式:
(2)
其中
是变换系数矩阵,为正交阵。
逆DCT变换:
(3)
这里我们只讨论两个N相等的情况,即图像为方形(行列数相等),在实际应用中对不是方阵的数据都应先补齐再进行变换的。
4、图象质量评价
保真度准则是压缩后图象质量评价的标准。
客观保真度准则:
原图象和压缩图象之间的均方根误差或压缩后图象的均方根信噪比。
主观保真度准则:
极好、良好、通过、勉强、低劣、不能用。
客观保真度准则
新旧图像的均方误差
(4)
均方根误差
(5)
把压缩后图像表示成原图像和噪声的叠加
(6)
均方信噪比
(7)
三、实验内容及步骤
本实验主要采用MATLAB程序实现DCT变换及JPEG压缩编码(OpenCV亦可)
实验步骤:
读取一张大小为512x512的灰度图像(或彩色图像,并将其灰度化)
实验一:
1)把图像分解成若干个8x8的子块;
2)对每个子块分别作DCT变换;
3)保留变换后的直流分量,将交流分量全部清零;
4)使用逆DCT变换,得到新的图像,观察图片变化。
实验二:
1)直接对整张原图像做DCT变换;
2)保留直流分量,交流分量全部清零;
3)再用逆DCT变换,得到新的图像,观察图片变化,注意与实验一结果的区别。
实验三:
2)保留直流分量;
3)尝试保留有限个交流分量的个数;
4)直到逆DCT变换以后的图像可以达到可观察的效果,与实验一结果作比较。
对以上三个实验中逆DCT变换后所获得的图像做质量评价。
4.实验结果及实验代码
1)实验一实验代码:
clc;
clearall;
img=imread('
实验三.jpg'
);
X=rgb2gray(img);
%转换为灰度图
X=double(X);
figure
(1)
subplot(121);
imshow(uint8(X));
title('
原始图象'
)
subplot(122);
Y=blkproc(X,[88],'
dct21'
imshow(uint8(Y));
分块DCT变换图'
X1=blkproc(Y,[88],'
dct22'
figure
(2)
imshow(uint8(X1));
分块DCT恢复图'
X2=blkproc(X,[88],'
dct23'
imshow(uint8(X2));
分块DCT交流分量全部清零恢复图'
imwrite(uint8(X2),['
分块交流0'
'
.jpg'
]);
%保存图片
实验结果:
图像质量分析:
[PSNR,MSE]=psnr(X,X2)%图像峰值信噪比PSNR、均方根误差MSE
2)实验二实验代码:
[~,m]=size(X);
A=zeros(m,m);
%DCT系数,当m=n=8时,AM(AN)就是JPEG中常用的8*8的变换矩阵
fori=0:
m-1
forj=0:
ifi==0
a=sqrt(1/m);
else
a=sqrt(2/m);
end
A(i+1,j+1)=a*cos(pi*(j+0.5)*i/m);
end
end
%注意变换后的矩阵数据类型为double
F=A*X*A'
;
%DCT变换
imshow(uint8(F))
DCT变换图象'
X1=A'
*F*A%DCT反变换恢复的矩阵
DCT逆变换图象'
fori=1:
m
forj=1:
ifi==1&
&
j==1
F(i,j)=F(i,j);
F(i,j)=0;
X2=A'
*F*A%交流分量全部清零的DCT反变换恢复的矩阵
交流分量全部清零的DCT逆变换图象'
交流清零'
图像质量分析
3)
实验三实验代码:
实验三.jpg);
ifi<
50&
j<
50
*F*A%交流分量部分保留50的DCT反变换恢复的矩阵
交流分量部分保留50的DCT逆变换图象'
交流分量50'
.jpg]);
[PSNR,MSE]=psnr(X,X2)%图像峰值信噪比PSNR、均方根误差MSE
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