JPEG圖像壓縮實驗

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1、通信技術(shù)綜合實驗指導(dǎo)書JPEG靜態(tài)圖像壓縮實驗指導(dǎo)書一、實驗?zāi)康?.了解多媒體通信中圖像壓縮技術(shù)2.熟悉JPEG圖像壓縮編碼過程3.掌握二維DCT變換算法二、實驗原理JPEG(JointPhotographicExpertsGroup)是一個由ISO和ITU-T兩個組織機構(gòu)聯(lián)合組成的一個圖像專家小組，負責(zé)制定靜態(tài)的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)，這個專家組開發(fā)的算法稱為JPEG算法，并且成為國際上通用的標(biāo)準(zhǔn)。JPEG是一個適用范圍很廣的靜態(tài)圖像數(shù)據(jù)壓縮標(biāo)準(zhǔn)，既可用于灰度圖像又可用于彩色圖像。JPEG不僅適于靜止圖像的壓縮，電視圖像的幀內(nèi)圖像的壓縮編碼，也常采用此

2、算法。JPEG標(biāo)準(zhǔn)定義了多種工作模式，其中最基本的是基于8×8塊的DCT順序編碼，將一幀圖像分為8×8的塊，然后按照從左至右、自上而下的順序，對塊進行DCT、量化和熵編碼。其編、解碼框圖如下：FDCT熵編碼器量化表熵編碼表壓縮圖像數(shù)據(jù)源圖像數(shù)據(jù)基于DCT的編碼器圖像子塊量化器圖1基于DCT的順序編碼框圖DCT解碼器IDCT逆量化器熵解碼器量化表熵編碼表壓縮圖像數(shù)據(jù)重構(gòu)圖像數(shù)據(jù)圖2基于DCT的順序解壓縮框圖10西南科技大學(xué)信息工程學(xué)院通信技術(shù)綜合實驗指導(dǎo)書JPEG壓縮編碼算法的主要計算步驟：1)正向離散余弦變換(FDCT)。2)量化(quantization

3、)。3)Z字形編碼(zigzagscan)。4)使用差分脈沖編碼調(diào)制(differentialpulsecodemodulation，DPCM)對直流系數(shù)(DC)進行編碼。5)使用行程長度編碼(run-lengthencoding，RLE)對交流系數(shù)(AC)進行編碼。6)熵編碼(entropycoding)。一、實驗內(nèi)容按照上述壓縮過程實現(xiàn)一幅圖像的壓縮，生成符合JPEG標(biāo)準(zhǔn)的圖像文件JPEG圖像編碼流程如下：輸入原圖像8×8二維FDCT變換量化DC系數(shù)差分編碼AC系數(shù)游程編碼熵編碼生成JPEG壓縮文件文件保存輸入原圖像8×8二維IDCT變換逆量化DC系數(shù)

4、解碼AC系數(shù)解碼碼熵解碼讀取JEPG文件JIEPEIGJPEGWENJIAN表說明量化表圖3JPEG圖像編碼流程1.DCT變換對8×8的圖像數(shù)據(jù)塊進行二維DCT10西南科技大學(xué)信息工程學(xué)院通信技術(shù)綜合實驗指導(dǎo)書的變換，把能量集中在少數(shù)幾個系數(shù)上，從而達到數(shù)據(jù)壓縮的目的。：DCT變換公式:DCT反變換公式：其中：二維DCT變換可以分解為行和列的一維DCT變換的組合運算，也可將8×8的塊分為更小的子塊，直接對二維數(shù)據(jù)進行2維快速余弦變換。1.量化量化表達式為：其中T(u，v)是推薦的量化矩陣，詳見附錄1量化矩陣表2.熵編碼JPEG標(biāo)準(zhǔn)中熵編碼對直流DC系數(shù)和交

5、流AC系數(shù)分別采用不同的壓縮編碼算法1）DC系數(shù)編碼：JEPG把所有子塊的DC系數(shù)集合在一起，采用差分編碼的方法表示。編碼步驟為：a）將初始值設(shè)為128，對相鄰塊的DC系數(shù)F(0,0)進行差分運算b）將差分值改寫為[size,value](尺寸，幅值)的符號對。尺寸取2的對數(shù)加1c）按照表2、3對該符號對進行編碼2）AC系數(shù)編碼AC系數(shù)編碼步驟為：a）以塊為單位，從AC01開始對塊內(nèi)的量化數(shù)據(jù)進行Z形行程掃描，記錄兩個非零值的大小和其間連續(xù)零的個數(shù)b）將掃描結(jié)果改寫為[RunLength，level](行程、幅度)的符號對，10西南科技大學(xué)信息工程學(xué)院通信

6、技術(shù)綜合實驗指導(dǎo)書其中RunLength代表該非零值和它前一個值之間0的個數(shù)，以(EOB)表示塊結(jié)束。a）按照表3對上述的符號對進行編碼。若符號在表中查不到對應(yīng)碼字，用ESC碼表示，然后按表4，5對RunLength和level進行編碼。2.對編碼后的圖像數(shù)據(jù)進行解碼，與原始圖像數(shù)據(jù)進行比較。二、實驗要求1.根據(jù)實驗內(nèi)容要求編寫編解碼程序，所用編程語言自選。可以參考實驗室提供的范例程序，并充分發(fā)揮你的創(chuàng)造性，寫出有自己特色的程序。2.生成JPEG格式的壓縮文件，可用第三方軟件打開，由指導(dǎo)教師驗證通過3.實驗完成后提交完整源程序，并在關(guān)鍵處加上詳細批注。4.

7、撰寫實驗報告，實驗報告要求詳細介紹你實現(xiàn)的功能，設(shè)計思想，并根據(jù)思考題進行分析。三、樣本程序說明實驗室提供一個BC編寫的樣本程序，供大家參考。見“JPEG實驗”文件夾，各文件功能說明如下：1)JPEG壓縮程序：gendat.exe2)為壓縮后的數(shù)據(jù)加上JPEG文件頭的程序genjpg.exe3)解JEPG壓縮程序extrdat.exe其中：（1）的輸入?yún)⒘渴切枰傻膲嚎s文件的名字。主程序流程為：a)程序初始化，讀取文件名稱、原始圖像數(shù)據(jù)等基本數(shù)據(jù)；b)從AC.TAB和DC.TAB兩個文件生成AC表和DC表，存入數(shù)組c)以8×8為樣本單位進行DCT變換d)

8、以8×8為樣本單位進行量化e)以8×8為樣本單位進行Z形掃描f)以