【正文】 二維離散余弦變換DCT(Discrete Cosine Transform)的定義為,假設(shè)矩陣A的大小為MN[5]， 而且，在測(cè)試這些算法時(shí)既可方便地得到統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，同時(shí)又可得到直觀圖。這些函數(shù)按其功能可分為：圖像顯示；圖像文件I/O；幾何操作；像素和統(tǒng)計(jì)處理；圖像分析；圖像增強(qiáng)；線性濾波；線性二元濾波設(shè)計(jì)；圖像變換；鄰域和塊處理；二進(jìn)制圖像操作；區(qū)域處理；顏色映像處理；顏色空間變換；圖像類型和類型轉(zhuǎn)換[10]。圖像處理工具箱支持四種圖像類型，分別為真彩色圖像、索引色圖像、灰度圖像、二值圖像，由于有的函數(shù)對(duì)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。由于對(duì)圖像采用了通用的數(shù)據(jù)矩陣的表達(dá)方式，MATLAB中原有的所有基本矩陣操作都可應(yīng)用于圖像矩陣，例如，我們要查看圖像I中某像素點(diǎn)的強(qiáng)度值，可以采用類似的表達(dá)方式：I(x，y)，它代表了圖像I的第x行和第y列的像素值[9]。MATLAB支持多種類型的圖像，而不同類型的圖像其存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)通常是不同的。MATLAB中通常用二維數(shù)組來(lái)存儲(chǔ)圖像，數(shù)組的每一個(gè)元素對(duì)應(yīng)于圖像的一個(gè)像素值。最后通過(guò)DCT反變換得到重建圖像[8]。在接收端，接收到的壓縮圖像數(shù)據(jù)首先經(jīng)過(guò)Huffman譯碼，通過(guò)搜索已生成的Huffman表，根據(jù)碼字與量化后像素值的對(duì)應(yīng)關(guān)系，搜索出與碼字對(duì)應(yīng)的像素值，并轉(zhuǎn)換為二維矩陣。編碼后的圖像記錄的是每個(gè)像素的碼字，而碼字與量化后像素值的對(duì)應(yīng)關(guān)系記錄在碼表中。在此采用均勻量化，通過(guò)改變程序中的量化因子Q的值以得到不同壓縮比的圖像。將高頻分量去掉就要用到量化，這是產(chǎn)生信息損失的根源。原始圖像數(shù)據(jù)DCT變換量化器Huffman編碼編碼壓縮圖像數(shù)據(jù) 編碼器結(jié)構(gòu)壓縮圖像數(shù)據(jù)Huffman譯碼量化器（逆）逆DCT變換重建圖像數(shù)據(jù) 解碼器結(jié)構(gòu)在發(fā)送端，輸入的原始圖像首先經(jīng)過(guò)DCT變換后，其低頻分量都集中在左上角，高頻分量分布在右下角（DCT變換實(shí)際上是空間域的低通濾波器）。圖像編碼包括兩個(gè)階段，前一個(gè)階段就是利用預(yù)測(cè)模型或正交模型對(duì)圖像信號(hào)進(jìn)行變換；后一個(gè)階段是利用已變換信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性，對(duì)其分配適當(dāng)?shù)拇a來(lái)進(jìn)行編碼傳輸。在圖像壓縮中，壓縮比是一個(gè)重要的衡量指標(biāo)。則其信息量定義為： () 由此可見(jiàn)一個(gè)消息出現(xiàn)的可能性越小，其信息量就越多，其出現(xiàn)對(duì)信息的貢獻(xiàn)量越大，反之亦然[7]。壓縮技術(shù)分為無(wú)損壓縮和有損壓縮兩圖像，不能無(wú)失真地恢復(fù)原圖像。圖像壓縮方法空域編碼KL編碼編碼PCM、DPCM編碼矢量量化編碼Delta編碼子帶編碼塊截?cái)嗑幋a行程編碼自適應(yīng)變換域編碼基于模型編碼其他編碼變換域編碼幀間編碼小波變換編碼神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)編碼等值線編碼其他變換域編碼分形編碼 圖像壓縮方法的分類圖像數(shù)據(jù)壓縮的目的是在滿足一定圖像質(zhì)量的條件下，用盡可能少的比特?cái)?shù)來(lái)表示原始圖像，以提高圖像傳輸?shù)男屎蜏p少圖像存儲(chǔ)的容量，在信息論中稱為信源編碼。(5) 其他編碼：如行程編碼，計(jì)算信源符號(hào)出現(xiàn)的行程長(zhǎng)度，然后將行程長(zhǎng)度轉(zhuǎn)換成代碼；LempelZel和Welsh編碼，查找冗余字符串和將此字符串用較短的符號(hào)標(biāo)記替代的技術(shù)，從而達(dá)到數(shù)據(jù)壓縮的目的，其壓縮率很高。它消除的是結(jié)構(gòu)冗余和知識(shí)冗余。屬于這類編碼的有Huffman編碼、ShannonFano編碼、算術(shù)編碼等。