畢業(yè)設(shè)計(jì)--基于matlab的圖像壓縮處理技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)

1、<p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）資料</p><p>　　術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn) </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一部分 畢業(yè)論文</p><p><b>　　一、畢業(yè)論文</b></p><p>　　第二部分 外文資

2、料翻譯</p><p><b>　　一、外文資料原文</b></p><p><b>　　二、外文資料翻譯</b></p><p>　　第三部分 過程管理資料</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題任務(wù)書</p><p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報告</p>

3、;<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期報告</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)教師評閱表</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評閱教師評閱表</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯評審表</p><p><b>　　2009 屆</b></p><p>　　本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論

4、文）資料</p><p>　　第一部分 畢業(yè)論文</p><p><b>　　-</b></p><p><b>　?。?009 屆）</b></p><p><b>　　本科生畢業(yè)論文</b></p><p>　　基于MATLAB的圖像壓縮處理技術(shù)的

5、研究與實(shí)現(xiàn)</p><p>　　2009 年 6 月</p><p><b>　　**</b></p><p>　　基于MATLAB的圖像壓縮處理技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)</p><p>　　系 部： 電子與通信工程系 </p><p>　　專 業(yè)： 通信工程

6、 </p><p>　　學(xué) 號： </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　指導(dǎo)教師： ** 教授</p><p><b>　　** 助教</b></p><p><b>　　2009 年 6月&

7、lt;/b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　圖像是一種重要的二維信號，由于其數(shù)據(jù)量很大，在存儲和傳輸?shù)臅r候要對其進(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。圖像經(jīng)過離散余弦變換以后，在時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

8、應(yīng)，而且與人類視覺特性相一致。</p><p>　　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價標(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。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，利用MATLAB程序形象設(shè)計(jì)出圖形用戶界面，形象直觀的看

9、到了圖像壓縮前后的鮮明對比，取得了較為理想的效果。</p><p>　　關(guān)鍵詞：圖像壓縮，DCT變換，MATLAB仿真 </p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Image is important two-dimension signal.Because of the huge data it contain

10、s,image must be compressed when it is stored or transported.The discrete cosine transform (DCT) is rising mathematical tool. The technology of image compression based on discrete cosine transform has drawn much attention

11、 and has been researched broadly. When a image is transformed by the discrete cosine transform,it has favorable localize characteristic in both time-domain and frequence-region.And in the rebuild image the</p><

12、;p>　　This paper is mainly about the image compression algorithm based on MATLAB, and complete these work:Introduced the theory and technique of image compression,Enumerated the prevalent image compressional evaluation

13、 criteria and technical standards, based on the theoretical analysis I understanding the image compression algorithm profoundly. The paper discusses the basic principles and implementation steps of image DCT transform te

14、chnique. carries research on the algorithm of image compression base</p><p>　　Keywords: Image compression ,DCT transform ,Simulation by MATLAB</p><p><b>　　目 錄</b></p><p&g

15、t;<b>　　摘 要I</b></p><p>　　ABSTRACTII</p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 論文研究背景及意義1</p><p>　　1.2 圖像壓縮技術(shù)的歷史與現(xiàn)狀1</p><p>　　1.3

16、 離散余弦變換及其在圖象壓縮中的應(yīng)用2</p><p>　　1.4 論文研究的主要內(nèi)容2</p><p>　　第2章圖像壓縮的基本原理4</p><p>　　2.1 圖象壓縮評價標(biāo)準(zhǔn)4</p><p>　　2.1.1 客觀標(biāo)準(zhǔn)4</p><p>　　2.1.2 主觀標(biāo)準(zhǔn)5</p>

17、<p>　　2.2 圖像壓縮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)5</p><p>　　2.3 圖像壓縮的分類8</p><p>　　2.4 圖像壓縮處理技術(shù)基本理論9</p><p>　　2.4.1 圖像壓縮的基本原理9</p><p>　　2.4.2 圖像壓縮的基本模型10</p><p>　　第3章 離散余弦變

