【正文】 ........................................................................19參 考 文 獻(xiàn) ............................................................................................................20致 謝 ......................................................................................................................21附 錄： ...................................................................................................................22畢業(yè)論文 0 第一章 前 言 課題研究的背景 隨著信息技術(shù)的發(fā)展，圖像信息被廣泛應(yīng)用于多媒體通信和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，但是圖像數(shù)據(jù)的一個(gè)顯著特點(diǎn)就是信息量大。為此從眾多的圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)中選取了基于 DCT 變換的 JPEG 圖像壓縮編碼算法進(jìn)行研究，并通過對比分析各種軟件特性選取了 MATLAB 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真。首先說明了圖像壓縮在現(xiàn)代通信中的必要性和可行性，然后講述了 MATLAB及其圖像處理工具箱的相關(guān)知識，并對基于 DCT 變換的 JPEG 圖像壓縮算法進(jìn)行了詳細(xì)的研究，重點(diǎn)介紹了 JPEG 壓縮編碼的具體過程和方法 ,詳細(xì)介紹了編碼中 DCT 變換、量化、熵編碼和霍夫曼編碼等模塊的原理和數(shù)學(xué)推導(dǎo)以及各模塊的功能分析。具有龐大的數(shù)據(jù)量，如果不經(jīng)過壓縮,不僅超出了計(jì)算機(jī)的存儲和處理能力,而且在現(xiàn)有的通信信道的傳輸速率下，是無法完成大量多媒體信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)?因此,為了更有效的存儲、處理和傳輸這些圖像數(shù)據(jù),必須對其進(jìn)行壓縮,因此有必要對圖像壓縮編碼進(jìn)行研究。在 JPEG 圖像壓縮算法中，一種是以離散余弦變換(DCT，Discrete Cosine Transform)為基礎(chǔ)的有損壓縮算法，另一種是以預(yù)測技術(shù)為基礎(chǔ)的無損壓縮算法。變換編碼就是將圖像光強(qiáng)矩陣(時(shí)域信號)變換到系數(shù)空間(頻域信號)上進(jìn)行處理的方法。而且大部分能量集中在少數(shù)的系數(shù)上，因此，DCT 變換在圖像壓縮中非常有用，是有損圖像壓縮國際標(biāo)準(zhǔn) JPEG 的核心。對于一般的圖像而言，大多數(shù) DCT 系數(shù)值都接近于 0，所以去掉這些系數(shù)不會對重建圖像的質(zhì)量產(chǎn)生較大影響。 課題研究的任務(wù)和目標(biāo) 本課題的選題是《靜止圖象壓縮技術(shù) JPEG 的分析與應(yīng)用》 ，本課題將通過研究用于圖像壓縮的離散余弦變換變換算法理論知識，較為深入了解 DCT 在圖像壓縮的應(yīng)用，以及設(shè)計(jì) JPEG 圖像壓縮的 MATLAB 技術(shù)實(shí)現(xiàn)。第三章 對基于 DCT 的圖像壓縮 MATLAB 仿真實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)的描述。但傅立葉變換只是一種純頻域的分析方法，它在頻域的定位性是完全準(zhǔn)確的(即頻域分辨率最高)，而在時(shí)域無任何定位性(或分辯能力)，也即傅立葉變換所反映的是整個(gè)信號全部時(shí)間下的整體頻域特征，而不能提供任何局部時(shí)間段上的頻率信息。為了研究信號在局部時(shí)間范圍的頻域特征，1946 年 Gabor 提出了著名的 Gabor 變換。目前，STFT 在許多領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，但由于 STFT 的定義決定了其窗函數(shù)的大小和形狀均與時(shí)間和頻率無關(guān)，一旦選定窗口就保持固定不變，不利于分析時(shí)變信號。在我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｓ龅降男盘栐诳臻g域和頻域都具有相關(guān)性。由此可見，離散余弦變換是一種比較理想的進(jìn)行信號處理的數(shù)學(xué)工具。在這個(gè)色彩空間中，每個(gè)分量、每個(gè)像素的電平規(guī)定為 255 級，用 8位代碼表示。畢業(yè)論文 4 (21) ()/???????其逆變換為： (22)???????JPEG 是以 88 的塊為單位來進(jìn)行處理的，由于人眼對亮度 Y 的敏感度比色度CbCr 的敏感度大的多，所以采用縮減取樣的方式，通常采用 YUV422 取樣，圖 22 所示。YUV411 取樣方式，數(shù)據(jù)減少 1/2。