它根據(jù)消息出現(xiàn)概率的分布特性而進(jìn)行的壓縮編碼，宗旨是在消息和碼字之間找到明確的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，以便在恢復(fù)時(shí)再現(xiàn)出來(lái)。屬于變換編碼的有KL變換、DFT變換、DCT變換、WHT變換等。(2) 變換編碼：先對(duì)信號(hào)進(jìn)行某種函數(shù)變換，從一種信號(hào)（空間）變換到另一種信號(hào)（空間），然后再對(duì)變換后的信號(hào)進(jìn)行采樣編碼。預(yù)測(cè)編碼消除的是空間冗余和時(shí)間冗余。下面簡(jiǎn)要介紹幾種壓縮編碼方法[5]：(1) 預(yù)測(cè)編碼：根據(jù)離散信號(hào)之間存在著一定并聯(lián)性的特點(diǎn)，利用前面的一個(gè)或多個(gè)信號(hào)對(duì)下一個(gè)信號(hào)進(jìn)行預(yù)測(cè)，然后對(duì)實(shí)際值和預(yù)測(cè)值的差值（預(yù)測(cè)誤差）進(jìn)行編碼。有損、熵壓縮：不可逆，壓縮比較低，又分為保真度型數(shù)據(jù)壓縮和特征保持型數(shù)據(jù)壓縮。數(shù)字圖像數(shù)據(jù)量的壓縮按照應(yīng)用不同可分為兩大類：無(wú)損壓縮和有損壓縮。ⅳ.通用的可接入性：包括惡劣環(huán)境下強(qiáng)大的抗差錯(cuò)能力，基于內(nèi)容的可分級(jí)。ⅱ.高效的壓縮算法。(7) MPEG4和MPEG7MPEG4的目標(biāo)是交互式的多媒體應(yīng)用。其面向低碼率多媒體通信，原來(lái)的目標(biāo)為在PSTN上運(yùn)行低于64Kbit/s以下碼率的新的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)。(6) 全稱是ITUT Remendation ，Video Coding of Low Bitrate Communation。因此成為一種從多媒體計(jì)算機(jī)到家用消費(fèi)數(shù)字音像電子產(chǎn)品、從寬帶數(shù)字通信到數(shù)字視頻廣播以及HDTV的“通用”共性關(guān)鍵技術(shù)。MPEG2的視頻編碼部分碼率為4~10Mbit/s，圖形質(zhì)量接近演播室質(zhì)量。(5) MPEG2標(biāo)準(zhǔn)MPEG2標(biāo)準(zhǔn)的全稱是ISO/IEC DIS13818，Generie Coding of Moving Pictures and Assoeiated Audio Information，中文名為“活動(dòng)圖像及其伴音信息的通用編碼（標(biāo)準(zhǔn)）”，1993年11月正式推出。MPEG1包括系統(tǒng)、視頻、音頻以及測(cè)試和軟件實(shí)現(xiàn)等。MPEGl的全稱是ISO/IEC CDIl72，Coding of Moving Picture and Assoeiated Audio for digital storage media at up to ，中文譯為“用于數(shù)字存儲(chǔ)媒體、”。JPEG2000的應(yīng)用領(lǐng)域包括互聯(lián)網(wǎng)、彩色傳真、打印、掃描、數(shù)字?jǐn)z像、遙感、移動(dòng)通信、醫(yī)療圖像和電子商務(wù)等。ⅶ.開(kāi)放的框架結(jié)構(gòu)。ⅴ.碼流的隨機(jī)訪問(wèn)和處理：這一特征允許用戶隨機(jī)定義感興趣區(qū)域，使得這一區(qū)域的圖像質(zhì)量高于其它區(qū)域。所謂漸進(jìn)傳輸就是先傳輸圖像輪廓數(shù)據(jù)，然后再逐步傳輸其他數(shù)據(jù)來(lái)不斷提高圖像質(zhì)量。ⅱ.JPEG2000提供無(wú)損和有損兩種壓縮方式。(3) JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)JPEG2000是21世紀(jì)的壓縮標(biāo)準(zhǔn)，它把JPEG的四種模式（順序模式、漸進(jìn)模式、無(wú)損模式和分層模式）集成在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中，在編碼端以最大的壓縮質(zhì)量和最大的圖像分辨率壓縮圖像，在解碼端可以從碼流中以任意的圖像質(zhì)量和分辨率解壓圖像。它適用于不同類型不同分辨率要求的彩色和黑白靜止圖像，有多種編碼模式和數(shù)據(jù)格式。(2) JPEG標(biāo)準(zhǔn)JPEG是ISO和CCITT于1986年成立的聯(lián)合圖像專家組（Joint Photgoparhic Expert Group）的簡(jiǎn)稱。64kbit/s和n354kbit/s兩類碼率。