18、換的MATLAB實(shí)現(xiàn)12</p><p>　　3.1 MATLAB圖像處理工具箱12</p><p>　　3.2 離散余弦變換的定義12</p><p>　　3.3 離散余弦變換的基本原理與算法13</p><p>　　3.3.1 離散余弦變換的基本原理13</p><p>　　3.3.2 離散余

19、弦變換算法15</p><p>　　3.4 離散余弦算法的實(shí)現(xiàn)15</p><p>　　第4章 離散余弦變換的界面實(shí)現(xiàn)17</p><p>　　4.1 圖形用戶界面簡介17</p><p>　　4.2 界面設(shè)計(jì)的MATLAB實(shí)現(xiàn)17</p><p>　　4.2.1 界面設(shè)計(jì)總體概述17</p&

20、gt;<p>　　4.2.2 界面設(shè)計(jì)具體實(shí)現(xiàn)18</p><p>　　第5章 運(yùn)行結(jié)果顯示及分析20</p><p>　　5.1 離散余弦變換的算法實(shí)現(xiàn)20</p><p>　　5.1 離散余弦變換的界面實(shí)現(xiàn)20</p><p>　　5.5 設(shè)計(jì)過程中的疑難及改進(jìn)22</p><p>

21、<b>　　結(jié) 論23</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)24</b></p><p><b>　　附 錄25</b></p><p><b>　　致 謝27</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b

22、></p><p>　　1.1論文研究背景及意義</p><p>　　人們在自然界中感受到的最重要的信息就是圖像信息，隨著多媒體技術(shù)和通訊技術(shù)的日益發(fā)展，圖像也成為了信息技術(shù)所處理的重要對象。近些年來，圖像技術(shù)發(fā)展十分迅速，這也推動了多媒體娛樂、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。</p><p>　　圖像信息的數(shù)

23、據(jù)量非常的大，隨著各種成像設(shè)備的分辨率的不斷提高，單幅圖像所包含的數(shù)據(jù)量也越來越大，大數(shù)據(jù)量的圖像信息會給存儲器的存儲容量、通信信道的帶寬以及計(jì)算機(jī)的處理速度增加極大的壓力。為了解決這個問題，必須對圖像進(jìn)行壓縮處理。數(shù)字圖像壓縮編碼的目的就是要以盡可能少的比特數(shù)來表征圖像，同時保持恢復(fù)圖像的質(zhì)量，對圖像編碼和解碼算法的研究，己經(jīng)受到人們越來越多的關(guān)注，成為近些年信息技術(shù)中的熱點(diǎn)。</p><p>　　1.2圖像壓

24、縮技術(shù)的歷史與現(xiàn)狀</p><p>　　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數(shù)字化，至今己有將近六十年的歷史。在這幾十年的時間內(nèi)，出現(xiàn)了大量的圖像壓縮方法和理論M.Kunt將圖像壓縮的編碼理論及方法分為兩代：傳統(tǒng)的壓縮編碼方法和新型圖像編碼方法。傳統(tǒng)編碼技術(shù)包括脈碼調(diào)制、量化法、熵編碼、預(yù)測編碼、變換編碼、矢量編碼等十余種編碼方法。然而隨著人們對這些傳統(tǒng)編碼方法的深入應(yīng)用，也逐漸發(fā)現(xiàn)了這些方法的許多缺

25、點(diǎn)：比如在傳統(tǒng)的編碼方法中由于正交變換時頻局域性很差，變換后的系數(shù)失去了對原圖像精細(xì)結(jié)構(gòu)的描述，從變換圖像得不到原圖像邊緣輪廓等局部信息，因此，在量化編碼時無法采用特殊方法；高壓縮比時它還導(dǎo)致圖像的邊緣輪廓模糊顯現(xiàn)和出現(xiàn)嚴(yán)重的方塊效應(yīng)；而且人類視覺系統(tǒng)(Humna Visual Sysetm，即HVS)的特性也不易被引入到壓縮算法中。這些缺點(diǎn)使得它們不適應(yīng)于需要較高壓縮比的應(yīng)用場合。</p><p>　　80年代

