【正文】 利用這些規(guī)律在頻域上減少量化比特數(shù)，達到壓縮的目的。變換編碼就是將圖像光強矩陣(時域信號)變換到系數(shù)空間(頻域信號)上進行處理的方法。需要提醒的是，JPEG的編碼過程需要進行正向離散余弦變換，而解碼過程則需要反向離散余弦變換。任何連續(xù)的實對稱函數(shù)的傅里葉變換中只含有余弦項，因此，余弦變換同傅里葉變換一樣具有明確的物理意義。注意，編碼時，程序從源數(shù)據(jù)中讀取一個8x8的數(shù)據(jù)塊后，進行DCT變換，量化，編碼，然后再讀取、處理下一個8*8的數(shù)據(jù)塊。源圖象中每點的3個分量是交替出現(xiàn)的，先要把這3個分量分開，存放到3張表中去。這樣的采樣方式，雖然損失了一定的精度但也在人眼不太察覺到的范圍內減小了數(shù)據(jù)的存儲量。在BMP圖片中，RGB三個分量各采用一個字節(jié)進行采樣，也就是我們常聽到的RGB888的模式；而JPEG圖片中，通常采用兩種采樣方式：YUV411和YUV422，它們所代表的意義是Y,Cb,Cr三個分量的數(shù)據(jù)取樣比例一般是4：1：1或者4：2：2（4：1：1含義就是：在2x2的單元中，本應分別有4個Y，4個U，4個V值，用12個字節(jié)進行存儲。研究發(fā)現(xiàn)，人眼對亮度變換的敏感度要比對色彩變換的敏感度高出很多。這是因為人眼對色彩的變化敏感，因而對色彩的編碼可以比對亮度的編碼粗糙些。 （式24）數(shù)據(jù)分塊采樣：在彩色圖像中，JPEG分別壓縮圖像的每個彩色分量。U = *R *G + *B。輸出圖像和輸出圖像是相同類別。RGB和YCrCb之間的轉換關系如下所示： Y = ++ Cb = ++128Cr = =+128 （式22） 一般來說，C 值 (包括 Cb Cr) 應該是一個有符號的數(shù)字, 但這里通過加上128，使其變?yōu)?位的無符號整數(shù)，從而方便數(shù)據(jù)的存儲和計算。JPEG采用的是YCrCb顏色空間，而BMP采用的是RGB顏色空間，要想對BMP圖片進行壓縮，首先需要進行顏色空間的轉換。在這種格式中，亮度信息單個分量Y來表示，彩色信息用倆個色差Cb和Cr來儲存。亮度分量描述灰度信息的，其他倆個分量攜帶電視信號的彩色信息。這種形式的有點是灰度信息和彩色信息是分離的，所以同一個信號既可以用于彩色電視，又可以用于黑白電視機。其中包括NTSC、YCbCr、HSV、CMY、CMYK和YUV色彩空間。輸入圖像色彩轉換圖像分塊Dct量化dc系數(shù) ac系數(shù)塊間DPCMZ字型掃描Huffman編 碼Huffman編 碼DC哈夫曼表壓縮數(shù)據(jù)AC哈夫曼表解 碼碼 表反量化量化表IDCT恢復的圖像數(shù)據(jù)量化表圖21JPEG圖像壓縮基本原理圖 顏色空間轉換以及圖像分量采樣工具箱用RGB圖像中直接描述顏色，或者在索引圖像中間接描述顏色，此時，彩色映射使用RGB格式來儲存。首先使用如離散余弦變換（DCT）或者小波變換這樣的傅立葉相關變換，然后進行量化和用熵編碼法壓縮。色度抽樣，這利用了人眼對于亮度變化的敏感性遠大于顏色變化，這樣就可以將圖像中的顏色信息減少一半甚至更多。所選擇的顏色定義在壓縮圖像頭的調色板中，圖像中的每個像素都用調色板中顏色索引表示。有損方法非常適合于自然的圖像，例如一些應用中圖像的微小損失是可以接受的（有時是無法感知的），這樣就可以大幅度地減小位速。對于如繪制的技術圖、圖表或者漫畫優(yōu)先使用無損壓縮，這是因為有損壓縮方法，尤其是在低的位速條件下將會帶來壓縮失真。圖像壓縮是數(shù)據(jù)壓縮技術在數(shù)字圖像上的應用，它的目的是減少圖像數(shù)據(jù)中的冗余信息從而用更加高效的格式存儲和傳輸數(shù)據(jù)。信息時代帶來了“信息爆炸”，使數(shù)據(jù)量大增，因此，無論傳輸或存儲都需要對數(shù)據(jù)進行有效的壓縮。數(shù)據(jù)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)。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。（2）人眼是圖像信息的接收端。通過分析知道本次設計要求主要是對圖像進行壓縮處理，涉及了JPEG圖像壓縮的環(huán)節(jié)，掌握其過程原理。 要求：將彩色圖像進行顏色空間轉換、對不同的顏色分量進行不同的采樣、對于3個分量進行88的DCT變換、對DCT系數(shù)矩陣按照JPEG推薦的量化表進行量化；對量化后的系數(shù)進行Z形掃描，最后進行熵編碼，形成碼流，計算比特數(shù)，和壓縮比。實驗結果表明基于DCT 變換的JPEG 圖像壓縮方法簡單、方便,既能保證有較高的壓縮比，又能保證有較好的圖像質量，應用MATLAB仿真出來的結果較好的反應了其編碼算法原理。