【導讀】離散余弦變換是一種新興的數學工具，基于離散余弦變換的圖像壓縮技術正。受到廣泛的關注和研究。圖像經過離散余弦變換以后，在時域和頻域都具有良好的局部。礎上深刻理解了圖像壓縮算法。重點研究了離散余弦算法的基本原理和實現步驟，對基。于DCT變換的圖像壓縮技術的算法進行了研究，并用MATLAB進行了算法仿真，同時，對比，取得了較為理想的效果。

　　

【正文】 界面設計總體概述 系統(tǒng)的程序設計采用 MATLAB 編程語言來實現。利用 MATLAB 的圖形用戶界面(GUI)來設計程序運行的界面。整個系統(tǒng)由若干個運行界面和相應的 M 函數文件所組成，每一個運行界面對應的程序構成一個 M 文件。同一個 M 文件中又包含若干個 M 函數，界面中的每一個控件及菜單項對應的程序都有放在相應的 M 函數內。各個功能對應的M 函數文件，由一個主文件 將它們聯(lián)成一個整體，最終形成處理系統(tǒng)。 (1) 使用菜單項實現各功能窗口的轉換，起導航作用。對菜單的編程主要是調用系統(tǒng)中的其它 M 函數文件。 (2) 打開文件操作可以調用的圖像文件格式豐富，除了常用的 *.jpg、 *.gif 外，還包括 *.bmp、 *.cur、 *.hdf、 *.ico、 *.pbm、 *.pcx、 *.pgm、 *.png、 *.pnm、 *.ppm、 *.ras、 *.tif、 長沙學院 畢業(yè)設計 (論文 ) 18 *.tiff、 *.xwd。 (3) 文本框主要用于接收用戶輸入的數據， 程序基本上是先從文本框中接收數據，然后對接收的數據進行處理的。 (4) 命令按鈕是執(zhí)行運算操作的最主要控件，處理程序主要是放在其相應的 M 函數內部。實現上編寫程序最主要是對命令按鈕進行編程。 系統(tǒng)的各種處理功能的實現基本上是四個過程： 其一是打開原始圖像，其二是接收用戶輸入的參數，其三是把接收的參數帶入后臺進行處理，第四是將圖像處理后的結果顯示到界面上。 界面設計具體實現 MATLAB 的 圖像處理工具箱提供了多個圖像壓縮界面設計的函數，用于實現圖像的壓縮界面操作， 本次設計主要用到的函數 列舉如下： (1) 函數名： imread 調用格式： imread(‘ file’， type)，該函數的功能是讀取圖象文件的數據并按照圖象格式存儲為相應的圖象矩陣。 (2) 函數名： imshow 調用格式： imshow(I， [LOW HIGH])，其功能是顯示灰度圖象，并指定灰度級范圍[LOW HIGH]，若不確定數據的范圍 [LOW HIGH]，可使用空矢量作為參數顯示圖象，即 imshow(I， [])。 (3) 函數名： dctmtx 調用格式： dctmtx(N)，其功能是計算離散余弦變換矩陣，返回一個 N*N 的 DCT 變換矩陣。 (4) 函數名： blkproc 調用格式： blkproc(A， [m， n]， fun)，其功能是應用函數 fun 對圖象 A 的每個不同m n 塊進行處理，必要時對 A 的四周補 0。 Fun 可以是一個內聯(lián)函數，一個包含函數名的字符串或表達式串。 Fun 應對 m n 塊 X 進行處理，返回一個矩陣、向量或標量至Y。 Y=fun(x)， blkproc 并不需要 Y 與 X 同大小，但僅當 Y 與 X 同大小時， B 與 A 同大小。 (5) 函數名： uicontrol 調用格式： uicontrol(parent)，其功能是生成用戶界面控制圖形對象。當被選中后，大多數 uicontrol 對象執(zhí)行一個預先定義的動作。 Matlab 提供了各種 類型的 uicontrol，每種都有一種不同的用途，如 Check boxes， Editable text， Frames， List boxes， Popup menus，Push buttons， Radio buttons， Sliders， Static text， Toggle buttons。 本設計中主要使用 Push 長沙學院 畢業(yè)設計 (論文 ) 19 buttons，其在點擊是產生一個動作，為了激活一個 Push button，可以再 Push button 上面點擊鼠標。 運用以上函數，通過編寫程序，可以實現整個界面的設計，然后通過 Callback 回調函數， 調用 dctmtx 函數， 將 圖像壓縮 控件要做的事情都寫在 圖像壓縮 控件的 callback中 ，就可以實現離散余弦變換的圖像壓縮操作，從而實現了該算法的界面設計。 程序清單見附錄，運行結果見 節(jié)。 長沙學院 畢業(yè)設計 (論文 ) 20 第 5 章 運行結果顯示及分析 離散余弦變換的算法實現 首先讀取圖像文件，然后利用 dctmtx 函數對圖像進行離散余弦變換，采用函數 dctmtx得到矩陣 T，即利用語句 D=dctmtx(8)，然后，對每一個圖像塊執(zhí)行運算 矩陣 B=P1*x*P2。最后在對 圖像進行逆離散余弦變換，顯示圖像壓縮前后的對比，如圖 所示。 (a) 壓縮前的圖像 (b) 壓縮后的圖像 圖 基于 DCT變換矩陣算法的離散余弦變換 圖像壓縮 圖 為壓縮前和壓縮后的圖像比較。