26、中后期，人們結(jié)合模式識別、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)視覺、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波分析和分形幾何等理論，開始探索圖像信號壓縮編碼的新途徑。同時考慮到人類的視覺心理特性，新型圖像壓縮編碼方法相繼提出：M.Kuni于1985年提出基于人眼視覺特性的第二代圖像編碼技術(shù)，1988年M.Barnsley提出基于迭代函數(shù)系統(tǒng)的分形圖像編碼技術(shù)，以及90年代初發(fā)展起來的基于模型的圖像編碼方法。</p><p>　　其中離散余弦變換不僅是現(xiàn)在研

27、究的熱點(diǎn)，而且這方面的編碼也取得了一些引人注目的成功。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]。</p><p>　　1.3離散余弦變換及其在圖象壓縮中的應(yīng)用</p><p>　　離散余弦變換(DCT for Discrete Cosine Transform)是與傅里葉變換相關(guān)的一種變換，它類似于離散傅里葉變換(DFT for Discre

28、te Fourier Transform)，但是只使用實(shí)數(shù)。離散余弦變換相當(dāng)于一個長度大概是它兩倍的離散傅里葉變換，這個離散傅里葉變換是對一個實(shí)偶函數(shù)進(jìn)行的(因?yàn)橐粋€實(shí)偶函數(shù)的傅里葉變換仍然是一個實(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半個單位。</p><p>　　有兩個相關(guān)的變換，一個是離散正弦變換(DST for Discrete Sine Transform)，它相當(dāng)于一個長度大概是它兩倍的

29、實(shí)奇函數(shù)的離散傅里葉變換；另一個是改進(jìn)的離散余弦變換(MDCT for Modified Discrete Cosine Transform)，它相當(dāng)于對交疊的數(shù)據(jù)進(jìn)行離散余弦變換。</p><p>　　離散余弦變換，尤其是它的第二種類型，經(jīng)常被信號處理和圖像處理使用，用于對信號和圖像(包括靜止圖像和運(yùn)動圖像)進(jìn)行有損數(shù)據(jù)壓縮。這是由于離散余弦變換具有很強(qiáng)的“能量集中”特性：大多數(shù)的自然信號(包括聲音和圖像)的能

30、量都集中在離散余弦變換后的低頻部分，而且當(dāng)信號具有接近馬爾科夫過程(Markov processes)的統(tǒng)計(jì)特性時，離散余弦變換的去相關(guān)性接近于K-L變換(Karhunen-Loève變換——它具有最優(yōu)的去相關(guān)性)的性能。</p><p>　　例如，在靜止圖像編碼標(biāo)準(zhǔn)JPEG中，在運(yùn)動圖像編碼標(biāo)準(zhǔn)JPEG和MPEG的各個標(biāo)準(zhǔn)中都使用了離散余弦變換。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

31、結(jié)果進(jìn)行量化之后進(jìn)行熵編碼。這時對應(yīng)第二種類型離散余弦變換中的n通常是8，并用該公式對每個8×8塊的每行進(jìn)行變換，然后每列進(jìn)行變換，得到的是一個8×8的變換系數(shù)矩陣。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]。</p><p>　　1.4論文研究的主要內(nèi)容 </p><p>　　本文主要研究如何利用MATLAB軟件開發(fā)一

32、個基于離散余弦算法的圖像壓縮處理界面，為初學(xué)者提供一個圖像壓縮處理技術(shù)的DCT算法演示及模擬開發(fā)的Graphical User Interface(圖形用戶界面)平臺，供大家學(xué)習(xí)并研究圖像壓縮處理的技術(shù)方法。</p><p>　　本文的主要內(nèi)容如下：</p><p>　　第一章是緒論部分，介紹了論文的研究背景和意義，并簡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

33、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，包括圖象壓縮的評價標(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)過程；第五章

34、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)過程中的疑難及改進(jìn)；最后是對全文的總結(jié)，提出了需要進(jìn)一步解決的問題及改進(jìn)方向。</p><p><b>　　圖像壓縮的基本原理</b></p><p>　　數(shù)字圖像從表面上看可以表達(dá)豐富多彩的內(nèi)容，但實(shí)質(zhì)上可以看作在視覺空間靈敏度范圍內(nèi)對圖像進(jìn)行空間采樣的一個個像素組成，每個象素點(diǎn)都可以用一組一維或多

35、維的數(shù)字來表示，如nbit的灰度圖像的每個象素由0~2n~l之間的某個數(shù)值來表示，而真彩色圖像的象素值則由紅(R)，綠(G)，藍(lán)(B)三種顏色的值來聯(lián)合表示。</p><p>　　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10，000×10，000個像素(pixel)組成，如果每個像素的灰度用12bit表示，那么這幅圖像就要用1.