通過運行JPEG仿真程序輸出了原圖像，重建圖像，以及二者的差值圖像，通過直觀比較，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過JPEG仿真程序壓縮后的圖像仍有很好的視覺效果。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(xiàn)代多媒體技術應用的迅速發(fā)展。多媒體通信畢業(yè)設計論文目錄目錄 1摘要 2Abstract 31. 設計要求 42. JPEG圖像壓縮原理 5 5 6 顏色空間轉換以及圖像分量采樣 6（DCT） 9 系數(shù)量化 10 Zigzag掃描排序 11 DC系數(shù)調制編碼 12 13 霍夫曼編碼 15 JPEG壓縮要求 16 JPEG解碼原理 163. 基于MATLAB的算法實現(xiàn) 21 JPEG壓縮設計 21 22 量化程序設計 23 Z掃描系統(tǒng)設計 24 霍夫曼編碼設計 254. 仿真 265. 總結 286. 參考文獻 29附錄1 30附錄2 33摘要圖像的數(shù)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)，必須進行數(shù)據(jù)的壓縮。本設計在研究JPEG壓縮編碼對圖像數(shù)據(jù)壓縮的基本原理的基礎上，設計了JPEG仿真方案和程序實現(xiàn)流程，根據(jù)流程圖編寫了JPEG壓縮編碼的仿真程序，并利用MATLAB軟件對仿真程序進行了調試，驗證了JPEG壓縮編碼對圖像數(shù)據(jù)壓縮的可行性。通過對輸出的壓縮比，峰值信噪比等參數(shù)的研究，科學的論證了JPEG壓縮編碼對圖像數(shù)據(jù)巨大的壓縮效果以及良好的壓縮質量。關鍵詞：JPEG，DCT，MATLAB，圖像壓縮AbstractDigital images that make highquality image signal can be transmitted, and to facilitate image retrieval, analysis, processing and storage. But the digital images that require large amounts of data, the data must be pressed. Therefore, image pression coding technology research is particularly meaningful, and because the image pression technology and transmission technology continues to develop, update and promote the application of modern multimedia technology to develop rapidly. I have JPEG pression indepth study on the basic principles of image data pression based on JPEG emulator hands drawn flow chart, flow chart was prepared according to JPEG pression simulation program, and the simulation program using MATLAB software was debugged to verify the JPEG pression of image data pression is feasible. Simulation program by running the output of the original JPEG image, reconstructed image, and the difference between the two images, by visual parison, found through simulation program pressed JPEG image is still very good visual effects. Compression ratio on the output peak signal to noise ratio and other parameters of the study, scientific proof of the JPEG image data pression coding of the great pression and good pression quality. Keywords:JPEG, Huffman, DCT, quantization, MATLAB simulation1. 