在上面的程序中，我們取了 l0 個 DCT 系數，占 15％，比較原圖和壓縮 后 的圖 發(fā)現，在拋棄 85％的 DCT 系數后，重構圖和原圖的失真不大，壓縮圖像的質量比較令人滿意。 當然，采用這種方法來實現壓縮算法時，可通過修改 mask 變量中的系數來更好地比較結果。 離散余弦變換的界面 實現 用戶首先調用原始圖像，顯示在界面的中間，如圖 所示，點擊圖像壓縮按鈕，原始圖像轉換成壓縮后的圖像顯示在界面中間，如圖 所示，同時，還添加了線條解 長沙學院 畢業(yè)設計 (論文 ) 21 析按鈕，點擊該按鈕，界面中間顯示該圖像的線條解析圖，如圖 所示，最后，點擊退出按鈕，就退出 該界面。 圖 原始圖像的界面顯示 圖 圖像壓縮后的界面顯示 運行 MATLAB 程序，顯示如圖 所示的界面，點擊原始圖像按鈕，讓界面返回到原始 時的 圖像 ，以便與后面壓縮后的圖像進行對比。 在 原始圖像的界面基礎上，點擊圖像壓縮按鈕，出現如圖 所示 的界面 ，顯示經過 dctmtx 算法壓縮后的圖像，通過視覺發(fā)現，壓縮后的圖像與原始圖像相差不大，說明壓縮圖像的質量比較令人滿意。 通過 觀察原始圖像和壓縮后的圖像我們發(fā)現，這種方法壓縮重構后的效果相當 好，和原始圖像非常接近。 長沙學院 畢業(yè)設計 (論文 ) 22 圖 圖像壓縮后 的界面顯示 圖 線條解析的界面顯示 在界面 上點擊線條解析按鈕，出現 如圖 所示的 界面，顯示了圖像的線條解析，通過觀察我們發(fā)現 ， 圖 線條解析后的圖像與 圖 壓縮后的圖像沒太大失真，說明圖像壓縮的效果比較好。同時我們發(fā)現， 與沒使用界面相比， 使用界面后圖像壓縮前后對比效果更加形象直觀 ， 而且操作 也 非常簡單。 設計過程中的疑難及改進 本設計通過離散余弦變換利用 程序設計達到了圖像壓縮的效果，而且圖像前后對比效果明顯。但是，我的預期目的是想設計一個 GUI 界面，界面顯示原始圖像和壓縮后的圖 像，而且通過界面可以選擇不同的算法，也就是集幾種 算法于一個界面，以達到前后對照的明顯效應。但是由于對 圖形用戶界面（ GUI） 理解不透徹， 設計起來困難重重，最后沒有達到預期目標。但在老師 的幫助下，通過程序設計簡單的設計了一個圖像壓縮的界面，雖然不是很好，但也達到了設計的目的。 還有一個缺陷就是 本文算法所處理的對象僅是灰度圖像，而在實際應用中大多數圖像為彩色圖像，針對彩色圖像的算法更為復雜， 這 是今后工作所要突破的難點 和重點。 長沙學院 畢業(yè)設計 (論文 ) 23 結 論 隨著多媒體技術的快速發(fā)展，圖像在計算機和通信正占據著越來越重要的地位。由于圖 像信號數據量巨大，必須采用有效的方法對其進行壓縮才能滿足大多數存儲和傳輸的要求。離散余弦變換具有與人眼視覺特性相符的多分辨率分析能力，在時域和頻域都具有良好的局部化特性，因而成為目前研究的熱點并被廣泛應用于圖像編碼領域，取得了很大的成功。 本文主要對基于離散余弦變換的圖像壓縮的 MATLAB 實現進行了研究。論文首先介紹了圖像壓縮的原理和傳統(tǒng)方法，列舉了目前國際上流行的圖像壓縮標準，同時簡單的介紹了 MATLAB 軟件，對其有了進一步全面的了解，然后介紹了離散余弦變換的基本理論，闡明離散余弦變換可用于靜止圖像壓縮并 且能夠得到更好的壓縮與重構效果的原理。在此基礎上對基于離散余弦變換的圖像壓縮算法進行 了研究和分析，在理論和數據分析的基礎上，針對傳統(tǒng)算法的不足，采用 了相應的改進算法。另外，通過程序設計出圖像壓縮界面，形象直觀的顯示出圖像在 MATLAB 圖像壓縮系統(tǒng)中圖像壓縮前后對比的效果 ， 有利于理解和掌握圖像壓縮處理技術。 本次設計 達到了可移植性和可擴展性的效果。本設計采用 MATLAB 軟件，因為MATLAB 自帶的圖像處理工具箱提供了豐富的圖像處理函數，而且 MATLAB 圖像工具箱提供的函數大多是 M 文件，我們可以查看這些文件的代 碼并進行改進，也可以把自己編寫的代碼加入其中，來擴充圖像壓縮處理的功能。所以具有很強的可移植性和可擴展性，可以較方便的增加新的內容。 同時也達到了界面友好，操作簡單方便的效果。 當然， 由于本人能力有限， 它肯定存在著許多需要改進的地方， 希望 將在以后的研究中對其進行修改，以使其更加完善、穩(wěn)健。 長沙學院 畢業(yè)設計 (論文 ) 24 參考文獻 [1] 張兆禮，趙春暉等．現代圖像處理技術及 Matlab 實現 [M]． 北京 ：人民 郵電大學出版社 ， 2020： 183219． [2] 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B2=blkproc(B,[8 8],39。P1.*x39。,mask)。 I2=blkproc(B2,[8 8],39。P1*x*P239。,T39。,T)。 imshow(I),figure,imshow(I2)。 h0=figure(39。toolbar39。,39。none39。,... 39。position39。,[198 56 350 468],... 39。name39。,39。函數變換 39。)。 h1=axes(39。parent39。,h0,... 39。position39。,[ ],...