【正文】 +floor(((ul+1)*CC(k))/totcount)1。 l=l1。 lb=dec2bin(l,m)。 ub=dec2bin(u,m)。 2021 屆本科畢業(yè)設計論文 第 20 頁 共 63 頁 E2=1。E3=1。 字符和概率統(tǒng)計 function [alpha t]=probmodel(seq) if ~isempty(seq) alpha(1)=seq(1)。 t(1)=1。 l=length(seq)。 k=2。 for i=2:l idx=find(seq(i)==alpha)。 if isempty(idx) alpha(k)=seq(i)。 t(k)=1。 k=k+1。 else 結果輸出： 文本 可以數字，字符等等形式，本程序以 數字 為例 ，輸入的數字長度為 168，字符有0~9 這 10 個字符，通過算術編碼輸出 0、 1 字符串，編碼后字符串的長度為 439， 原文本的大小為 224bit，經過編碼后文本的大小為 25%。 2021 屆本科畢業(yè)設計論文 第 21 頁 共 63 頁 第 5 章 自適應算術編碼的圖像壓縮 圖像壓縮 圖像是由一系列排列有序的像素組成的，在計算機中常用的存儲格式有： BMP、 TIFF、EPS、 JPEG、 GIF、 PSD、 PDF 等格式。在本文中，我應用自適應算術編碼算法對 BMP、 TIF格式圖像進行壓縮， BMP 是一種與硬件設備無關的圖像文件格式，使用非常廣。它采用位映射存儲格式，除了圖像深度可選以外，不采用其他任何壓縮，因此， BMP 文件所占用的空間很大。 BMP 文件的圖像深度可選 lbit、 4bit、 8bit 及 24bit。 BMP 文件存儲數據時，圖像的掃描方式是按從左到右、從下到上的順序。數字圖像在計算機上以位圖 (bitmap)的形式存在 ,位圖是一個矩形點陣，其中每一點稱為像素 (pixel)，像素是數字圖像中的基本單位。一幅 m n 大小 的圖像，是由 m n 個明暗度不等的像素組成的。數字圖像中各個像素所具有的明暗程度由灰度值 (gray level)所標識。一般將白色的灰度值定義為 255，黑色灰度值定義為 0，而由黑到白之間的明暗度均勻地劃分為 256 個等級。一幅沒有經過壓縮的 BMP 格式圖像大小 =分辨率 *分辨率。 圖像壓縮是指以較少的比特有損或無損地表示原來的 像素 矩陣 的技術 ,也稱圖像編碼 .圖像數據之所以能被壓縮，就是因為數據中存在著冗余 [13]。圖像的冗余主要表現為：圖像中相鄰 像素 間的相關性引起的空間冗余；圖像序列中不同幀之間存在相關性引起的時間冗余；不同彩色平面或頻譜帶的相關性引起的頻譜冗余 [14]。 圖像壓縮 的目的就是通過去除這些 數據冗余 來減少表示數據所需的比特數。由于圖像數據量的龐大 ,在 存儲 、傳輸、處理時非常困難 ,因此圖像數據的壓縮就顯得非常重要。 自適應算術編碼的圖像壓縮 自適應算術編碼 自適應算術編碼在一次掃描中可完成兩個過程，即概率模型建立過來和掃描編碼過程[15]。 自適應算術編碼的基本原理 ： 自適應算術編碼在掃 描符號序列前并不知道各符號的統(tǒng)計概率，這時假定每個符號的概率相等，并平均分配區(qū)間［ 0， 1］。然后在掃描符號序列的過程中不斷調整各個符號的概率。 由此可知 所謂 的 自適應算術編碼是在算術編碼基本原理的基礎上，根據信源數據來自不同符號集的特性，充分利用信源數據的統(tǒng)計特性，將每種類型的數據分開處理，各自擁有一個獨立的統(tǒng)計模型單元，可以得到更高的編碼效率。