36、2GB表示。直接存儲和傳輸如此龐大的數(shù)據(jù)，不僅要消耗巨大的磁盤空間和網(wǎng)絡(luò)帶寬而且還會極大地增加處理器的負(fù)擔(dān)，因此對圖像進(jìn)行大幅度的數(shù)據(jù)壓縮就顯得尤為重要[3]。</p><p>　　2.1圖象壓縮評價標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　　對圖像進(jìn)行壓縮，不可避免的要引入失真。我們要做的就是在圖像信號的最終用戶覺察不出或能夠忍受這些失真的前提下，進(jìn)一步提高壓縮比，以換取更高的編碼效率。這就需要引入一些失

37、真的測度來評估重建圖像的質(zhì)量。重建圖像的質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)可分為客觀標(biāo)準(zhǔn)和主觀標(biāo)準(zhǔn)兩種。通過這些標(biāo)準(zhǔn)可以比較各種方法的優(yōu)劣[1]。</p><p><b>　　2.1.1客觀標(biāo)準(zhǔn)</b></p><p>　　假設(shè)原始圖像表示A=f(i,j)，其中i=l,2,…M；j=1,2,…N，經(jīng)壓縮解壓后的圖像為A’=f’(i,j)，i=1,2,…M；j=1,2,…N，可以用下列指標(biāo)進(jìn)

38、行評價：</p><p>　　(1)均方誤差MSN</p><p><b>　?。?.1）</b></p><p>　　(2)規(guī)范化均方誤差NMSN</p><p><b>　?。?.2）</b></p><p><b>　　其中 </b></p

39、><p>　　(3)對數(shù)信噪比SNR</p><p><b>　?。?.3）</b></p><p>　　(4)峰值信噪比PSNR</p><p><b>　?。?.4）</b></p><p>　　評價圖像壓縮效果的另外一個重要指標(biāo)是壓縮比C，它指的是表示原始圖像每象素的比特數(shù)

40、同壓縮后平均每象素的比特數(shù)的比值，也常用每象素比特值(bpp)來表示壓縮效果。</p><p><b>　　2.1.2主觀標(biāo)準(zhǔn)</b></p><p>　　圖像的主觀質(zhì)量就是以人作為圖像的觀察者，對圖像的優(yōu)劣做出主觀評價。主觀標(biāo)準(zhǔn)采用平均判分MOS(mean opinion score)或多維計(jì)分等方法進(jìn)行測試，即組織一群足夠多的實(shí)驗(yàn)人員(一般10人以上)，通過觀察來

41、評定圖像的質(zhì)量，觀察者給判定圖像打上一定的質(zhì)量等級比較損傷程度給予圖像進(jìn)行比較等方法，根據(jù)不同的質(zhì)量打上5級、6級或7級的評分制，最后用平均的辦法得到圖像的分?jǐn)?shù)，這樣的評分雖然很花時間，但比較符合實(shí)際。</p><p>　　表2.1列出了一個5級的主觀評價的評分尺度。</p><p>　　表2.1圖像質(zhì)量主觀評價尺度</p><p>　　主觀評價和客觀評價之間有一定

42、聯(lián)系，但不能完全等同，由于客觀評價比較便，很有說服力，故在一般的圖像壓縮研究中被采用。主觀評價很直觀，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。</p><p>　　2.2圖像壓縮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　　信息技術(shù)的突出特點(diǎn)是互操作性和全球聯(lián)網(wǎng)。隨著全球范圍內(nèi)的信息傳輸和交換越來越重要，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。</p>

