【正文】 另一方面，圖像數(shù)據(jù)中確實(shí)存在大量的冗余數(shù)據(jù)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 ，人們對壓縮率的要求越來越高，現(xiàn)在出現(xiàn)了更多的編碼方法，主要有KTL 編碼，分形編碼，模型編碼，子帶編碼，基于小波的編碼等。 （ 4）從客觀和主觀兩個(gè)方面來評定上述幾種編碼方式的優(yōu)劣。 工作的重點(diǎn)是研究各種編碼算法具體實(shí)現(xiàn)圖像壓縮是的優(yōu)劣，具體從圖像編碼前后的質(zhì)量對比以及實(shí)現(xiàn)壓縮所需要的時(shí)間兩個(gè)方面進(jìn)行比較。 從技術(shù)革命的方向， Kunt 提出過第一代、第二代圖像編碼的概念，他把 1948年－ 1988年這 40 年中研究的基于去除冗余度的編碼方法稱為第一代編碼，如 PCM、 DPCM、 DM、亞取樣編碼法等，變換領(lǐng)域的 DFT、 DCT、沃爾什－哈達(dá)瑪（ DWHT）變換編碼等，以及以此為基礎(chǔ)的混合編碼法均屬于經(jīng)典的第一代編碼法 【 4】 。只要能夠找到改變概率分布不均勻性和去除相關(guān)性的相關(guān)方法和手段，就可以有效的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的編 碼。 圖像編碼的目的是為了減少原始數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量，即以最少的比特?cái)?shù)來表示原來的圖像，同時(shí)又要能保持原圖像的質(zhì)量，滿足設(shè)定的要求 [2]。數(shù)字圖像編碼技術(shù)被廣泛應(yīng)用到多媒體、通訊、醫(yī)學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域，在未來的科技領(lǐng)域，它必然具有強(qiáng)大的生命力和無限的發(fā)展空間。matlab； Huffman coding； arithmetic coding； DPCM coding. 目錄 1 緒論 .............................................. 1 圖像編碼的研究意義 ................................ 1 圖像編碼的研究現(xiàn)狀和發(fā)展 .......................... 1 本課題的主要工作 .................................. 1 2 圖像編碼概述 ...................................... 2 圖像編碼的必要性和可能性 .......................... 2 圖像編碼方法分類 .................................. 3 圖像編碼質(zhì)量的評價(jià) ................................ 4 圖像質(zhì)量的客觀評價(jià) ........................... 4 圖像質(zhì)量評價(jià)的主觀準(zhǔn)則 ....................... 5 .................. 6 霍夫曼編碼 ........................................ 6 霍夫曼編碼的基本原理 .............................. 6 霍夫曼編碼的實(shí)現(xiàn)過程 .............................. 7 霍夫曼編碼的實(shí)現(xiàn)及評價(jià) ............................ 8 編碼結(jié)果 ..................................... 8 霍夫曼編碼的客觀評價(jià) ......................... 9 霍夫曼編碼的主觀評價(jià) ......................... 9 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 ................................. 9 與實(shí)現(xiàn)及其性能對比 ................... 10 算術(shù)編碼 ......................................... 10 算術(shù)編碼的基本原理 ............................... 10 算術(shù)編碼的實(shí)現(xiàn)過程 ............................... 11 算術(shù)編碼的實(shí)現(xiàn)及評價(jià) ............................. 12 編碼結(jié)果 .................................... 12 算術(shù)編碼的客觀評價(jià) .......................... 13 算術(shù)編碼主觀評價(jià) ............................ 