基于DCT的图像压缩研究毕业论文.doc
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1、滨江学院 毕业论文(设计)题 目 基于DCT的图像压缩研究 院 系 滨江学院电子工程系 专 业 通信工程 学生姓名 学 号 20102300047 指导教师 职 称 副教授 二 一四 年 五 月 二十 日目录第一章 绪论21.1 本设计的研究背景21.2 本设计的应用前景31.3 主要设计方法3第二章 图像数据压缩的总体方案及过程32.1 图象数据压缩的可能性32.2 图象压缩编码技术32.2.1 图象编码技术的发展历史和现状32.2.2 离散余弦变换(DCT)42 .3 MATLAB 及其图象处理工具箱42.3.1 图象文件的读取52.3.2 图象文件的输出52.3.3 图象文件的显示5第三
2、章 图象压缩的主要内容53.1离散余弦变换实现图象压缩53.1.1 离散余弦变换主要原理53.2 Matlab仿真83.2.1 离散余弦变换仿真8第四章 图像压缩的仿真过程94.1 Matlab的仿真环境94.2 基于离散余弦变换的图像压缩94.2.1 图片的读取94.2.2 图像进行离散余弦变换104.2.3 图像进行离散余弦逆变换114.2.4 不同压缩比下的图像压缩124.3 基于小波变换的图象紧缩134.3.1小波变换原理134.3.2小波变换流程图134.4 与小波变换比较154.4.1流程图164.4.2实验结果对比174.5 结束语18参考文献19致谢21基于的图像压缩研究赵荣华
3、20102300047南京信息工程大学通信工程专业,南京 210044摘要:对于长途传递的图片,视频信号数字化后可以防止失真,所以愈来愈引起人们关注的是数字图像处理研究中的图象压缩技巧.图像编码压缩是本论文探究了基于DCT变更的方法进行的。1先阐述下图象紧缩在当代通讯中的必须性和紧迫性和MATLAB中的toolbox的有关常识,继而关键放在介绍了jpeg压缩编码的详细流程和方式,内容上具体阐述了编码中离散余弦变更方面。最终剖析了图象经由具有差别的紧缩比时,图像质地的转变情形。基于离散余弦幻化后的jpeg 图象处理法是非常有效的,它简易,轻便,既能保证比较好的压缩比,又能兼顾有较好的图象效果。2
4、关键词:离散的余弦变幻;图片紧缩; MATLAB toolbox; jpeg图象第一章 绪论1.1 本设计的研究背景 随着社会的不竭发展,科技的迅猛进步,人们会接触越来越多的数据信息,这些信息当中图像异军突起,显得尤为重要。但是信息的传输带宽比较窄,这样就会出现图像信息量特别大和传输带宽比较窄之间的矛盾。所以要解决这个矛盾,人们纷纷出谋划策,本文的计策就是对图像进行压缩处理,以减缩其所占空间。而众多的图象压缩处理中,基于离散的余弦变换的图象紧缩还是颇具优势的。 而今,跟着社会的发展和进步,特别是三大网的渐渐会容,最终达到移动通信的需求。多媒体通讯交易和现代图象的发展需要大批的纪录、保存和传输各
5、种各样的静止图象和动态的图象。他们需要设备稳定可靠,图象质地高,成本低,并能适应现代网络技术的飞速发展。必经之路是解决图象和视频信号的数字化,使其应用越来越广泛的数字图象相关技术。大量的信息在数字化的现代比传统的信息量更大,与人民的需求有关并且已经渗透到社会生活的方方面面中去。跟着社会的不断发展,图象讯息被大量体现在通讯中,但图象数据的一个最最显著点便是容量大。然而现如今的通讯信道的传输速度特别慢,这样大批的多媒体消息毫无疑问是无法实现及时传输的,于是,对图象和视频信息举行紧缩处理, 才能进行更有效的处理、保存和传输这些数据,是以还需要对图象压缩编码采取更深层次的的探究。31.2 本设计的应用
6、前景 离散余弦变换用途特别广泛,本文主要论述其用来图形压缩方面,但是它往往也用在信号处理和其他一些关键领域。离散的余弦变换他有其自身独特的特性和优势,比如他具有能量集中的特性。他可以将信号抑或是图形的信息集中到小的频段上。无论是对于静止图片还是对于动态图片,他都具有得天独厚之优势。谱分析中也常常运用到离散的余弦变换,可以说离散余弦变换具有广覆盖的运用范围,不过他最基本的还是用于图形处理当中,当然他不会一层不变,他将持续发展,以便跟上科技的脚步。可以毫不夸张的说,未来离散余弦变换仍将会有一席之地。41.3 主要设计方法DCT就是将二维图像从空间域转换到频率域,形象的说,就是计算出图形由哪些二维余
7、弦波构成,计算出的结果为a(f1 ,f2), 其中f1为二维波的水平方向频率,f2为二维波的垂直方向频率; 最终会计算出很多的a(f1,f2) ; 每一个a称为一个DCT系数,代表的是频率为(f1,f2)的二维波的能量,所有这些二维波的叠加就是那个原始的图片。我设计的方法是主要借助于matlab软件,我将会分别进行小波变换的图象紧缩仿真和离散的cosine变换的图象压缩仿真,继而将仿真得到的图象质地抑或是数据不断研究,对比离散的cosine变换的图像压缩和小波处理的图形压缩效果。在差不多抑或说相等的压缩比下比较图片压缩效果,进行两者的分析,得出基于离散的cosine变换和小波压缩法更适合于什么