43、<p>　　統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)是不同國家地區(qū)和廠商的產(chǎn)品能夠相互兼容和協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)。近些年來，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)志就是幾個關(guān)于圖像編碼的國際標(biāo)準(zhǔn)的制定，有關(guān)圖像壓縮編碼已有的國際標(biāo)準(zhǔn)（或建議）有H.261、H.263、JPEG、JPEG2000、MPEG-l、MPEG-2、MPEG-4等，涉及到二值圖像傳真、靜態(tài)圖像傳輸、可視電話、會議電視、VCD、DVD、常規(guī)數(shù)字電視、高清晰度電視、多

44、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。這些標(biāo)準(zhǔn)圖像編碼算法融合了各種性能優(yōu)良的傳統(tǒng)圖像編碼方法，是對傳統(tǒng)編碼技術(shù)的總結(jié)，代表了目前圖像編碼的發(fā)展水平。</p><p>　　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的優(yōu)化組合的混合編碼系統(tǒng)。有關(guān)圖像編碼的若干國際標(biāo)準(zhǔn)（建議）的名稱、主要目標(biāo)和內(nèi)容以及應(yīng)用范圍如下[4]：</p><p>　　(1) H.261建議</p

45、><p>　　H.261建議是CCITT于1990年7月通過的有關(guān)圖像（視頻）壓縮編碼的第一個國際標(biāo)準(zhǔn)化建議，其全稱為“p×64kbit/s(p=1~30)視聽業(yè)務(wù)的視頻編解碼器”。H.261的主要對象是m×64kbit/s和n×354kbit/s兩類碼率。其應(yīng)用目標(biāo)是可視電話和會議電視，其對圖像質(zhì)量的要求不很高。</p><p>　　(2) JPEG標(biāo)準(zhǔn)<

46、/p><p>　　JPEG是ISO和CCITT于1986年成立的聯(lián)合圖像專家組（Joint Photgoparhic Expert Group）的簡稱。1992年作為靜止圖像壓縮算法的國際標(biāo)準(zhǔn)正式推出。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。主要應(yīng)用于彩色產(chǎn)值、靜止圖像、可視通訊、印刷出版、新聞圖片、醫(yī)學(xué)和衛(wèi)星圖像的傳輸、檢索和存儲。</p><p>　　

47、(3) JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　　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、無損模式和分層模式）集成在一個標(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。JPEG2000的主要特征如下：</p><p>　?、?高壓縮率：由于采用離散小波變換，圖像可以轉(zhuǎn)換成一系列“小波

48、”，壓縮比可比JPEG提高10%~30%，而且壓縮后的圖像顯得更加細(xì)膩平滑。</p><p>　　ⅱ.JPEG2000提供無損和有損兩種壓縮方式。</p><p>　　ⅲ.漸進(jìn)傳輸：采用JPEG2000格式的圖像支持漸進(jìn)傳輸。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)來不斷提高圖像質(zhì)量。</p><p>　　ⅳ.感興趣區(qū)域壓縮：可以指定圖片上感興趣的

49、區(qū)域（Region of Interest），然后在壓縮時對這些區(qū)域指定壓縮質(zhì)量，或在恢復(fù)時指定某些區(qū)域的解壓縮要求。</p><p>　　ⅴ.碼流的隨機(jī)訪問和處理：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。</p><p><b>　　ⅵ.容錯性。</b></p><p>　?、?開放的框架結(jié)構(gòu)。</p&g

50、t;<p>　?、?基于內(nèi)容的描述。</p><p>　　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、移動通信、醫(yī)療圖像和電子商務(wù)等。</p><p>　　(4) MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　　MPEG是活動圖像專家組Moving Pictuer Experts Group的簡稱。MPEG-l的全稱是ISO/IE

51、C CDIl72，Coding of Moving Picture and Assoeiated Audio for digital storage media at up to 1.5Mbit/s，中文譯為“用于數(shù)字存儲媒體、碼率約為1.5Mbit/s的活動圖像及其伴音的編碼”。它是MPEG專家組的第一階段成果，1993年正式通過為國際標(biāo)準(zhǔn)。MPEG-1包括系統(tǒng)、視頻、音頻以及測試和軟件實(shí)現(xiàn)等。</p><p>

