基于dct的圖像壓縮編碼算法的matlab實現(xiàn)

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1、摘要摘要隨著科學技術的發(fā)展,圖像壓縮技術越來越引起人們的關注。為此從眾多的圖像壓縮編碼標準中選取了基于DCT變換的JPEG圖像壓縮編碼算法進行研究，并通過對比分析各種軟件特性選取了MATLAB進行實驗仿真。首先說明了圖像壓縮在現(xiàn)代通信中的必要性和可行性，然后講述了MATLAB及其圖像處理工具箱的相關知識，并對基于DCT變換的JPEG圖像壓縮算法進行了詳細的研究，重點介紹了JPEG壓縮編碼的具體過程和方法,詳細介紹了編碼中DCT變換、量化、熵編碼和霍夫曼編碼等模塊的原理和數(shù)學推導以及各模塊的功能分析。最后應用MATLAB進行了實驗仿真并分

2、析結果得出結論。實驗結果表明基于DCT變換的JPEG圖像壓縮方法簡單、方便,既能保證有較高的壓縮比，又能保證有較好的圖像質量，應用MATLAB仿真出來的結果較好的反應了其編碼算法原理。關鍵詞　JPEG圖像壓縮；DCT；MATLAB；圖像處理工具箱IIIIII目錄III摘要IAbstractII第1章緒論11.1課題背景11.1.1離散余弦變換21.1.2預測技術31.2圖像壓縮技術的發(fā)展和現(xiàn)狀31.2.1圖像編碼技術發(fā)展歷史31.2.2圖像編碼技術的現(xiàn)狀41.3MATLAB及其圖像處理工具箱41.4論文組織結構5第2章圖像壓縮編碼理論算

3、法62.1DCT變換的思想來源62.2基于DCT的JPEG圖像壓縮編碼步驟82.2.1顏色空間的轉換和采樣82.2.2二維離散余弦變換92.2.3DCT系數(shù)的量化122.2.4量化系數(shù)的編排132.2.5DC系數(shù)的編碼142.2.6AC系數(shù)的編碼152.2.7組成位數(shù)據(jù)流162.2.8DCT變換在圖像壓縮中的應用192.3JPEG2000壓縮算法192.3.1小波變換202.3.2量化202.3.3熵編碼212.3.4位流組織21III2.4JPEG與JPEG2000的區(qū)別212.5本章小結23第3章基于DCT的圖像壓縮MATLA

4、B仿真實現(xiàn)243.1數(shù)字圖像文件的讀寫243.2程序流程圖263.3DCT變換的編程實現(xiàn)273.4MATLAB仿真結果273.5實驗結果分析293.6本章小結30結論31III第1章緒論1.1課題背景隨著信息技術的發(fā)展，圖像信息被廣泛應用于多媒體通信和計算機系統(tǒng)中，但是圖像數(shù)據(jù)的一個顯著特點就是信息量大。具有龐大的數(shù)據(jù)量，如果不經(jīng)過壓縮,不僅超出了計算機的存儲和處理能力,而且在現(xiàn)有的通信信道的傳輸速率下，是無法完成大量多媒體信息實時傳輸?shù)?因此,為了更有效的存儲、處理和傳輸這些圖像數(shù)據(jù),必須對其進行壓縮,因此有必要對圖像壓縮編碼進行研究

5、。由于組成圖像的各像素之間,無論是在水平方向還是在垂直方向上都存在著一定的相關性，因此只要應用某種圖像壓縮編碼方法提取或者減少這種相關性,就可以達到壓縮數(shù)據(jù)的目的[1]。數(shù)字圖像的冗余主要表現(xiàn)在以下幾種形式：空間冗余：規(guī)則物體和規(guī)則背景的表面物理特性都具有相關性，數(shù)字化后表現(xiàn)為數(shù)字冗余。例如：某圖片的畫面中有一個規(guī)則物體,其表面顏色均勻,各部分的亮度、飽和度相近,把該圖片作數(shù)字化處理,生成位圖后,很大數(shù)量的相鄰像素的數(shù)據(jù)是完全一樣或十分接近的,完全一樣的數(shù)據(jù)當然可以壓縮,而十分接近的數(shù)據(jù)也可以壓縮,因為恢復后人亦分辨不出它與原圖有什么區(qū)

6、別,這種壓縮就是對空間冗余的壓縮。時間冗余：序列圖像(如電視圖像和運動圖像)和語音數(shù)據(jù)的前后有著很強的相關性,經(jīng)常包含著冗余。在播出該序列圖像時,時間發(fā)生了推移,但若干幅畫面的同一部位沒有變化,變化的只是其中某些地方,這就形成了時間冗余。統(tǒng)計冗余：空間冗余和時間冗余是把圖像信號看作概率信號時所反應出的統(tǒng)計特性，因此，這兩種冗余也被稱為統(tǒng)計冗余。編碼冗余：同樣長度的編碼可以表示不同的信息。結構冗余：相似的，對稱的結構如果都加以記錄就出現(xiàn)結構冗余。5知識冗余：由圖像的記錄方式與人對圖像的知識差異而產(chǎn)生的冗余。人對許多圖像的理解與某些基礎知識

7、有很大的相關性。許多規(guī)律性的結構，人可以由先驗知識和背景知識得到。而計算機存儲圖像時還得把一個個像素信息存入，這就形成冗余。視覺冗余：視覺系統(tǒng)對于圖像場的注意是非均勻和非線性的，視覺系統(tǒng)不是對圖像的任何變化都能感知。所謂的圖像壓縮編碼技術就是對要處理的圖像數(shù)據(jù)按一定的規(guī)則進行變換和組合,從而達到以盡可能少的數(shù)據(jù)流(代碼)來表示盡可能多的數(shù)據(jù)信息。在眾多的圖像壓縮編碼標準中，JPEG(JointPhotographicExpertsGroup)格式是一種稱為聯(lián)合圖像專家組的圖像壓縮格式，它適用于不同類型、不同分辨率的彩色和黑白靜止圖像[2

8、]。在JPEG圖像壓縮算法中，一種是以離散余弦變換(DCT，DiscreteCosineTransform)為基礎的有損壓縮算法，另一種是以預測技術為基礎的無損壓縮算法。1.1.1離散余弦變換DCT變換利用