圖 23 壓縮取樣示意圖 二維離散余弦變換 在傅里葉級數(shù)展開式中，如果被展開的函數(shù)是實(shí)偶函數(shù)，那么，其傅里葉技術(shù)中只包含余弦項(xiàng)，在將其離散化由此可導(dǎo)出余弦變換，或稱之為離散余弦變換(DCT，Discrete Cosine Transform)。在編碼器的輸入端，把原始圖像順序地分割成一系列 88 的子塊，子塊的數(shù)值在128 到 127 之間。 (25)7,10,??vuyx?????其 它1,2)(vuvcu在 MATLAB 的圖像處理工具箱中，可以直接調(diào)用 dct2 和 idct2 來實(shí)現(xiàn)二維離散余弦變換及其反變換。畢業(yè)論文 6 圖 2－4 圖像顯示及圖像 DCT 變換后頻譜顯示由運(yùn)行結(jié)果可知，DCT 變換具有能量集中的性質(zhì)，數(shù)據(jù)集中在左上角。indexed39。)； fun = idct2；J = blkproc(I，[8 8]，fun)；imagesc(J)， colormap(hot)運(yùn)行結(jié)果如圖 25 所示。此外，由于人眼對低頻分量的圖像比對高頻分量的圖像更敏感，因此表中的左上角的量化步距要比右下角的量化步距小。表中可以看出，高頻部分對應(yīng)的量化值大，目的就是將高頻部分編程接近于 0，以便以后處理。 量化系數(shù)的編排 量化后的系數(shù)要重新編排，目的是為了增加連續(xù)的“0”系數(shù)的個(gè)數(shù)，就是“0”的游程長度，方法是按照 Z 字形的式樣編排。坐標(biāo) u=v=0 的直流系數(shù) DC 實(shí)質(zhì)上就是空域圖像中 64 個(gè)像素的平均值。量化 AC 系數(shù)的特點(diǎn)是 1 64 矢量中包含有許多“0”系數(shù)，并且許多“0”是連續(xù)的，因此使用非常簡單和直觀的游程長度編碼(RLE)對它們進(jìn)行編碼。而 SS、VV 與 DC 的定義一樣。舉個(gè)例子來說明上述過程。先看 DC 系數(shù)。所以 RunLength=1，Size=2，Amplitude=3，所以 AC 中間格式為(1，)(2)。以上是圖像壓縮編碼的整個(gè)過程。其中 0級壓縮比最高，圖像品質(zhì)最差。　　JPEG 格式的應(yīng)用非常廣泛，特別是在網(wǎng)絡(luò)和光盤讀物上，都能找到它的身影。其中詳細(xì)介紹了基于 DCT 的 JPEG 圖像壓縮編碼各個(gè)步驟：? 顏色空間的轉(zhuǎn)換和采樣? 二維離散余弦變換? DCT 系數(shù)的量化 ? 量化系數(shù)的編排? AC 系數(shù)的編碼? 組成位數(shù)據(jù)流畢業(yè)論文 13 第三章 基于 DCT 圖像壓縮 MATLAB 仿真 MATLAB 中支持的數(shù)字圖像文件MATLAB 圖像處理工具箱支持四種圖像類型，分別為 RGB 圖像(真彩色圖像)、索引圖像、灰度圖像、二值圖像，由于有的函數(shù)對圖像類型有限制，這四種類型可以用工具箱的類型轉(zhuǎn)換函數(shù)相互轉(zhuǎn)換。這種方法不像其他編程語言，需要編寫復(fù)雜的代碼，只需要簡單地調(diào)用 MATLAB 提供的函數(shù)即可。圖像處理工具箱 （Image Processing Toolbox）提供一套全方位的參照標(biāo)準(zhǔn)算法和圖形工具，用于進(jìn)行圖像處理、分析、可視化和算法開發(fā)。其語法格式為：A=imread(filename，fmt)[X,map]=imread(filename，fmt)[…]=imread(filename)Filename：圖像文件名；fmt：圖像文件格式。[…] = imread(filename)這種方式是試圖得到文件的格式從文件所包含的信息。Imwrite(…，filename)把圖像 寫入圖像文件 filename,并推測可能的格式用來做filename 的擴(kuò)展名，擴(kuò)展名必須是 fmt 中一合法名。但可以加上 axis off 命令即可把坐標(biāo)去掉。Imshow(X，map)顯示索引圖像，其中 X 代表索引圖像的數(shù)據(jù)矩陣，map 為顏色映射表。對于 RGB 中的每個(gè)像素(r，c)，imshow 顯示數(shù)值(r，c，1:3)所描述的顏色。畢業(yè)論文 18 第四章 結(jié)論相關(guān)技術(shù)日新月異的進(jìn)步，使得數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛。本文通過研究設(shè)計(jì)一個(gè)基于 DCT 變換的圖像壓縮編碼的 matlab 實(shí)現(xiàn)，得到了下面的結(jié)論：論文敘述的圖像壓縮編碼算法，采用了 JPEG 的核心離散余弦變換算法。由于本人能力、時(shí)間有限，所以本文的內(nèi)容還存在不足之處，還請老師諒解。此次畢業(yè)論文的順利完成，與各位老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心、支持和鼓勵(lì)是分不開的。但她嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣；她循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。39。%圖像DCT變換[n m]=size(I1)。endA=abs(a)。N=input(39。C1=zeros(n,m)。MAX=A(1,1)。for i=1:1:n for j=1:1:m if abs(I1(j,i))K A1(j,i)=0。%壓縮編碼畢業(yè)論文 22 I1=I1.*A1。for i=1:1:n for j=1:1:m if I1(i,j)~=0 b(1,num)=I1(i,j)。I1=idct2(I1)。)。)。title(39。title(39。