8、样的压缩比,在什么状况下,采取哪一种压缩方式。5第二章 图像数据压缩的总体方案及过程2.1 图象数据压缩的可能性 图像信号可以进行压缩,可以从两个方面进行解释,其一是出于人类视力能力;另一方面是图象信号具有冗余大可以被压缩,并在解码时冗余也可以无失真地恢复。信息论和编码作为图象紧缩的理论基础,这就要求我们从信息论的视界出发,去除多余的信息。一幅图象存在着大批的数值上和视力冗余,于是,图象数据压缩也是必须的,也是可以实现的。2.2 图象压缩编码技术2.2.1 图象编码技术的发展历史和现状 在信息迅猛发展的当下,有一个规范的标准是必须的。于1948年,图象紧缩编码的研究工作限于条件还比较落后,目前
9、也只恢复了部分方法,就视觉特性而言,也只进行了有限的研究工作但是是非常宝贵的。1966,尼尔对PCM和DPCM进行了比较分析,并发布相关的成果;线性展望编码的实验接踵而至,同一年又进行了第一届图象编码集会。6之后又有人提出了如jpeg,mpeg-1,h.263等。在1968年,安卓维斯等人提出变换码,这使得图象压缩编码更上一层楼。目前的主要的研究方向有两个:A、做出机能更好、集成度好的图象编码芯片,这无疑使编码体系可靠性更高,代价下降。通过更好地执行现有的国际图像压缩编码方法。解决了基于编码的现有图片系统。例如:提高图象质地等。 B、而今,倡议的方法有:分辨率多,神经网络,几何编码,还有通过形
10、态数学的编码等等。72.2.2 离散余弦变换(DCT) 离散余弦变换分为一维,二维以及快速的离散的余弦变换,离散的余弦变换具体来讲还是根据傅氏变换的性质,不同的是将图象边界翻折,图象变更为偶函数的方式,图象再采用二维傅氏变换,然后就只有cos项,是以称它为DCT变换。一般情况来说,DCT属于正交变换编码中的一种。由于付氏变换是周期性的,然而实际上序列两边值往往是不同,因此在象块边界处形成一个跨跃,使得高频分量增加,变换系数分散,影响编码效率。由于对称作重复周期延拓后,边界上是连续的而没有突变成分,不会出现吉布斯现象。因此不会增加高频分量。所以与付氏相比,cosine变换编码中的高频成分只与象块
11、内容有关,而与象块划分无关。对于空间上具备很强相干的信息,反应在频域上就是特定的地方能量不时就聚合到了一起,系数矩阵的散布呈现了某些规律性。如果按照这些法则,我们可以达到压缩的目的。与变更后的照片相比,将产生更小的相干系数,该系数可以聚集在一个小的,离散余弦变换及其在图形压缩中的变换,使用方便,是一种用于图形压缩的国际标准的重头戏。 于原理上,变换图象采用离散的余弦方法,细节程度丰满了。先支分图象成88亦或是1616,然后图象离散余弦变换后进行传输;最后,DCT系数的解码,和逆DCT变换。虽然一个共同的图像,DCT值非常接近0,这是由于需要稳定的缘故。因此,利用DCT处理图象省空间。在处理中,
12、原来的摄影图象可以支解成88块,每个块进行变换。82 .3 MATLAB 及其图象处理工具箱 如果采用广泛使用的基本语言实现基于图象压缩编码算法的离散余弦变换是特别麻烦的,并对仿真结果都不是很有效。因此,利用toolbox来实现。 由于toolbox下大多是矩阵处理。Toolbox可进行图象紧缩,空间转变,图象加强,特性检测,去噪,图象支解等功能。工具箱中大部份函数均以开放式 MATLAB 言语编的,这表示可以查抄算法,改正源代码和建成自定义函数。9MATLAB软件里的toolbox供应了二维离散余弦变换反变换函数及DCT变换格式,大体如下:idct2(二维离散余弦反变换),其语法格式为:P=
13、idct2(Q) dct2(二维离散余弦变换),其语法格式为:1,Q = DCT2(P)DCT变换针对图象的每个元素值,Q离散余弦变换系数(z1,z2)。2,Q = DCT2(1,l)或Q = DCT2(1, l,n )如果l比n小,在DCT变换的图象,先将图象Q补零至l乘以n.。如果n比l大的话。就要将图象Q裁剪。2.3.1 图象文件的读取 MATLAB中的语法格式为: C=imread(filename,扩展格式)d,t=imread(filename,fmt)(图象文件的名称 文件名:图象文件格式。 picture =(P, imread,文件名,文件名读fmt)是图象的色彩信息在地图相