同時利用各種進制數據進行轉換的時機 ,將壓縮數據分成不同的數據段 ,將誤碼限制在本數據段內 ,當誤碼產生時 ,其影響最多從誤碼位到本段結束位處。 圖像的數字化表示使得圖像信號可 以高質量地傳輸，并便于圖像的檢索、分析、處理2021 屆本科畢業(yè)設計論文 第 22 頁 共 63 頁 和存儲。但是數字圖像的表示需要大量的數據，必須進行數據的壓縮。在一個壓縮系統(tǒng)中，無論是有損壓縮還是無損壓縮，編碼往往是必須的環(huán)節(jié)， 自適應 算術編碼在圖像數據壓縮標準 (如 JPEG， JBIG)中扮演了重要的角色。它提供了一種有效去除 冗余度的機制，是一種目前為止編碼效率最高的統(tǒng)計熵編碼方法，它比著名的霍夫曼編碼效率提高 10%左右 [16]。因此 圖像 壓縮編碼技術的研究顯得特別有意義，也正是由于 圖像 壓縮編碼技術及傳輸技術的不斷發(fā)展、更新，推動了現代多媒體技術應用的迅速發(fā)展。 自 適應算術編碼壓縮圖像流程： N Y 圖 自適應 算術編碼 程序流程 圖 程序運行結果顯示 : （ 1） 通過自適應算術編碼算法 對彩色圖像 .bmp 進行壓縮，輸出 圖像如圖 所示： 圖 圖 開始 確定各字符初始概率 讀取字符 字符為空 計算新區(qū)間 調整概率值 輸出壓縮值 選定壓縮值 2021 屆本科畢業(yè)設計論文 第 23 頁 共 63 頁 （ 2） 結果分析 通過運行 VC 仿真程序輸出了原圖像 、壓縮圖像 。通過比較，發(fā)現經過 VC 仿真程序的圖像仍有很好的視覺效果。 原圖像的壓縮前的大小為為 121893 bit,結果自適應算術編碼壓縮，壓縮后的圖像大小為 120409，壓縮比為 。 （ 3） 通過自適應算術編碼算法 對灰度圖像 .tif 進行壓縮，輸出圖像如圖 所示： 圖 圖 （ 4)結果分析 2021 屆本科畢業(yè)設計論文 第 24 頁 共 63 頁 通過比較原圖像 、壓縮圖像， 發(fā)現經過 算術編碼壓縮的圖像 仍有很好的視覺效果。 原圖像的壓縮前的大小為為 65240bit,壓縮后的圖像大小為 55663bit，壓縮比為 。通過與上圖的壓縮比進行比較，可知：灰度圖像具有較好壓縮特性。 （ 5）小結 自適應算術編碼 是 簡單有效的熵編碼。從上述實例分析可看出 ,對 圖像 利用自適應算術編碼算法進行無損壓縮后 ,壓縮比達到 倍 左右 ,在保證壓縮效率的前提下 ,提高 了數據傳輸速率 ,保證了系統(tǒng)對 圖像數據 傳輸的實時性和真實性 ,在現實應用中有很好的實際意義 。 圖像 數據壓縮 的意義 人類已進入信息時代，信息時代的重要特征是信息的數字化，人們越來越依靠計算機獲取和利用信息，這就需要對信息的表示、存儲、傳輸和處理等關鍵技術進行研究。我們要把數值、文字、語言、聲音、圖像、圖形、視頻和動畫等多種媒體轉化成計算機所能處理的數字信息，但數字化后的視頻和音頻等媒體信息的數據量是非常大的 [17]。 例如：一幅640x480 分辨率的 24 位真彩色圖像的數據量約力 900kb；一個 100Mb 的 硬盤只能存儲約l00 幅靜止圖像畫面。顯然，這樣大的數據量不僅超出了計算機的存儲和處理能力，更是當前通信信道的傳輸速率所不及的。 因此，數字化信息的數據量很大，這樣大的數據量，無疑給存儲器的存儲容量、通信干線的信道傳輸率以及計算機的速度都提出了很高的要求[18]。這個問題是多媒體技術發(fā)展中的一個非常棘手的瓶頸問題。