【正文】 科畢業(yè)設(shè)計論文 第 19 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(jié)果輸出： 文本 可以數(shù)字，字符等等形式，本程序以 數(shù)字 為例 ，輸入的數(shù)字長度為 168，字符有0~9 這 10 個字符，通過算術(shù)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(jīng)過編碼后文本的大小為 25%。 2022 屆本科畢業(yè)設(shè)計論文 第 20 頁 共 63 頁 第 5 章 自適應(yīng)算術(shù)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(jī)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(yīng)用自 適應(yīng)算術(shù)編碼算法對 BMP、 TIF格式圖像進(jìn)行壓縮， BMP 是一種與硬件設(shè)備無關(guān)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(shù)據(jù)時，圖像的掃描方式是按從左到右、從下到上的順序。數(shù)字圖像在計算機(jī)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(shù)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(shù)字圖像中各個像素所具有的明暗程度由灰度值 (gray level)所標(biāo)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(jīng)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(shù) ,也 稱圖像編碼 .圖像數(shù)據(jù)之所以能被壓縮，就是因為數(shù)據(jù)中存在著冗余 [13]。圖像的冗余主要表現(xiàn)為：圖像中相鄰 像素 間的相關(guān)性引起的空間冗余；圖像序列中不同幀之間存在相關(guān)性引起的時間冗余；不同彩色平面或頻譜帶的相關(guān)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(shù)據(jù)冗余 來減少表示數(shù)據(jù)所需的比特數(shù)。由于圖像數(shù)據(jù)量的龐大 ,在 存儲 、傳輸、處理時非常困難 ,因此圖像數(shù)據(jù)的壓縮就顯得非常重要。 自適應(yīng)算術(shù)編碼的圖像壓縮 自適應(yīng)算術(shù)編碼 自適應(yīng)算術(shù)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(yīng)算術(shù)編碼的基本原理 ： 自適應(yīng)算術(shù)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(diào)整各個符號的概率。 由此可知 所謂 的 自適應(yīng)算術(shù)編碼是在算術(shù)編碼基本原理的基礎(chǔ)上，根據(jù)信源數(shù)據(jù)來自不同符號集的特性，充分利用信源數(shù)據(jù)的統(tǒng)計特性，將每種類型的數(shù)據(jù)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(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換的時機(jī) ,將壓縮數(shù)據(jù)分成不同的數(shù)據(jù)段 ,將誤碼限制在本數(shù)據(jù)段內(nèi) ,當(dāng)誤碼產(chǎn)生時 ,其影響最多從誤碼位到本段結(jié)束位處。 圖像的數(shù)字化表示使得圖像信號可以高質(zhì)量地傳輸，并便于圖像的檢 索、分析、處理2022 屆本科畢業(yè)設(shè)計論文 第 21 頁 共 63 頁 和存儲。但是數(shù)字圖像的表示需要大量的數(shù)據(jù)，必須進(jìn)行數(shù)據(jù)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(yīng) 算術(shù)編碼在圖像數(shù)據(jù)壓縮標(biāo)準(zhǔn) (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(jī)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(shù)的研究顯得特別有意義，也正是由于 圖像 壓縮編碼技術(shù)及傳輸技術(shù)的不斷發(fā)展、更新，推動了現(xiàn)代多媒體技術(shù)應(yīng)用的迅速發(fā)展。 自適應(yīng)算術(shù)編碼壓縮圖像流程： N Y 圖 自適應(yīng) 算術(shù)編碼 程序流程 圖 程序運(yùn)行結(jié)果顯示 : （ 1） 通過自適應(yīng)算術(shù)編碼算法 對彩色圖像 .bmp 進(jìn)行壓縮，輸出圖像如圖 ： 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(diào)整概率值 輸出壓縮值 選定壓縮值 2022 屆本科畢業(yè)設(shè)計論文 第 22 頁 共 63 頁 （ 2） 結(jié)果分析 通過運(yùn)行 VC仿真程序輸出了原圖像 、壓縮圖像 。通過比較，發(fā)現(xiàn)經(jīng)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(jié)果自適應(yīng)算術(shù)編碼壓縮，壓縮后的圖像大小為 120409，壓縮比為 。 （ 3） 通過自適應(yīng)算術(shù)編碼算法 對灰度圖像 .tif 進(jìn)行壓縮，輸出圖像如圖 ： 圖 圖 （ 4)結(jié)果分析 2022 屆本科畢業(yè)設(shè)計論文 第 23 頁 共 63 頁 通過比較原圖像 、壓縮圖像， 發(fā)現(xiàn)經(jīng)過 算術(shù)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(jìn)行比較，可知：灰度圖像具有較好壓縮特性。 （ 5）小結(jié) 自適應(yīng)算術(shù)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(yīng)算術(shù)編碼算法進(jìn)行無損壓縮后 ,壓縮比達(dá)到 倍 左右 ,在保證壓縮效率的前提下 ,提高了數(shù)據(jù)傳輸速率 ,保證了系統(tǒng)對 圖 像數(shù)據(jù) 傳輸?shù)膶崟r性和真實性 ,在現(xiàn)實應(yīng)用中有很好的實際意義 。 圖像 數(shù)據(jù)壓縮 的意義 人類已進(jìn)入信息時代，信息時代的重要特征是信息的數(shù)字化，人們越來越依靠計算機(jī)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(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。我們要把數(shù)值、文字、語言、聲音、圖像、圖形、視頻和動畫等多種媒體轉(zhuǎn)化成計算機(jī)所能處理的數(shù)字信息，但數(shù)字化后的視頻和音頻等媒體信息的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)量不僅超出了計算機(jī)的存儲和處理能力，更是當(dāng)前通信信道的傳輸速率所不及的。 因此，數(shù)字化信息的數(shù)據(jù)量很大，這樣大的數(shù)據(jù)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(jī)的速度都提出了很高的要求[18]。這個問題是多媒體技術(shù)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(kuò)大存儲器容量、增加通信干線的傳輸率的辦法是不現(xiàn)實的，采用數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)才是行之有效的方法。通過數(shù)據(jù)壓縮手段減少信息數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)壓縮技術(shù)的研究 受到人們越來越多的關(guān)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(shù)據(jù)壓縮在人們的日常生活中發(fā)揮著越來越重要的作用。 2022 屆本科畢業(yè)設(shè)計論文 第 24 頁 共 63 頁 結(jié)論與展望 結(jié)論：即將結(jié)束了為期三個月的畢業(yè)設(shè)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(shè)計過 程中出現(xiàn)了不少問題。例如，在應(yīng)用算術(shù)編碼算法壓縮圖像的編程上，由于 MATLAB 編程知識的匱乏，導(dǎo)致編程的最終結(jié)果沒有完全出來。但是，也經(jīng)過這次自我學(xué)習(xí)，我學(xué)到了很多算術(shù)編碼算法的知識。最后通過自適應(yīng)算術(shù)編碼實現(xiàn)圖像的壓縮。以下是我對 這篇論文的總結(jié)：這篇論文主要介 紹了一種高效的編碼技術(shù) — 算術(shù)編碼，闡述了其算法的基本原理；描述了算術(shù)編碼算法的優(yōu)缺點，討論了它的應(yīng)用前景；本文還講解了數(shù)據(jù)、圖像壓縮的技術(shù)知識，闡述了算術(shù)編碼算法在數(shù)據(jù)、圖像壓縮等方面的應(yīng)用，并給出了算術(shù)編碼算法的具體編程。 由于學(xué)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(dǎo)老師給予寶貴的意見和建議。 展望 ： 隨著多媒體和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展， 各種媒體信息（特別是圖像和動態(tài)視頻）數(shù)據(jù)量非常之大，算術(shù)編碼作為一種高效的數(shù)據(jù)編碼方法在文本 ，圖像，音頻等壓縮中有廣泛的應(yīng)用。 可以預(yù)見，隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，高速高性能處理器的大量涌現(xiàn)，復(fù)雜度較高的算法也有可能實時實現(xiàn)。另一方面，快速的算術(shù)編碼算法也不斷被發(fā)現(xiàn)提出，比如 IBM公司的 Qcoder， Paul． G． Howard 等提出的準(zhǔn)算術(shù)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(jìn)一步提高算術(shù)編碼的效率。隨著以上幾方面的的進(jìn)展，算術(shù)編碼在圖像壓縮編碼內(nèi)的應(yīng)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。 2022 屆本科畢業(yè)設(shè)計論文 第 25 頁 共 63 頁 2022 屆本科畢業(yè)設(shè)計論文 第 26 頁 共 63 頁 參 考 文 獻(xiàn) [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(xué)報， 2022,14（ 3）： 281285 [2]畢厚杰 .新一代視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn) [M].北京：人民郵電出版社，2022:141147 [3]歐陽合，韓軍 . 和 MPEG4視頻壓縮 [M].國防科技大學(xué)出版社， 2022:226229 [4]馮桂，林其偉，陳東華 .信息論與編碼技術(shù)（第二版） .北京：清華大學(xué)出版社， [5]胡海明 ,李金良 .基于上下文的自適應(yīng)二階二進(jìn)制算術(shù)編碼算法 [J].計算機(jī)工程與設(shè)計 ,2022,27（ 17） :32673269 [6]余兆明，查日勇，黃磊，周海嬌 .圖像編碼標(biāo)準(zhǔn) [M].北京：人民郵電出版社，2022:7192 [7]劉奇衛(wèi) .基于 JPEG2022 二進(jìn)制算術(shù)編碼器的研究與設(shè)計 [D].[碩士學(xué)位論文 ]浙江大學(xué) ,2022. 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