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1、精品毕业论文数字图像数字图像 JPEG 压缩编码算法研究压缩编码算法研究 摘摘 要要图像的数字化表示使得图像信号可以高质量地传输，并便于图像的检索、分析、 处理和存储。但是数字图像的表示需要大量的数据，必须进行数据的压缩。因此图像 压缩编码技术的研究显得特别有意义，也正是由于图像压缩编码技术及传输技术的不 断发展、更新，推动了现代多媒体技术应用的迅速发展。 本设计在研究 JPEG 压缩编码对图像数据压缩的基本原理的基础上，设计了 JPEG 仿真方案和程序实现流程，根据流程图编写了 JPEG 压缩编码的仿真程序，并利用 MATLAB 软件对仿真程序进行了调试，验证了 JPEG 压缩编码对图像数据
2、压缩的可行 性。 通过运行 JPEG 仿真程序输出了原图像，重建图像，以及二者的差值图像，通过直 观比较，发现经过 JPEG 仿真程序压缩后的图像仍有很好的视觉效果。通过对输出的压 缩比，峰值信噪比等参数的研究，科学的论证了 JPEG 压缩编码对图像数据巨大的压缩 效果以及良好的压缩质量。关键词关键词:JPEG，Huffman，DCT，量化，MATLAB 仿真精品毕业论文JPEG digital image compression coding algorithm studyABSTRACTDigital images that make high-quality image signal c
3、an 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 compressed. Therefore, image compression coding technology research is particularly meaningful, and because the image compression techno
4、logy and transmission technology continues to develop, update and promote the application of modern multimedia technology to develop rapidly. I have JPEG compression in-depth study on the basic principles of image data compression based on JPEG emulator hands drawn flow chart, flow chart was prepare
5、d according to JPEG compression simulation program, and the simulation program using MATLAB software was debugged to verify the JPEG compression of image data compression is feasible. Simulation program by running the output of the original JPEG image, reconstructed image, and the difference between
6、 the two images, by visual comparison, found through simulation program compressed 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 compression coding of the great compr
7、ession and good compression quality. Keywords:JPEG, Huffman, DCT, quantization, MATLAB simulation精品毕业论文目目 录录引言引言 6 第第 1 章章 绪论绪论 7 1.1 静态图像压缩编码技术简介.7 1.1.1 图像压缩的几种方法.8 1.2 JPEG 图像压缩的国际标准 9 1.3 JPEG 压缩编码技术的目的与意义 10 1.4 毕业设计内容.10 第第 2 章章 JPEG 图像压缩原理图像压缩原理 11 2.1 图像压缩技术基础.11 2.2 JPEG 压缩编码基本原理 .12 2.2.1
8、颜色空间转换 数据分块及采样12 2.2.2 离散余弦变换（DCT）13 2.2.3 系数量化13 2.2.4 Z 形扫描.14 2.2.5 编码15 2.3 Huffman 编码简介. 18 2.4 小结 19 第第 3 章章 基于基于 MATLAB 的算法实现的算法实现 20 3.1 基于 DCT 的 JPEG 图像压缩编码理论算法及 MATLAB 仿真基础 20 3.1.1 基于 DCT 的 JPEG 图像压缩编码算法的表述 . 20 3.1.2 结合 MATLAB7.0 仿真对上述算法的几点解释. 20 3.2 MATLAB7.0 仿真程序实现.21 3.2.1 运行环境说明 21 3
