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1、 通信工程专业毕业设计题 目图像编码技术研究 / 理工学院本科毕业设计任务书院(系)物理与电信工程学院 专业班级通信工程(通信1102)学生任蕾 一、毕业设计题目图像编码技术研究 二、毕业设计工作自2014年12月9日 起至2015年 6月20日止三、毕业设计进行地点:四、毕业设计应完成容与相关要求：容要求：模拟图像信号数字化是对信号在时间上抽样、幅度上分层并转换为数码的过程。这一典型的数字化过程大大增加对传输信道容量的要求。因此，在图像数字化的同时，往往必须进行频带压缩。只有将图像数字化后对传输信道容量的要求降低到接近于、甚至小于图像模拟传输时的数值，图像的数字传输才有可能得到广泛应用。图像
2、编码方案图像编码系统的发信端基本上由两部分组成。首先,对经过高精度模-数变换的原始数字图像进行去相关处理，去除信息的冗余度；然后，根据一定的允许失真要求，对去相关后的信号编码即重新码化。一般用线性预测和正交变换进行去相关处理；与之相对应，图像编码方案也分成预测编码和变换域编码两大类。五、毕业设计应收集资料与参考文献：图像编码方向硕博论文10篇，外文文献3篇以上，近年中文文献10篇以上。六、毕业设计的进度安排：1-3周：查找资料，文献。 4-7周：研究现有图像预测编码、变换域编码，对编码的算法作详细研究整理。 8-11周：对现有的编码算法在MATLAB下仿真验证。 12-14周：分析试验结果，对
3、比各种增强算法的优点和缺点，尝试改进算法。 15-17周：撰写毕业论文，完成毕业答辩。 指导教师签名莉 专业负责人签名熊晓军王战备 学院领导签名批准日期2015-01-11图像编码技术研究任蕾（理工学院 物理与电信工程学院 通信工程专业 通信1102班， 723003）指导教师：莉 摘要图像编码是指在满足一定质量（信噪比的要求或主观评价得分）的条件下，以较少比特数表示图像或图像中所包含信息的技术。本文研究了霍夫曼编码、算术编码、DPCM编码的数学模型、原理，对这几种编码算法进行详细描述比较。最后在matlab下对以上三种算法进行仿真，验证了各种算法特性。 关键词图像编码；matlab;霍夫曼编
4、码;算术编码;DPCM编码。Image Compression Encoding AlgorithmRen Lei(Grade11,Class2,Major of Communication Engineering，School of Physics and Telecommunication Engineering , Shaanxi University of Technology, Hanzhong 723003,China)Tutor:Chen LiAbstract:Image coding is a technology of showing image or information
5、 in images,which must be in certain qualities such as the SNR requirment and subjective evaluation.This paper studies the mathematic model and principle of Huffman coding ,arithmetic coding and DPCM coding,the algorithms are compared and described in detail.Finally ,three algorithms are simulated in
6、 Matlab and their charicteristics are verified.keyword:Image coding;matlab；Huffman coding；arithmetic coding；DPCM coding.目录1绪论11.1图像编码的研究意义11.2图像编码的研究现状和发展11.3本课题的主要工作12 图像编码概述22.1图像编码的必要性和可能性22.2图像编码方法分类32.3 图像编码质量的评价42.3.1 图像质量的客观评价42.3.2 图像质量评价的主观准则53.霍夫曼编码原理与实现与其性能对比63.1霍夫曼编码63.2霍夫曼编码的基本原理63.3 霍夫
7、曼编码的实现过程73.4霍夫曼编码的实现与评价83.4.1编码结果83.4.2霍夫曼编码的客观评价93.4.3霍夫曼编码的主观评价93.4.4实验结果分析94.算术编码原理与实现与其性能对比104.1算术编码104.2算术编码的基本原理104.3算术编码的实现过程114.4算术编码的实现与评价134.4.1编码结果134.4.2算术编码的客观评价134.4.3算术编码主观评价134.4.4实验结果分析145.DPCM编码原理与实现与其性能对比145.1 DPCM编码145.2 DPCM编码的基本原理145.3 DPCM编码的实现过程165.4 DPCM编码的实现与评价195.4.1编码结果19
