图像压缩编码系统

新疆大学毕业论文(设计)题目：图像压缩编码系统（MATLAB）版学生姓名：王丽梅学生学号：20060803207所属院系：数学与系统科学学院专业：信息与计算科学班级：2006--1班指导教师:艾斯卡尔﹒肉孜完成日期:2010年5月28日图像压缩编码系统（MATLAB版）I声明本人郑重声明该毕业论文（设计）是本人在艾斯卡尔老师指导下独立完成的，本人拥有自主知识产权，没有抄袭、剽窃他人成果，由此造成的知识产权纠纷由本人负责。声明人（签名）：年月日王丽梅同学在本人的指导下，按照任务书的要求，独立完成了该毕业论文（设计），本人已经详细审阅了该毕业论文（设计）。指导教师（签名）：年月日图像压缩编码系统（MATLAB版）II新疆大学毕业论文（设计）任务书班级：信息与计算科学06-1姓名：王丽梅设计（论文）题目：图像压缩编码系统（MATLAB版）专题：理论研究设计（论文）来源：指导教师指定要求完成的内容：学习图像压缩的知识，运用matlab编程实现图像的压缩，并且将压缩编码解码，对比压缩效果，并能在已有的知识上进行创新发题日期：2010年3月10日完成日期：2010年5月28日实习单位：数学学院地点：数学学院论文页数：23页；图纸张数：28页指导教师：教研室主任：院长（系主任）：图像压缩编码系统（MATLAB版）III摘要图像压缩技术在现在并不是一个全新的技术，而是发展得比较完善了，并且它有很强的实用性，运用在很多领域上。本文介绍了图像压缩的目的和压缩的本质。由于压缩的方法很多，本文仅介绍了两种常用的算法，即哈夫曼算法和行程编码算法。这两种算法都是利用统计的方法，将原图像中的灰度级用新的编码替代，从而达到压缩的目的。当然，仅仅是编码是没有意义的，因此，本文也简单的介绍了解码的过程，并将解码后的结果与原图作了对比。需要说明的是，这里的解码仅仅是粗糙的过程，在实际运用中，还要进行更多的处理。关键词：图像压缩，哈夫曼编码算法，行程编码，统计，解码ABSTRACTImagecompresstechnologyisnotanewtechnologynow,butitisdevelopedcompletelybetter.Anditisveryavailableandappliedinmanyfields.Thisarticleintroducesthepurposeofimagecompressandtheessenceofcompress.Becausetherearemanycompressionmethods,thisarticleonlydescribestwocommonlyusedalgorithms,thatHuffmancodingalgorithmandrunlengthencoding.Boththetwoalgorithmsareusingstatisticalmethodstomaketheoriginalgray-levelimagecodingbeinsteadofthenewcodingtoachievethepurposeofcompression.Ofcourse,it’snotmeaningfultocompressonly.Thus,wesimplyintroducetheprocessofthedecoding,andcomparetheoldpicturewiththeresultofdecoding.Beexplainedthat,wheretheprocessofdecodingisonlyrough,inpracticaluse,butalsoformoreprocessing.Keywords:picturecompress,Huffmancodingalgorithm，runlengthencoding，statistic，decoding图像压缩编码系统（MATLAB版）IV目录1前言.....................................................................11.1图像压缩的原因.......................................................11.2压缩的本质...........................................................11.3图像压缩的应用.......................................................12图像压缩的基本原理.......................................................22.1图像压缩的根据.......................................................22.2数据冗余的类型.......................................................22.3图像压缩的分类.......................................................22.4图像压缩后的处理.....................................................43哈夫曼编码...............................................................53.1哈弗曼编码具体算法...................................................53.2哈弗曼编码过程简述...................................................73.3哈夫曼算法的MATLAB实现..............................................