13 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 ................................ 13 ................... 13 DPCM 編碼 ........................................ 13 DPCM 編碼的基本原理 .............................. 14 DPCM 編碼的實(shí)現(xiàn)過程 .............................. 15 DPCM 編碼的實(shí)現(xiàn)及評價(jià) ............................ 18 編碼結(jié)果 .................................... 18 的客觀評價(jià) .............................. 18 的主觀評價(jià) .............................. 19 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 ................................ 19 ............................................ 19 致謝 ................................................... 20 附錄 A 英文文獻(xiàn)原文 ..................................... 36 附錄 B 英文文獻(xiàn)翻譯 ..................................... 36 附錄 C 源程序 ........................................... 49 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 頁 共 56 頁 1 緒論 圖像編碼的研究意義 以通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)為主的信息技術(shù)高速發(fā)展，信息技術(shù)的廣泛使用正在悄悄改變著人們的生活和生產(chǎn)方式?；舴蚵幋a 。 指導(dǎo)教師簽名 陳莉 專業(yè)負(fù)責(zé)人簽名 熊曉軍王戰(zhàn)備 學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)簽名 批準(zhǔn)日期 20200111 圖像編碼技術(shù)研究 任蕾 （陜西理工學(xué)院 物理與電信工程學(xué)院 通信工程專業(yè) 通信 1102班，陜西 漢中 723003） 指導(dǎo)教師：陳莉 [摘要 ]圖像編碼是指在滿足一定質(zhì)量（信噪比的要求或主觀評價(jià)得分）的條件下，以較少比特?cái)?shù)表示圖像或圖像中所包含信息的技術(shù)。 47周：研究現(xiàn)有圖像預(yù)測編碼、變換域編碼，對編碼的算法作詳細(xì)研究整理。首先 ,對經(jīng)過高精度模 數(shù)變換的原始數(shù)字圖像進(jìn)行去相關(guān)處理，去除信息的冗余度；然后，根據(jù)一定的允許失真要求，對去相關(guān)后的信號編碼即重新碼化。這一典型的數(shù)字化過程大大增加對傳輸信道容量的要求。因此，在圖像數(shù)字化的同時(shí)，往往必須進(jìn)行頻帶壓縮。一般用線性預(yù)測和正交變換 進(jìn)行去相關(guān)處理；與之相對應(yīng)，圖像編碼方案也分成預(yù)測編碼和變換域編碼兩大類。 811周：對現(xiàn)有的編碼算法在 MATLAB下仿真驗(yàn)證。本文研究了霍夫曼編碼、算術(shù)編碼、 DPCM 編碼的數(shù)學(xué)模型、原理，對這幾種編碼算法進(jìn)行詳細(xì)描述比較。算術(shù) 編碼 。在未來的信息世界中 ，大部分的信息是以數(shù)字化的方式來表示、存儲和傳輸?shù)模谶@些數(shù)字化信息中絕大部分是圖像信息。圖像編碼不僅是各種媒體壓縮和傳輸?shù)幕A(chǔ)，也 是影響媒體壓縮效果好壞的關(guān)鍵因素 [1]。編碼減少了數(shù)據(jù)的存儲空間，這樣無論是在數(shù)據(jù)傳輸還是在數(shù)據(jù)處理的時(shí)候都會給我們帶來非常大的便利。 圖像編碼是信源編碼的一種，但是它真正作為一種科學(xué)研究，僅僅只有六十年左右 [3]。第二代編碼方法多是 80年代以后提出的新的編碼方法，如金字塔編碼、分形編碼、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的編碼、小波變換編碼、模型基編碼、分形壓縮等。 為了實(shí)現(xiàn)以上目標(biāo)，本文主要做了以下的工作： （ 1）編譯合適的程序，對于每種編碼算法都編譯對應(yīng)的壓縮程序，以期 達(dá)到良好的壓縮效果，為以后評比個(gè)壓縮編碼算法的優(yōu)劣做準(zhǔn)備。 2 圖像編碼概述 在 20 世紀(jì) 30～ 40 年代開始 慢慢了 形成圖像編碼的理論， 1948 年香農(nóng)提出能使 信源與信道匹配的香農(nóng)編碼， 1949 年香農(nóng)在《有噪聲時(shí)的通信》一文中提出了信道容量的概念和信道編碼定理，為信道編碼奠定了理論基礎(chǔ)。 