8、5.4.2DPCM的客观评价195.4.3DPCM的主观评价195.4.4实验结果分析196.结论20致21附录A 英文文献原文37附录B 英文文献翻译37附录C 源程序501绪论1.1图像编码的研究意义 以通信技术和计算机为主的信息技术高速发展，信息技术的广泛使用正在悄悄改变着人们的生活和生产方式。在未来的信息世界中，大部分的信息是以数字化的方式来表示、存储和传输的，而在这些数字化信息中绝大部分是图像信息。数字化的图像占的空间是非常大的，例如，一幅普通的未经编码的图片大概要占到几兆的存储空间，仅仅1秒钟没有压缩的数字视频所占的存储空间将达到上百兆的字节，这对于目前存储空间和传输宽带来说是难以
9、承受的。为了能对图像信息进行有效的处理，对数字图像信息进行压缩是大势所趋。数字图像编码技术被广泛应用到多媒体、通讯、医学等各个领域，在未来的科技领域，它必然具有强大的生命力和无限的发展空间。图像编码不仅是各种媒体压缩和传输的基础，也是影响媒体压缩效果好坏的关键因素1。基于这种考虑，本文主要研究图像的编码技术。1.2图像编码的研究现状和发展 图像数据是众多数据类型中的一种，也是数据压缩的一个关键部分，因为图像具有与文字、语音等其他数据不同的特点，所以需要特别加以研究。 图像编码的目的是为了减少原始数据的数据量，即以最少的比特数来表示原来的图像，同时又要能保持原图像的质量，满足设定的要求2。编码减
10、少了数据的存储空间，这样无论是在数据传输还是在数据处理的时候都会给我们带来非常大的便利。 我们从信息源得到的数据是含有冗余数据的，如果去掉这些冗余数据，就可以使得数据量减少，而且数据之间也具有一定的相关性，如果去掉这些相关性，然后对数据进行恰当的编码，那么，也可以减少原始数据的数据量；如果再在一定的程度上损失一些关系并不是很大的数据，同样也能使原始数据的数据量减少。 信息论为数据的编码提供了理论基础，信息论认为每个信源中都或多或少的含有自然冗余度，这些冗余度有的来自于信源本身的相关性，又有的来自于信源概率分布的不均匀性中。只要能够找到改变概率分布不均匀性和去除相关性的相关方法和手段，就可以有效
11、的实现数据的编码。 图像编码是信源编码的一种，但是它真正作为一种科学研究，仅仅只有六十年左右3。由于分类思路不一样，可以有不同的分类方法。由压缩的方向分类，可以分为无损压缩编码和有损压缩编码两种，有损压缩又称之为统计压缩；而根据现有的常用的编码方法，又可以划分成三类编码方法：统计编码、预测编码和变换编码。 从技术革命的方向，Kunt提出过第一代、第二代图像编码的概念，他把1948年1988年这40年中研究的基于去除冗余度的编码方法称为第一代编码，如PCM、DPCM、DM、亚取样编码法等，变换领域的DFT、DCT、沃尔什哈达玛（DWHT）变换编码等，以与以此为基础的混合编码法均属于经典的第一代编
12、码法4。第二代编码方法多是80年代以后提出的新的编码方法，如金字塔编码、分形编码、基于神经网络的编码、小波变换编码、模型基编码、分形压缩等。 1991年，国际电报咨询委员会(CCITT)和国际标准化组织(ISO)联合组成的专家组，共同制定了静止图像的数码率压缩标准（1994年正式通过），即JPEG（TheJoint Photographic Expert Group）5，它采用了DCT变换，而最近才提出的新的国际标准JPEG2000则已经采用了小波变换。1.3本课题的主要工作 本课题为“图像编码技术研究”，首先对目前流行的多种图像压缩编码算法进行详细的分析，并给出多种编码算法对图像进行压缩的具
13、体实现程序，为以后研究各种编码算法的优劣打下基础。 工作的重点是研究各种编码算法具体实现图像压缩是的优劣，具体从图像编码前后的质量对比以与实现压缩所需要的时间两个方面进行比较。为了实现以上目标，本文主要做了以下的工作： （1）编译合适的程序，对于每种编码算法都编译对应的压缩程序，以期达到良好的压缩效果，为以后评比个压缩编码算法的优劣做准备。 （2）编译出用于图像压缩前后质量客观评定的程序，即求出压缩前后图片的PSNR（峰值信噪比），均方根误差（mse）,程序运行时间，图像压缩比。 （3）搜集图像压缩前后质量主观评定的数据，即把压缩前后的图片让观察者打分，根据图像压缩质量主观评定准则打分，然后根
14、据公式给出每种编码的具体得分。 （4）从客观和主观两个方面来评定上述几种编码方式的优劣。2 图像编码概述在20世纪3040年代开始慢慢了形成图像编码的理论，1948年香农提出能使信源与信道匹配的香农编码，1949年香农在有噪声时的通信一文中提出了信道容量的概念和信道编码定理，为信道编码奠定了理论基础。从香农的编码定理中可以了解到只要信息传输速率小于信道容量，就存在这样一类编码，使信息传输的错误概率可以任意小，也就是说在不产生任何失真的前提下，通过合理的编码，对每一个信源符号分配不等长的码字，平均码长可以无限接近信源的熵6。在这个理论框架下出现了几种不同的无失真信源编码方法，如霍夫曼编码，算术编码，字典编码等，这些方法应用于一幅数字图像，压缩率一般不超过2。随着科学技术的发展，人们对压缩率的要求越来越高，现在出现了更多的编码方法，主要有KTL编码，分形编码，模型编码，子带编码，基于小