各種圖像編碼的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際上都是博采各種方法之所長(zhǎng)的優(yōu)化組合的混合編碼系統(tǒng)。近些年來(lái)，圖像編碼技術(shù)得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，并且日臻成熟，其標(biāo)志就是幾個(gè)關(guān)于圖像編碼的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制定，有關(guān)圖像壓縮編碼已有的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（或建議）、JPEG、JPEG2000、MPEGl、MPEGMPEG4等，涉及到二值圖像傳真、靜態(tài)圖像傳輸、可視電話、會(huì)議電視、VCD、DVD、常規(guī)數(shù)字電視、高清晰度電視、多媒體可視通信、多媒體視頻點(diǎn)播與傳輸?shù)葟V泛應(yīng)用領(lǐng)域。隨著全球范圍內(nèi)的信息傳輸和交換越來(lái)越重要，統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)成為實(shí)現(xiàn)全球范圍信息傳輸和交換的關(guān)鍵。主觀評(píng)價(jià)很直觀，符合人眼的視效果，比較實(shí)際，但是打分尺度很難把握，不可避免有人為因素。圖像的主觀質(zhì)量就是以人作為圖像的觀察者，對(duì)圖像的優(yōu)劣做出主觀評(píng)價(jià)。通過(guò)這些標(biāo)準(zhǔn)可以比較各種方法的優(yōu)劣[1]。這就需要引入一些失真的測(cè)度來(lái)評(píng)估重建圖像的質(zhì)量。對(duì)圖像進(jìn)行壓縮，不可避免的要引入失真。由于圖像采集設(shè)備的迅速發(fā)展，圖像的尺寸和分辨率不斷提高，導(dǎo)致了圖像數(shù)據(jù)量變得非常大，例如，一幅單色數(shù)字衛(wèi)星遙感圖像由10，00010，000個(gè)像素(pixel)組成，如果每個(gè)像素的灰度用12bit表示。本文的主要內(nèi)容如下：第一章是緒論部分，介紹了論文的研究背景和意義，并簡(jiǎn)要介紹了圖象壓縮技術(shù)的歷史與現(xiàn)狀以及離散余弦變換在圖像壓縮中的應(yīng)用，概述了本論文的主要研究工作；第二章介紹了圖象壓縮技術(shù)的基本理論知識(shí)，包括圖象壓縮的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及分類，論述了圖像壓縮的基本原理和基本模型；第三章介紹了離散余弦變換的MATLAB實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)單介紹了MATLAB的圖像處理工具箱，然后介紹了離散余弦變換的基本原理和算法，最后實(shí)現(xiàn)了離散余弦變換的圖像壓縮實(shí)現(xiàn)；第四章介紹了離散余弦變換的界面實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)單介紹了圖形用戶界面的功能，論述了本設(shè)計(jì)采用MATLAB程序進(jìn)行圖像壓縮界面操作的實(shí)現(xiàn)過(guò)程；第五章顯示了利用離散余弦變換的算法實(shí)現(xiàn)和界面實(shí)現(xiàn)的運(yùn)行結(jié)果，并概述了在設(shè)計(jì)過(guò)程中的疑難及改進(jìn)；最后是對(duì)全文的總結(jié)，提出了需要進(jìn)一步解決的問(wèn)題及改進(jìn)方向。其中(0,0)位置的元素就是直流分量，矩陣中的其他元素根據(jù)其位置表示不同頻率的交流分類[2]。在這些標(biāo)準(zhǔn)制中都使用了二維的第二種類型離散余弦變換，并將結(jié)果進(jìn)行量化之后進(jìn)行熵編碼。ve變換——它具有最優(yōu)的去相關(guān)性)的性能。離散余弦變換，尤其是它的第二種類型，經(jīng)常被信號(hào)處理和圖像處理使用，用于對(duì)信號(hào)和圖像(包括靜止圖像和運(yùn)動(dòng)圖像)進(jìn)行有損數(shù)據(jù)壓縮。離散余弦變換相當(dāng)于一個(gè)長(zhǎng)度大概是它兩倍的離散傅里葉變換，這個(gè)離散傅里葉變換是對(duì)一個(gè)實(shí)偶函數(shù)進(jìn)行的(因?yàn)橐粋€(gè)實(shí)偶函數(shù)的傅里葉變換仍然是一個(gè)實(shí)偶函數(shù))，在有些變形里面需要將輸入或者輸出的位置移動(dòng)半個(gè)單位。如離散余弦變換技術(shù)己經(jīng)作為聯(lián)合圖像專家組新的圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)JPEG2000的核心技術(shù)[1]。