圖像編碼的必要性和可能性 一方面，近年來計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)和和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展為多媒體的發(fā)展創(chuàng)造了優(yōu)越的條件，多媒體已經(jīng)被人們廣泛的應(yīng)用于生活的各個(gè)領(lǐng)域。一般情況下，圖像數(shù)據(jù)中可能存在著以下幾種冗余 [7]： 空間冗余（像素間冗余、幾何冗余）：這種冗余常常出現(xiàn)在圖像數(shù)據(jù)當(dāng)中。 結(jié)構(gòu)冗余：有些圖像存在較強(qiáng)的紋理結(jié)構(gòu)，如墻紙、草席等圖像，稱之存在結(jié)構(gòu)冗余。去除冗余數(shù)據(jù)能夠節(jié)省存儲和傳輸中的數(shù)據(jù)，同時(shí)又不會損壞圖像信源的有效信息。圖像編碼主要就是研究壓縮數(shù)碼率 [9]。 圖像編碼方法 分類 1948 年，奧立弗提出了第一個(gè)編碼理論 脈沖編碼調(diào)制（ Pulse Coding Modulation,PCM） 。 PCM 只是將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，沒有對信號進(jìn)行任何壓縮 [10]。 霍夫曼編碼 算術(shù)編碼 行程編碼 Lempel zev 編碼 ②有損壓縮編碼種類 預(yù)測編碼： DPCM，運(yùn)動補(bǔ)償 頻率域方法：正交變換編碼（如 DCT），子帶編碼 空間域方法：統(tǒng)計(jì)分塊編碼，模型基編碼 基于重要性：濾波，子采樣，比特分配，向量量化 ③混合編碼 有 JBIG， H261， JPEG， MPEG，小波等技術(shù)?；蛘咧辽偈菢O相似地找到相當(dāng)?shù)膶?yīng)關(guān)系 ,并且這種關(guān)系還可以讓編解碼之后的圖像沒有很強(qiáng)的失真。 變換編碼 所謂的變換編碼就是把圖像中的時(shí)域信號放到頻域信號當(dāng)中進(jìn)行編碼。常用的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)有兩種：一種是客觀準(zhǔn)則；另一種是主觀準(zhǔn)則。為了得到更加精確的數(shù)據(jù)，可以利用偶然誤差的高斯定理，當(dāng)一組測量值的標(biāo)準(zhǔn)誤差為σ時(shí)，則其中的任何一個(gè)測量值的誤差ε有 %的可能性是在（－σ，＋σ）區(qū)間內(nèi)。由于每個(gè)人的審美還有觀感不一樣，所以就利用多數(shù)人的態(tài)度，讓很多人去看同一張圖片，讓其打分。 本文就采用客觀準(zhǔn)則和主觀準(zhǔn)則這兩種準(zhǔn)則來評價(jià)編碼圖像前后的質(zhì)量。 ①霍夫曼編碼的基本步驟 霍夫曼編碼是一種無損編碼方法，其一般算法如下： （ 1）首先統(tǒng)計(jì)信源中各信息出現(xiàn)的概率，按信息出現(xiàn)的概率從大到小排序； （ 2）將兩個(gè)最小的概率相加成新的概率，于是剩余的概率就組成新的概率集合； （ 3）對這 個(gè)新組成的概率集合又重新排序，再次把其中兩個(gè)最小的概率相加，組成了新的概率集合。 霍夫曼編碼的結(jié)果不等長，硬件實(shí)現(xiàn)有相當(dāng)大的困難，而且誤碼傳播嚴(yán)重。從圖中可以看到，符號只能出現(xiàn)在樹葉上，且任何一個(gè)字符的路徑都不允許是另一個(gè)字符路徑的前綴路徑，這樣，前綴編碼就構(gòu)造成功了。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7 頁 共 56 頁 圖 霍夫曼編碼實(shí)例 在實(shí)際應(yīng)用中，由于在霍夫曼編碼之前需要知道信源數(shù)據(jù)符號（葉節(jié)點(diǎn)）的概率，給那些要求做實(shí)時(shí)編碼的任務(wù) 帶來了麻煩。 ② 統(tǒng)計(jì)圖像顏色的種數(shù)。然后將字符 0，賦給最后一行的第一小段，再將字符 1，賦給最后一行的第二小段，在 M 矩陣中，由于每一行的最后兩個(gè)數(shù)，都是這一行中概率最小的兩個(gè)數(shù)，所以將倒數(shù)第二行的最后兩個(gè)數(shù)進(jìn)行相加，然后用相加的結(jié)果到倒數(shù)第一行中去尋找，肯定會在倒數(shù)第一行中找到一樣的值，然后記錄下來在倒數(shù)第一行中這個(gè)值的位置，再將這個(gè)在 M 矩陣中的位置對應(yīng)到 N 矩陣中，將 N 矩陣中的該位置的字符賦給倒數(shù)第二行的第二小段和第三小段，最后在給 第二小段的后面賦字符 0，給第三小段后面賦字符 1，然后將在最后一行找到的那個(gè)數(shù)的左邊的數(shù)，一一對應(yīng)到上一行去，右邊的數(shù)，向左串一位，再對應(yīng)到上一行去，這樣依此類推，那么在 N 矩陣的第一行，可以得到最后陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 8 頁