設計要求圖像通信之前需要進行數(shù)據(jù)量壓縮，編程實現(xiàn)JPEG圖像壓縮標準的主要環(huán)節(jié)，完成壓縮和解壓過程，計算壓縮比。解壓從量化后的DCT系數(shù)表開始逆向進行。2. JPEG圖像壓縮原理圖像壓縮是減少表示數(shù)字圖像時需要的數(shù)據(jù)量圖像數(shù)據(jù)的壓縮基于兩點：（1）圖像信息存在著很大的冗余度，數(shù)據(jù)之間存在著相關性，如相鄰像素之間色彩的相關性等。因此，可利用人的視覺對于邊緣急劇變化不敏感（視覺掩蓋效應），以及人眼對圖像的亮度信息敏感、對顏色分辨率弱的特點實現(xiàn)高壓縮比，而解壓縮后的圖像信號仍有著滿意的主觀質量。圖像數(shù)據(jù)的冗余主要表現(xiàn)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。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。在遙感技術中，各種航天探測器采用壓縮編碼技術，將獲取的巨大信息送回地面。圖像壓縮可以是有損數(shù)據(jù)壓縮也可以是無損數(shù)據(jù)壓縮。如醫(yī)療圖像或者用于存檔的掃描圖像等這些有價值的內容的壓縮也盡量選擇無損壓縮方法。無損圖像壓縮方法有：行程長度編碼熵編碼法如 LZW 這樣的自適應字典算法有損壓縮方法有：將色彩空間化減到圖像中常用的顏色。這種方法可以與 抖動(en:dithering)一起使用以模糊顏色邊界。變換編碼，這是最常用的方法。分形壓縮（en:Fractal pression）。然而，還有其他的色彩空間（又稱彩色模型），他們的應用有時會更加方便或更加恰當。NTSC色彩空間：NTSC彩色制式在美國用于電視系統(tǒng)。在NTSC制式中，圖像數(shù)據(jù)是有三部分組成的：亮度Y、色調I和飽和度Q，其中字母YIQ選擇常常是按照慣例進行的。YIQ這幾個分量都是利用如下變換從一副RGB分量中得到的：Y=++I=Q=+ （式21）根據(jù)以上可以得到rgb2ntsc可執(zhí)行這樣的變換yiq_image=rgb2ntsc(rgb_image)同上理：IPT函數(shù)ntsc2rgb用于實現(xiàn)ntsc轉換為RGB：rgb_image=ntsc2rgb(yiq_image)YCbCr彩色空間：YCbCr1Cb是藍色分量和一個彩色空間廣泛用于數(shù)字電視。分量Cb是藍色分量和一個參考值的差，分量Cr是紅色分量和一個參考值的差。YCrCb顏色空間中，Y代表亮度，Cr,Cb則代表色度和飽和度(也有人將Cb,Cr兩者統(tǒng)稱為色度)，三者通常以Y,U,V來表示，即用U代表Cb，用V代表Cr。 R = Y+(Cr128) G = (Cb128)(Cr128)B = Y+(Cb128) （式23）通過以上的算法可以得到轉換函數(shù)ycbcr_image=rgb2ycbcr(rgb_iage)輸入的圖像可以是uint8類、uint16類或者double類。YUV色彩空間：YUV色彩空間和YCrCb類似，其計算方法如下：Y = *R + *G + *B。V = *R *G *B。雖然JPEG可以壓縮通常的紅綠藍分量，但在YCbCr空間的壓縮效果會更好。這主要體現(xiàn)在不同的采樣頻率和量化精度上，因此，編碼前一般先將圖像從RGB空間轉換到YCbCr空間。因此，我們可以認為Y分量要比Cb,Cr分量重要的多。經(jīng)過4:1:1采樣處理后，每個單元中的值分別有4個Y、1個U、1個V，只要用6個字節(jié)就可以存儲了）。當然，JPEG格式里面也允許將每個點的U,V值都記錄下來；由于后面的DCT變換是是對8x8的子塊進行處理的，因此，在進行DCT變換之前必須把源圖象數(shù)據(jù)進行分塊。然后由左及右，由上到下依次讀取8x8的子塊，存放在長度為64的表中，即可以進行DCT變換。1 2 5 63 4 7 8……Y矩陣 Cb Cr1 2 3 ……8 16 M 8 M/2 8 M/2 8M/2 8M/2圖22矩陣分塊圖（DCT）DCT（Discrete Cosine Transform，離散余弦變換），是碼率壓縮中常用的一種變換編碼方法。DCT是先將整體圖像分成N*N的像素塊，然后針對N*N的像素塊逐一進行DCT操作。正向離散余弦變換計算公式：反向離散余弦變換計算公式：DCT編碼屬于正交變換編碼方式，用于去除圖像數(shù)據(jù)的空間冗余。在空間上具有強相關的信號，反映在頻域上是在某些特定的區(qū)域內能量常常被集中在一起，或者是系數(shù)矩陣的分布具有某些規(guī)律。圖像經(jīng)DCT變換以后，DCT系數(shù)之間的相關性就會變