52、;　　MPEG-1主要面向數(shù)字存儲媒體，應(yīng)用于多媒體計(jì)算機(jī)、教育與訓(xùn)練、演示與咨詢服務(wù)、創(chuàng)作與娛樂、電子出版物、數(shù)字視聽系統(tǒng)VCD以及VOD、交互式電視ITV等領(lǐng)域。</p><p>　　(5) MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　　MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)的全稱是ISO/IEC DIS13818，Generie Coding of Moving Pictures and Assoeiated A

53、udio Information，中文名為“活動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。MPEG-2包括系統(tǒng)、視頻、音頻和測試，與MPEG-1后向兼容。MPEG-2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。</p><p>　　MPEG-2在技術(shù)、功能、語法結(jié)構(gòu)、選擇項(xiàng)、可分級性和應(yīng)用范圍等方面比MPEG-1、H.261有重大改進(jìn)和發(fā)展。因此成為一種從多媒體計(jì)算機(jī)到

54、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)。MPEG-2從技術(shù)上促進(jìn)了計(jì)算機(jī)、廣播電視、數(shù)字通信三大領(lǐng)域的交匯融合，并發(fā)揮出了巨大的作用。</p><p>　　(6) H.263建議</p><p>　　全稱是ITU-T Recommendation H.263，Video Coding of Low Bitrate Communation。它

55、是ITU-TH.324“Terminal for Low Bitrate Multimedia Communation”的主要組成部分。其面向低碼率多媒體通信，原來的目標(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)。</p><p>　　由于低碼率下實(shí)現(xiàn)多媒體通信在技術(shù)上更為困難和復(fù)雜，因此H.263采用了多種先進(jìn)技術(shù)以降低碼率，提供各種業(yè)務(wù)，后來又推出了H.263+和H.263++。<

56、/p><p>　　(7) MPEG-4和MPEG-7</p><p>　　MPEG-4的目標(biāo)是交互式的多媒體應(yīng)用。其特點(diǎn)有：</p><p>　?、?基于內(nèi)容的交互性：基于內(nèi)容的多媒體數(shù)據(jù)訪問、基于內(nèi)容的碼流操作和編輯。</p><p>　?、?高效的壓縮算法。</p><p>　?、?自然的與合成的圖像編碼及其混合編碼。

57、</p><p>　?、?通用的可接入性：包括惡劣環(huán)境下強(qiáng)大的抗差錯能力，基于內(nèi)容的可分級。</p><p>　　2.3圖像壓縮的分類</p><p>　　圖像壓縮的效果好與不好，關(guān)鍵要看三樣指標(biāo)：一是壓縮比要大，二是壓縮算法簡單、速度快，三是恢復(fù)效果好。</p><p>　　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：無損壓縮和有損壓縮。

58、</p><p>　　無損、冗余壓縮：可逆，壓縮比較高，信息保持型數(shù)據(jù)壓縮。</p><p>　　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。</p><p>　　圖像編碼也可以按照編碼所在數(shù)據(jù)域主要分為空間域編碼和變換域編碼兩大類，此外還有模型編碼、矢量量化編碼和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)編碼等眾多方法。下面簡要介紹幾種壓縮編碼方法[5]：<

59、/p><p>　　(1) 預(yù)測編碼：根據(jù)離散信號之間存在著一定并聯(lián)性的特點(diǎn)，利用前面的一個或多個信號對下一個信號進(jìn)行預(yù)測，然后對實(shí)際值和預(yù)測值的差值（預(yù)測誤差）進(jìn)行編碼。對預(yù)測的要求是必須較為準(zhǔn)確。預(yù)測編碼消除的是空間冗余和時間冗余。屬于這類編碼的主要有DPCM、ADPCM等。</p><p>　　(2) 變換編碼：先對信號進(jìn)行某種函數(shù)變換，從一種信號（空間）變換到另一種信號（空間），然后再對

60、變換后的信號進(jìn)行采樣編碼。變換編碼可以消除空間冗余和時間冗余。屬于變換編碼的有K-L變換、DFT變換、DCT變換、WHT變換等。</p><p>　　(3) 統(tǒng)計(jì)編碼：主要用于對相互獨(dú)立、無相關(guān)性的消息序列構(gòu)成的無記憶信源進(jìn)行壓縮。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應(yīng)關(guān)系，以便在恢復(fù)時再現(xiàn)出來。統(tǒng)計(jì)編碼消除的是信息熵冗余。屬于這類編碼的有Huffman編碼、Sha

