基于dct的圖像壓縮編碼算法的matlab實(shí)現(xiàn)

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1、摘要摘要隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,圖像壓縮技術(shù)越來(lái)越引起人們的關(guān)注。為此從眾多的圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)中選取了基于DCT變換的JPEG圖像壓縮編碼算法進(jìn)行研究，并通過(guò)對(duì)比分析各種軟件特性選取了MATLAB進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真。首先說(shuō)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(guān)知識(shí)，并對(duì)基于DCT變換的JPEG圖像壓縮算法進(jìn)行了詳細(xì)的研究，重點(diǎn)介紹了JPEG壓縮編碼的具體過(guò)程和方法,詳細(xì)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(xué)推導(dǎo)以及各模塊的功能分析。最后應(yīng)用MATL

2、AB進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)仿真并分析結(jié)果得出結(jié)論。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明基于DCT變換的JPEG圖像壓縮方法簡(jiǎn)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(zhì)量，應(yīng)用MATLAB仿真出來(lái)的結(jié)果較好的反應(yīng)了其編碼算法原理。關(guān)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(yù)測(cè)技術(shù)31.2圖像壓縮技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀31.2.1圖像編碼技術(shù)發(fā)展歷史31.2.2圖像編碼技術(shù)的現(xiàn)狀41.3MATLAB及其圖像處理工具箱4

3、1.4論文組織結(jié)構(gòu)5第2章圖像壓縮編碼理論算法62.1DCT變換的思想來(lái)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(zhuǎn)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(yīng)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JPEG200

4、0的區(qū)別212.5本章小結(jié)23第3章基于DCT的圖像壓縮MATLAB仿真實(shí)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(shí)現(xiàn)273.4MATLAB仿真結(jié)果273.5實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析293.6本章小結(jié)30結(jié)論31III第1章緒論1.1課題背景隨著信息技術(shù)的發(fā)展，圖像信息被廣泛應(yīng)用于多媒體通信和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，但是圖像數(shù)據(jù)的一個(gè)顯著特點(diǎn)就是信息量大。具有龐大的數(shù)據(jù)量，如果不經(jīng)過(guò)壓縮,不僅超出了計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)和處理能力,而且在現(xiàn)有的通信信道的傳輸速率下，是無(wú)法完成大量多媒體信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)?因此,為了

5、更有效的存儲(chǔ)、處理和傳輸這些圖像數(shù)據(jù),必須對(duì)其進(jìn)行壓縮,因此有必要對(duì)圖像壓縮編碼進(jìn)行研究。由于組成圖像的各像素之間,無(wú)論是在水平方向還是在垂直方向上都存在著一定的相關(guān)性，因此只要應(yīng)用某種圖像壓縮編碼方法提取或者減少這種相關(guān)性,就可以達(dá)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(guān)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(gè)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

6、樣或十分接近的,完全一樣的數(shù)據(jù)當(dāng)然可以壓縮,而十分接近的數(shù)據(jù)也可以壓縮,因?yàn)榛謴?fù)后人亦分辨不出它與原圖有什么區(qū)別,這種壓縮就是對(duì)空間冗余的壓縮。時(shí)間冗余：序列圖像(如電視圖像和運(yùn)動(dòng)圖像)和語(yǔ)音數(shù)據(jù)的前后有著很強(qiáng)的相關(guān)性,經(jīng)常包含著冗余。在播出該序列圖像時(shí),時(shí)間發(fā)生了推移,但若干幅畫面的同一部位沒(méi)有變化,變化的只是其中某些地方,這就形成了時(shí)間冗余。統(tǒng)計(jì)冗余：空間冗余和時(shí)間冗余是把圖像信號(hào)看作概率信號(hào)時(shí)所反應(yīng)出的統(tǒng)計(jì)特性，因此，這兩種冗余也被稱為統(tǒng)計(jì)冗余。編碼冗余：同樣長(zhǎng)度的編碼可以表示不同的信息。結(jié)構(gòu)冗余：相似的，對(duì)

7、稱的結(jié)構(gòu)如果都加以記錄就出現(xiàn)結(jié)構(gòu)冗余。5知識(shí)冗余：由圖像的記錄方式與人對(duì)圖像的知識(shí)差異而產(chǎn)生的冗余。人對(duì)許多圖像的理解與某些基礎(chǔ)知識(shí)有很大的相關(guān)性。許多規(guī)律性的結(jié)構(gòu)，人可以由先驗(yàn)知識(shí)和背景知識(shí)得到。而計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)圖像時(shí)還得把一個(gè)個(gè)像素信息存入，這就形成冗余。視覺(jué)冗余：視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)于圖像場(chǎng)的注意是非均勻和非線性的，視覺(jué)系統(tǒng)不是對(duì)圖像的任何變化都能感知。所謂的圖像壓縮編碼技術(shù)就是對(duì)要處理的圖像數(shù)據(jù)按一定的規(guī)則進(jìn)行變換和組合,從而達(dá)到以盡可能少的數(shù)據(jù)流(代碼)來(lái)表示盡可能多的數(shù)據(jù)信息。在眾多的圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)中，JPEG(J

8、ointPhotographicExpertsGroup)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]。在JPEG圖像壓縮算法中，一種是以離散余弦變換(DCT，DiscreteCosineTransform)為基礎(chǔ)的有損壓縮算法，另一種是以預(yù)測(cè)技術(shù)為基礎(chǔ)的無(wú)損壓縮算法。1.1.1離散余弦變換DCT變換利用