73.3.1彩色图像的相关说明...............................................73.3.2算法流程.........................................................83.3.3程序及详细注解...................................................83.3.4最终的结果......................................................133.3.5哈夫曼编码解码..................................................133.3.6哈夫曼算法的分析说明............................................143.3.7哈夫曼算法的改进................................................154行程编码................................................................164.1图像编码必要性......................................................164.2行程编码介绍........................................................164.3行程编码的实现......................................................164.3.1算法流程........................................................164.3.2行程编码算法的MATLAB实现.......................................174.3.3行程编码最终结果................................................184.3.4行程编码解码....................................................194.3.5行程编码分析说明................................................205总结....................................................................21参考文献....................................................................22致谢........................................................................23图像压缩编码系统（MATLAB版）11前言1.1图像压缩的原因在介绍图象的压缩编码之前，先考虑一个问题：为什么要压缩？因为图像信息的数据量实在是很大。如今在Internet上，浏览图像信息的方式是(WorldWideWeb)，尽管漂亮，但是也带来了一个问题：图像信息的数据量太大了，本来就已经非常紧张的网络带宽变得更加不堪重负，使得WorldWideWeb变成了WorldWideWait。大数据量的图像信息会给存储器的存储容量，通信干线信道的带宽，以及计算机的处理速度增加极大的压力。单纯靠增加存储器容量，提高信道带宽以及计算机的处理速度等方法来解决这个问题是不现实的，这时就要考虑压缩。因此,压缩的最终目的就是便于存储和传输。1.2压缩的本质压缩的理论基础是信息论。从信息论的角度来看，压缩就是去掉信息中的冗余，即保留不确定的信息，去掉确定的信息(可推知的)，也就是用一种更接近本质的描述来代替原有冗余的描述。这个本质的东西就是信息量(即不确定因素)。1.3图像压缩的应用图像压缩一般通过改变图像的表示方式来达到，因此压缩和编码是分不开的。图像压缩的主要应用是图像信息的传输和存储，可广泛地应用于广播电视、电视会议、计算机通讯、传真、多媒体系统、医学图象、卫星图像等领域。图像压缩编码系统（MATLAB版）22图像压缩的基本原理2.1图像压缩的根据图像能够被压缩,是因为原始图像的数据量远远大于它所提供的有效信息量。也就是说原始的图像数据文件包含大量的冗余信息和不相干的信息。冗余信息是重复出现在的信息，它的删除对原始信息并没有损失。不相干的信息的删除对原始信息有一定的影响，但在限制条件下不会影响信息内容的理解。但通常不必准确区别这两个概念。只删除冗余信息的算法被称为“无损压缩”，它可以完全恢复原文件，但其压缩比率会降低；不干信息的算法被称为“有损压缩”，它只能近似的恢复原文件，它的压缩比率比较高。如果用n1表示一副原图的数据量，n2表示压缩后的数据量，压缩率Cr定义为：Cr=n1/n2,冗余量Rd=1-1/Cr。2.2数据冗余的类型1)编码冗余对图像编码时须建立数据与编码的对应关系。图像的每个灰度值对应一个码字。下面我们讲的哈夫曼算法和行程编码算法都是利用编码冗余做的。2)像素间冗余它指的是像素灰度级间具有的相关性。它包括以下三种形式：（1）空间冗余：是指在一副图像内，物体和背景的表面物理特性各自具有很强的相关性。（2）时间冗余：序列图像间存在明显的相关性。（3）结构冗余：有的图像构成非常规则，如纹理结构在人造图像中经常出现，如果能找到纹理基元，就可以通过仿射变换生成图像的其他部分。（4）知识冗余：人类拥有的知识也可以用于图像编码系统的设计，如人脸具有固定结构，只是不同的人在局部的表达不同而已。3)心理视觉冗余我们的视觉系统具有非线性、非均匀性特点，对图像上呈现的信息具有不同的分辨率。也就是说很多图像间的微小变化人眼察觉不到，这部分可以认为是心理