同時(shí)考慮到人類的視覺(jué)心理特性，新型圖像壓縮編碼方法相繼提出：，以及90年代初發(fā)展起來(lái)的基于模型的圖像編碼方法。這些缺點(diǎn)使得它們不適應(yīng)于需要較高壓縮比的應(yīng)用場(chǎng)合。傳統(tǒng)編碼技術(shù)包括脈碼調(diào)制、量化法、熵編碼、預(yù)測(cè)編碼、變換編碼、矢量編碼等十余種編碼方法。圖像壓縮編碼技術(shù)始于二十世紀(jì)四十年代末的電視信號(hào)數(shù)字化，至今己有將近六十年的歷史。為了解決這個(gè)問(wèn)題，必須對(duì)圖像進(jìn)行壓縮處理。近些年來(lái)，圖像技術(shù)發(fā)展十分迅速，這也推動(dòng)了多媒體娛樂(lè)、多媒體通信、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像頭和高清晰度電視等各類與圖片和視頻相關(guān)的產(chǎn)品的發(fā)展。重點(diǎn)研究了離散余弦算法的基本原理和實(shí)現(xiàn)步驟，對(duì)基于DCT變換的圖像壓縮技術(shù)的算法進(jìn)行了研究，并用MATLAB進(jìn)行了算法仿真，同時(shí)，利用MATLAB程序形象設(shè)計(jì)出圖形用戶界面，形象直觀的看到了圖像壓縮前后的鮮明對(duì)比，取得了較為理想的效果。圖像經(jīng)過(guò)離散余弦變換以后，在時(shí)域和頻域都具有良好的局部化特性，重建圖像中可以克服采用離散余弦變換編碼所固有的方塊效應(yīng)，而且與人類視覺(jué)特性相一致。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于MATLAB的圖像壓縮處理技 　　 術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn) 目 錄第一部分 畢業(yè)論文一、畢業(yè)論文第二部分 外文資料翻譯一、外文資料原文二、外文資料翻譯第三部分 過(guò)程管理資料一、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題任務(wù)書二、 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告三、 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期報(bào)告四、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)教師評(píng)閱表五、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)閱教師評(píng)閱表六、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯評(píng)審表2009 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）資料第一部分 畢業(yè)論文　?。?009 屆）本科生畢業(yè)論文基于MATLAB的圖像壓縮處理技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)系　　　　部： 電子與通信工程系 專 業(yè)： 通信工程 學(xué) 生 姓 名： 馬娟 班 級(jí)：05通信2 學(xué)號(hào) 2005043204 指導(dǎo)教師姓名： 劉光燦 職稱 教授 王路露 職稱 助教 最終評(píng)定成績(jī) 2009 年 6 月 長(zhǎng)沙學(xué)院本科生畢業(yè)論文基于MATLAB的圖像壓縮處理技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)系 部： 電子與通信工程系 專 業(yè)： 通信工程 學(xué) 號(hào)： 2005043204 學(xué)生姓名： 馬娟 指導(dǎo)教師： 劉光燦 教授 王路露 助教2009 年 6月摘 要圖像是一種重要的二維信號(hào)，由于其數(shù)據(jù)量很大，在存儲(chǔ)和傳輸?shù)臅r(shí)候要對(duì)其進(jìn)行壓縮處理。離散余弦變換是一種新興的數(shù)學(xué)工具，基于離散余弦變換的圖像壓縮技術(shù)正受到廣泛的關(guān)注和研究。論文主要研究了基于MATLAB的圖像壓縮算法，完成了以下一些工作：介紹了圖像壓縮的原理和方法，列舉了常用的圖像壓縮的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，在理論分析的基礎(chǔ)上深刻理解了圖像壓縮算法。關(guān)鍵詞：圖像壓縮，DCT變換，MATLAB仿真 ABSTRACTImage is important twodimension of the huge data it contains,i