14、关的图象,在 0 1范围中自动地重新调整图片颜色信息的值。2.3.2 图象文件的输出 要是输出图象就利用MATLAB imwrite功能保存操作。语法:(imwrite,文件名,FMT),一个图象文件用图片文件名写。Imwrite(.文件名),图象信息的格式,使用展扩字段务必合理。2.3.3 图象文件的显示 在MATLAB中,能够挪用imshow函数来显示图象,其语法式样为:Image(X),X转化成图象数据。X是一个mn或MN3维矩阵。imshow函数的语法为:Imshow(a,b),展示一幅b个灰度级的图象a。imshow (filename)第三章 图象压缩的主要内容3.1离散余弦变换实
15、现图象压缩3.1.1 离散余弦变换主要原理 在jpeg图像压缩方法,对红绿蓝分量的压缩,为图像的亮度分量及色度分量,然后像素块的图像为8乘以8,提出了二维离散的余弦变换块为64的变换系数,其中的话一个直流系数,其余陆十三个交变系数,Z扫描和霍夫曼的离散余弦系数编码的下一个目标是实现图象紧缩。在此,我采用jpeg压缩算法里的基于离散的cos的图像压缩法对图片进行图片压缩。10基于DCT编码紧缩历程框图,如图1所示。原始图像数据分成88的小块DCT变换量化器量化表熵编码器码表压缩数据图1 基于DCT编码紧缩进程简化图图1是基于离散余弦变幻的图象紧缩编码的压缩过程,解压缩与上图的进程不同。在编码过程
16、中,输入图象的色彩空间转换成数据块,8乘以8,通过正向离散余弦变换的每个子块为64值离散余弦变换系数,即八乘以八空域图象子块的平均值,这当中有陆拾叁个是交变系数,只有 1个数值是直流系数。3.1.2 程序流程图 基于MATLAB的DCT图象压缩流程图: 从上到下的过程:开始;插入图片;像素块划分成8乘以8,DCT的变化;输入的量化表;扫描;选择一张图片进行不同的紧缩比的变换;反量化;反DCT变幻;体现所选图象的信噪比;最后结束。如程序流程图图2。11开始载入原始图片是YUV分解?NYRGB-YUV设置压缩比 设置原始图像图像已分解NY对图像分解DCT系数分解系数编排设置压缩比重排系数DCT反变
17、换压缩后的图像结束图2 图像压缩流程图流程图图2的过程是:首先,载入原始图片,在进行Matlab仿真时,要对原始图片进行灰度变换。然后进行YUV分解,之所以要进行yuv分解,是因为在颜色空间中,每个像素的每个组件级,255级,由一个8位代码表示。y和cBcR比较而言,人眼对y较敏感,因此会有yuv取样。继而对图象设置紧缩比进行紧缩,最后得到压缩后的图象。123.2 Matlab仿真3.2.1 离散余弦变换仿真现将离散余弦变换主程序流程图图3所示:开始载入原始图片将图片变换为灰色图片对图片进行DCT变换设置压缩比进行变换得到不同压缩比下的图片对比不同压缩下的图片结束图3 离散余弦变换 由于本设计
18、是基于Matlab图像处理箱上创新完成的,因此对Matlab中一些应有的图像子函数程序不再赘述,本流程图的核心在于进行img_dct = dct2(img);以及img2 = idct2(tmp_dct);直白的讲,便是进行离散的余弦正变换和离散的余弦反变换。图3操作过程中主要通过设置不同的压缩比率,然后再通过离散余弦逆变换得到图片,最后对比图片的效果以及图像质地。下面本文对该实验做具体介绍。第四章 图像压缩的仿真过程4.1 Matlab的仿真环境Matlab是现如今学术领域进行数据分析及应用,使用最广泛的软件,它对矩阵运算尤为擅长,并且提供了很好的人机交互界面。本论文操作环境采用Matlab
19、 7.0,使用的界面如图4所示。图4 Matlab7.0操作界面Matlab由命令窗口程序栏和其他几个模块构成,简洁,明了,操作方便。下面对本次试验的详细过程进行阐述。134.2 基于离散余弦变换的图像压缩4.2.1 图片的读取 Matlab中的语法为: A=imread(filename,fmt) X,map=imread(filename,fmt)(图象文件的名称 文件名:图象文件格式。 现在我们读取学校library图片如下:img=imread(library.jpg);imshow(img);使用imshow后显示图片,读取原始图片,如图5所示: 图5读取原始图片4.2.2 图像进行
20、离散余弦变换 接下来对原始图片进行DCT变换进行压缩处理,使用的语句如下:img_dct = dct2(img);Imshow(img_dct);从实验原理上说,离散余弦变换时将图片对折后,将图片从时域变换到频域上。而在频域上,图片的信息将是一系列的灰度值,图片是无法显现的,所以我想通过Matlab语句来验证我的猜想。 通过 img_dct = dct2(img);和Imshow(img_dct);然后显现出进行离散的余弦变换后的图片如图6所示:图6 离散余弦变换后的图象4.2.3 图像进行离散余弦逆变换 接下来对离散余弦变换设置压缩比,而后进行离散余弦逆变换,则会得到压缩后恢复的图片,Mat
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