图像压缩编码实验报告.doc

图像压缩编码实验报告一、 实验目的1. 了解有关数字图像压缩的基本概念，了解几种常用的图像压缩编码方式； 2. 进一步熟悉JPEG编码与离散余弦变换（DCT）变换的原理及含义；3. 掌握编程实现离散余弦变换（DCT）变换及JPEG编码的方法；4. 对重建图像的质量进行评价。二、 实验原理1、图像压缩基本概念及原理图像压缩主要目的是为了节省存储空间，增加传输速度。图像压缩的理想标准是信息丢失最少，压缩比例最大。不损失图像质量的压缩称为无损压缩，无损压缩不可能达到很高的压缩比；损失图像质量的压缩称为有损压缩，高的压缩比是以牺牲图像质量为代价的。压缩的实现方法是对图像重新进行编码，希望用更少的数据表示图像。应用在多媒体中的图像压缩编码方法，从压缩编码算法原理上可以分为以下3类：（1）无损压缩编码种类哈夫曼（Huffman）编码，算术编码，行程（RLE）编码，Lempel zev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(forward discrete cosine transform，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)3、 实验步骤1. 实验一代码 %图像压缩编码IM = imread(C:UserslmengDesktopdongman.jpg)I = rgb2gray(IM); % 将彩色图灰度化I1 = im2double(I); % 图像存储类型转换T = myDCT(8); % 使用由函数dctmtx返回的DCT变换矩阵，dctmtx的调用格式为 % 产生二维DCT变换矩阵L = blkproc(I1,8 8,P1*x*P2,T,T); % 继而利用blkproc函数完成分块操作 % 计算二维DCT，矩阵T及其转置T是DCT函数P1*x*P2的参数 % 完成对每个子块的DCT变换Mask= 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0; %二值掩膜，用来压缩DCT系数，只留下DCT系数中左上角的10个L2=blkproc(L,8 8,P1.*x,Mask); % 去除每个字块中的多余交流分量系数I2=blkproc(L2,8 8,P1*x*P2,T,T);imwrite(I2,after.jpg)figure;subplot(121),imshow(I1),title(原图);subplot(122),imshow(I2),title(压缩后的图像1);ee=myee(I1,I2); %新旧图像的均方误差 结果如下 分析评价：新旧图像均方误差为0.0035均方根误差为 0.05916压缩成度为勉强2、 实验二代码 %图像压缩编码IM = imread(C:UserslmengDesktopdongman.jpg)I = rgb2gray(IM); % 将彩色图灰度化I1 = im2double(I); % 图像存储类型转换N = 512; %划分后子块的大小T = myDCT(N); % 使用由函数dctmtx返回的DCT变换矩阵，dctmtx的调用格式为 % 产生二维DCT变换矩阵L = blkproc(I1,N N,P1*x*P2,T,T); % 继而利用blkproc函数完成分块操作 % 计算二维DCT，矩阵T及其转置T是DCT函数P1*x*P2的参数 % 完成对每个子块的DCT变换Mask=zeros(N,N);n = 1; %第一行保存分量的个数，呈下三角形，且有n=Nfor i=1:nMask(i,1:n-i+1)=1;end %二值掩膜，用来压缩DCT系数，只留下DCT系数中左上角的1个L2=blkproc(L,N N,P1.*x,Mask); % 去除每个字块中的多余交流分量系数I2=blkproc(L2,N N,P1*x*P2,T,T);imwrite(I2,after.jpg)figure;subplot(121),imshow(I1),title(原图);subplot(122),imshow(I2),title(压缩后的图像2);ee=myee(I1,I2); %新旧图像的均方误差结果：分析：新旧图像均方误差为0.0352均方根误差为0.18762结果不可用3、 实验三代码%图像压缩编码IM = imread(C:UserslmengDesktopdongman.jpg)I = rgb2gray(IM); % 将彩色图灰度化I1 = im2double(I); % 图像存储类型转换N = 512; %划分后子块的大小T = myDCT(N); % 使用由函数dctmtx返回的DCT变换矩阵，dctmtx的调用格式为 % 产生二维DCT变换矩阵L = blkproc(I1,N N,P1*x*P2,T,T); % 继而利用blkproc函数完成分块操作 % 计算二维DCT，矩阵T及其转置T是DCT函数P1*x*P2的参数 % 完成对每个子块的DCT变换Mask=zeros(N,N);n = 62; %第一行保存分量的个数，呈下三角形，且有n=Nfor i=1:nMask(i,1:n-i+1)=1;end %二值掩膜，用来压缩DCT系数，只留下DCT系数中左上角的1个L2=blkproc(L,N N,P1.*x,Mask); % 去除每个字块中的多余交流分量系数I2=blkproc(L2,N N,P1*x*P2,T,T);imwrite(I2,after.jpg)figure;subplot(121),imshow(I1),title(原图);subplot(122),imshow(I2),title(压缩后的图像3);ee=myee(I1,I2); %新旧图像的均方误差结果：分析：新旧图像均方误差为0.0032均方根误差：0.05656结果为勉强