要解決這一問題，單純用擴大存儲器容量、增加通信干線的傳輸率的辦法是不現實的，采用數據壓縮技術才是行之有效的方法。通過數據壓縮手段減少信息數據量，以壓縮形式存儲和傳輸，既節(jié)約了存儲空間，又提高了通信干線 的傳輸效率。數據壓縮技術的研究受到人們越來越多的關注，從基本的無損壓縮到語音，圖像和視頻信號等信號的有損壓縮，數據壓縮在人們的日常生活中發(fā)揮著越來越重要的作用。 2021 屆本科畢業(yè)設計論文 第 25 頁 共 63 頁 結論與展望 結論：即將結束了為期三個月的畢業(yè)設計，我深刻感受到自身 專業(yè) 知識 以及編程知識的缺乏，在整個設計過 程中出現了不少問題。例如，在應用算術編碼算法壓縮圖像的編程上，由于 MATLAB 編程知識的匱乏，導致編程的最終結果沒有完全出來。但是，也經過這次自我學習，我學到了很多算術編碼算法的知識。最后通過自適應算術編碼實現圖像的壓縮。以下是我對 這篇論文的總結：這篇論文主要介紹了一種高效的編碼技術 — 算術編碼，闡述了其算法的基本原理；描述了算術編碼算法的優(yōu)缺點，討論了它的應用前景；本文還講解了數據、圖像壓縮的技術知識，闡述了算術編碼算法在數據、圖像壓縮等方面的應用，并給出了算術編碼算法的具體編程。 由于學生水平有限，而且時間比較緊迫，所以在編寫 仿真程序時 難免會有很多漏洞和不足之處，同時也有部分功能模塊不夠完善，希望各位指導老師給予寶貴的意見和建議。 展望 ： 隨著多媒體和互聯網技術的不斷發(fā)展， 各種媒體信息（特別是圖像和動態(tài)視頻）數據量非常之大，算術編碼作 為一種高效的數據編碼方法在文本，圖像，音頻等壓縮中有廣泛的應用。 可以預見，隨著超大規(guī)模集成電路技術的發(fā)展，高速高性能處理器的大量涌現，復雜度較高的算法也有可能實時實現。另一方面，快速的算術編碼算法也不斷被發(fā)現提出，比如 IBM公司的 Qcoder， Paul． G． Howard 等提出的準算術編碼器等。這些快速算法以損失一定的編碼效率為代價，采用近似的方法，加快了編碼速度。此外，更加有效的概率估計模型的提出也會進一步提高算術編碼的效率。隨著以上幾方面的的進展，算術編碼在圖像壓縮編碼內的應用將會越來越廣， 它比著名的 Huffman 編碼效率提高 5%~10％左右 ， 最終必將取代 霍夫曼 編碼方法。 2021 屆本科畢業(yè)設計論文 第 26 頁 共 63 頁 2021 屆本科畢業(yè)設計論文 第 27 頁 共 63 頁 參 考 文 獻 [1]郭斌 ,王維東 ,葉青青 .基于概率估計更新的 CABAC 加速算法 [J].中國圖像學報， 2021,14（ 3）： 281285 [2]畢厚杰 .新一代視頻壓縮編碼標準 [M].北京：人民郵電出版社，2021:141147 [3]歐陽合，韓軍 . 和 MPEG4視頻壓縮 [M].國防科技大學出版社， 2021:226229 [4]馮桂，林其偉，陳東華 .信息論與編碼技術（第二版） .北 京：清華大學出版社， [5]胡海明 ,李金良 .基于上下文的自適應二階二進制算術編碼算法 [J].計算機工程與設計 ,2021,27（ 17） :32673269 [6]余兆明，查日勇，黃磊，周海嬌 .圖像編碼標準 技術 [M].北京：人民郵電出版社，2021:7192 [7]劉奇衛(wèi) .基于 JPEG2021 二進制算術編碼器的研究與設計 [D].[碩士學位論文 ]浙江大學 ,2021. 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