9、.2.2 程序流程图及实现21 第第 4 章章 实验结果及分析实验结果及分析25 4.1 程序运行结果显示25 4.2 结果分析.26 4.3 总结26 结论与展望结论与展望. 27 致谢致谢.28 参考文献参考文献. 29 附录附录 A30 外文文献30 附录附录 B34 主要参考文献及摘要34 附录附录 C36 程序清单 36精品毕业论文插图清单插图清单图 2-1 JPEG 压缩编码基本原理图. 12 图 2-2 矩阵分块图.13 图 2-3 量化示意图. 14 图 2-4 zig-zag 扫描示意图 . 14 图 2-5 Z 形排序过程 15 图 2-6 编码的流程图. 16 图 2-7
10、 完整 AC 编码图17 图 3-1 JPEG 仿真程序流程图. 22 图 4-1 原图像.25 图 4-2 重建图像.25 图 4-3 差值图像26精品毕业论文表格清单表格清单表 2-1 亮度量化值表 .13 表 2-2 色度量化值表.14 表 2-3 Y 矩阵 DC 差值参考表.16 表 2-4 Cb、Cr 矩阵 DC 差值参考表.17精品毕业论文引言引言随着微电子、计算机和传感器等技术的高速发展，世界已进入信息时代，信息时 代的重要特征是信息的数字化。这些信息包括：数值、文字、语言、声音、图形、动 画、电视、视频图像等多种多媒体信号。这些多媒体信号由模拟量转换成数字量信息 后，送到计算机
11、存储，存储后的数据或者仍由计算机对其自身进行处理，或者将通过 传输通道进行传输。 图像、声音等媒体信息的记录、存储正朝着数字化的方向发展。而这些被数字化 了的图像、音频等信号的数据量之大是非常惊人的。通常媒体信号经过数字化处理之 后形成的数据量非常庞大，这些大容量的数据无疑对存储器容量、计算机的速度都造 成极大的压力。解决这一问题，如果单纯用扩大存储器容量，在存储和处理的时候不 仅因图像数据量大而造成大量问题，同时在图像数据的传输过程中也因为网络带宽的 限制而极大的制约着网络多媒体技术的发展。网络通信技术的飞速发展，使得网络上 传输的数据量将越来越多，数据的复杂度也越来越大。单纯靠增加通信干线
12、的传输率 的办法是不现实的。但是如果能通过数据压缩手段把信息数据量压缩下来，以压缩的 形式存储和传输，即节约了存储空间，又提高了通信干线的传输效率，同时也使计算 机能实时处理高质量的音频、视频信息。通过压缩图像数据，最直接的后果就是减少 了传输图像所需的带宽，同时不需要额外的物理设备和存储容量，便可达到传输更多， 更精确的信息，从而减少了一系列问题。使用图形、声音、动画、活动图像等多媒体 信息时，特别是具有较高的质量要求时，不仅需要占用相当大的存储空间，而且需要 相当高的数据传输率。因此可以看出，对静态图像进行压缩是绝对必要的。 从以上的论述可以看出图像数据必然要通过压缩，但是这种压缩是否可行
13、？压缩 后的数据是否会影响到图像的品质？信息论的核心理论将证明图像压缩技术具有可行 性并有待于进一步优化。 信息论的观点认为信源中心总是或多或少地含有自然冗余度，这些冗余度既来自 信源本身的相关性，又来自信源概率分布的不均匀性。这些冗余包括空间冗余、时间 冗余、信息熵冗余、结构冗余、知识冗余、视觉冗余、图像区域的相同性冗余等多种 图像冗余。这些冗余大部分来自图像数据自身，一部分来自外界环境和主观因素。对 于这些冗余，根据它们对图像生成的影响程度来分，信息熵冗余和图像区域的相同性 冗余是造成图像信息量大于其要表达的信息量的主要原因1。 图像压缩编码是在对数字图像进行大量统计分析，在掌握和了解图像
14、信息的统计 特性的基础上，充分利用图像本身的相关性强的特点，寻求消除或减少相关性或改变 图像信源概率分布不均匀性的方法，以实现数据的压缩。精品毕业论文第第 1 章章 绪论绪论1.1 静态图像压缩编码技术简介 图像压缩编码技术可以追溯到1948年提出的电视信号数字，到今天已经有近60年 的历史了。Kunt提出了第一代数据压缩编码的概念。他把20世纪40年代中研究的以去 除冗余为基础的编码方法称为第一代编码2。如PCM（pulse code modulation，脉冲编 码调制），DPCM （differential pulse code modulation，差分脉冲编码调制）、亚取样 编码法、
15、变换编码中的DFT（discrete Fourier transform，离散傅里叶变换）， DCT（discrete cosine transform，离散余弦变换）等方法以及以此为基础的混合编码法 属于经典的第一代编码方法。直至五十年代和六十年代的图像压缩技术由于受到电路 技术等的制约，仅仅停留在预测编码、亚采样以及内插复原等技术的研究上，而且还 很不成熟。A. Huffman于1952年第一次发表了他的论文“最小冗余度代码的构造方法”， 从此，数据压缩开始在商业程序中实现并被应用在许多技术领域。 第二代数据压缩编码从20世纪90年代开始，数学家们因为不满足于Huffman编码中 的某些致
16、命弱点，设计出另一种更为精确，更能接近信息论中“熵”极限的编码方法 算术编码。在算术编码的基础上又发展了变换编码，如金字塔编码法、Fractal编码。 其中最具有代表性的是LZ77和LZ78，将基于这一思路的编码方法称作“字典”式编码。 字典式编码不但在压缩效果上大大超过了Huffman，而且易于实现，其压缩和解压缩的 速度也异常惊人。1984年，LZ78算法的一个变种LZW（Lewpel-Ziv式中 表 示的阵列为 NN. 二维 DCT 反变换(IDCT)解析式定义可以表示为:（3-2） 而在应用 MATLAB 仿真实现中,主要是在解析式定义基础上采用二维 DCT 变换的矩 阵式定义来实现的,矩阵式定义可以表示为:（3-3） 其中f(x,y)是空间数据阵列,F(u,v)是变换系数阵列,A是变换矩阵,AT 是A的 转置. 2 DCT 系数的量化 系数量化是一个十分重要的过程,是造成 DCT 编解码信息损失(或失真)的根
