实验三、图像压缩编码技术

太原理工大学现代科技学院实验报告太原理工大学现代科技学院数字图像处理课程实验报告专业班级测控14-4学号2014101874姓名杨东倡指导教师刘帆太原理工大学现代科技学院实验报告实验名称实验三、图像压缩编码技术同组人专业班级测控14-4姓名杨东倡学号2014101874成绩实验三、图像压缩编码技术一、实验目的1、理解有损压缩和无损压缩的概念；2、理解图像压缩的主要原则和目的；3、了解几种常用的图像压缩编码方式；4、利用MATLAB程序进行图像压缩编码。二、实验原理1、图像压缩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。信息的冗余量有许多种，如空间冗余，时间冗余，结构冗余，知识冗余，视觉冗余等，数据压缩实质上是减少这些冗余量。高效编码的主要方法是尽可能去除图像中的冗余成分，从而以最小的码元包含最大的图像信息。编码压缩方法有许多种，从不同的角度出发有不同的分类方法，从信息论角度出发可分为两大类。（1）冗余度压缩方法，也称无损压缩、信息保持编码或熵编码。具体说就是解码图像和压缩编码前的图像严格相同，没有失真，从数学上讲是一种可逆运算。（2）信息量压缩方法，也称有损压缩、失真度编码或烟压缩编码。也就是说解码图像和原始图像是有差别的，允许有一定的失真。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，Lempelzev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。有JBIG，H.261，JPEG，MPEG等技术标准。本实验主要利用MATLAB程序进行赫夫曼（Huffman）编码和行程编码（RunLengthEncoding，RLE）。三、实验内容1、实现基本JPEG的压缩和编码分三个步骤：（1）首先通过DCT变换去除数据冗余；（2）使用量化表对DCT系数进行量化；（3）对量化后的系数进行Huffman编码。……………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………………………太原理工大学现代科技学院实验报告四、实验步骤1打开计算机，启动MATLAB程序；2选择一幅图像，并进行赫夫曼和行程编码压缩处理；3将原图像在Photoshop软件中打开，分别以不同的位图文件格式进行“另保存”，比较它们的数据量。4记录和整理实验报告clearloadwoman;%X=imread('girl.bmp','bmp');data=uint8(X);[zipped,info]=huffencode(data);unzipped=huffdecode(zipped,info,data);subplot(121);imshow(data);subplot(122);imshow(unzipped);erms=compare(data(:),unzipped(:))cr=info.ratiowhosdataunzippedzippedfunction[zipped,info]=huffencode(vector)if~isa(vector,'uint8')error('inputargumentmustbeauint8vector');end[m,n]=size(vector);vector=vector(:)';f=frequency(vector);symbols=find(f~=0);f=f(symbols);[f,sortindex]=sort(f);symbols=symbols(sortindex);len=length(symbols);symbols_index=num2cell(1:len);codeword_tmp=cell(len,1);whilelength(f)1index1=symbols_index{1};index2=symbols_index{2};codeword_tmp(index1)=addnode(codeword_tmp(index1),uint8(0));codeword_tmp(index2)=addnode(codeword_tmp(index2),uint8(1));f=[sum(f(1:2))f(3:end)];symbols_index=[{[index1,index2]}symbols_index(3:end)];[f,sortindex]=sort(f);symbols_index=symbols_index(sortindex);endcodeword=cell(256,1);codeword(symbols)=codeword_tmp;len=0;……………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………………………太原理工大学现代科技学院实验报告forindex=1:length(vector)len=len+length(codeword{double(vector(index))+1});endstring=repmat(uint8(0),1,len);pointer=1;forindex=1:length(vector)code=codeword{double(vector(index))+1};len=length(code);string(pointer+(0:len-1))=code;pointer=pointer+len;endlen=length(string);pad=8-mod(len,8);ifpad0string=[stringuint8(zeros(1,pad))];endcodeword=codeword(symbols);codelen=zeros(size(codeword));weights=2.^(0:23);maxcodelen=0;forindex=1:length(codeword)len=length(codeword{index});iflenmaxcodelenmaxcodelen=len;endiflen0code=sum(weights(codeword{index}==1));code=bitset(code,len+1);codeword{index}=code;codelen(index)=len;endendcodeword=[codeword{:}];cols=length(string)/8;string=reshape(string,8,cols);weights=2.^(0:7);zipped=uint8(weights*double(string));huffcodes=sparse(1,1);forindex=1:nnz(codeword)%length(codeword)%numel(codeword)huffcodes(codeword(index),1)=symbols(index);endinfo.pad=pad;info.huffcodes=huffcodes;info.ratio=cols./length(vector);info.length=length(vector);……………………………………装………………………………………订…………………………………………线……………………………………………………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………………………太原理工大学现代科技学院实验报告info.maxcodelen=maxcodelen;info.rows=m;info.cols=n;functionvector=huffdecode(zipped,info,image)if~isa(zipped,'uint8')error('inputargumentmustbeauint8vector');endlen=length(zipped);string=repmat(uint8(0),1,len.*8);bitindex=1:8;forindex=1:lenstring(bitindex+8.*(index-1))=uint8(bitget(zipped(index),bitindex));endstring=logical(string(:)');len=length(string);string((len-info.pad+1):end)=[];len=length(string);weights=2.^(0:51);vector=repmat(uint8(0),1,info.length);vectorindex=1;codeindex=1;code=0;forindex=1:lencode=bitset(code,codeindex,string(index));codeindex=codeindex+1;byte=decode(bitset(code,codeindex),info);ifbyte0vector(vectorindex)=byte-1;codeindex=1;code=0;vectorindex=vectorindex+1;endendvector=reshape(vector,info.rows,info.cols);functioncodeword_new=addnode(codeword_old,item)codeword_new=cell(size(codeword_old));forindex=1:length(codeword_old)codeword_new{index}=[itemcodeword_old{index}];end太原理工大学现代科技学院实验报告functionf=frequency(vector)if~isa(vector,'uint8')error('inputargumentmustbeauint8vector');endf=repmat(0,1,256);len=length(vector);forindex=0:255f(index+1)=sum(vector==uint8(index));endf=f./len;functionbyte=decode(code,info)byte=info.huffcodes(code);functionerms=compare(f1,f2)e=double(f1)-double(f2);[m,n]=size(e);erms=sqrt(sum(e(:).^2)/(m*n));iferms~=0emax=max(abs(e(:)));[h,x]=hist(e(:));iflength(h)=1figure(4)bar(x,h,'k');e=mat2gray(e,[-emax,emax]);figure(5);imshow(e);endend……………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………………………太原理工大学现代科技学院实验报告……………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………………………太原理工大学现代科技学院实验报告……………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………………………太原理工大