61、nnon-Fano編碼、算術(shù)編碼等。</p><p>　　(4) 模型編碼：利用模型的方法，對需傳輸?shù)膱D像進(jìn)行參數(shù)估測。它消除的是結(jié)構(gòu)冗余和知識冗余。屬于這類編碼方法的如分形編碼等。</p><p>　　(5) 其他編碼：如行程編碼，計(jì)算信源符號出現(xiàn)的行程長度，然后將行程長度轉(zhuǎn)換成代碼；Lempel-Zel和Welsh編碼，查找冗余字符串和將此字符串用較短的符號標(biāo)記替代的技術(shù)，從而達(dá)到數(shù)據(jù)

62、壓縮的目的，其壓縮率很高。</p><p>　　圖2.1給出了按數(shù)據(jù)域劃分歸類的主要壓縮方法[6]。</p><p>　　圖2.1 圖像壓縮方法的分類</p><p>　　2.4圖像壓縮處理技術(shù)基本理論</p><p>　　2.4.1圖像壓縮的基本原理</p><p>　　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

63、，用盡可能少的比特數(shù)來表示原始圖像，以提高圖像傳輸?shù)男屎蜏p少圖像存儲的容量，在信息論中稱為信源編碼。大類，前者在解碼時可以精確地恢復(fù)原圖像，沒有任何損失；后者在解碼時只能近似原圖像壓縮是通過刪除圖像數(shù)據(jù)中冗余的或者不必要的部分來減小圖像數(shù)據(jù)量的技術(shù)，壓縮過程就是編碼過程，解壓縮過程就是解碼過程。壓縮技術(shù)分為無損壓縮和有損壓縮兩圖像，不能無失真地恢復(fù)原圖像。</p><p>　　假設(shè)有一個無記憶的信源，它產(chǎn)生的消

64、息為{ai}，1≤i≤N，其出現(xiàn)的概率是已知的，記為P(ai)。則其信息量定義為：</p><p><b>　　(2.5)</b></p><p>　　由此可見一個消息出現(xiàn)的可能性越小，其信息量就越多，其出現(xiàn)對信息的貢獻(xiàn)量越大，反之亦然[7]。</p><p>　　信源的平均信息量稱為“熵”（entropy），可以表示為：</p>

65、<p><b>　　(2.6)</b></p><p>　　對上式取以2為底的對數(shù)時，單位為比特（bits）：</p><p><b>　　(2.7)</b></p><p>　　根據(jù)香農(nóng)（Shannon）無噪聲編碼定理，對于熵為H的信號源，對其進(jìn)行無失真編碼所可能達(dá)到的最低比特數(shù)為，這里為一任意小的正數(shù)，因此

66、可能達(dá)到的最大壓縮比為：</p><p><b>　　(2.8)</b></p><p>　　其中B是原始圖像的平均比特率[7]。</p><p>　　在圖像壓縮中，壓縮比是一個重要的衡量指標(biāo)?？梢远x壓縮比為：</p><p><b>　　(2.9)</b></p><p>

67、;　　2.4.2圖像壓縮的基本模型</p><p>　　圖像編碼包括兩個階段，前一個階段就是利用預(yù)測模型或正交模型對圖像信號進(jìn)行變換；后一個階段是利用已變換信號的統(tǒng)計(jì)特性，對其分配適當(dāng)?shù)拇a來進(jìn)行編碼傳輸。</p><p>　　編碼器與解碼器的結(jié)構(gòu)分別如圖2.2，圖2.3所示。</p><p>　　圖2.2 編碼器結(jié)構(gòu)</p><p>　　

68、圖2.3 解碼器結(jié)構(gòu)</p><p>　　在發(fā)送端，輸入的原始圖像首先經(jīng)過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）。由于該低頻分量包含了圖像的主要信息，而高頻分量與之相比就不那么重要了，所以可以忽略高頻分量，從而達(dá)到壓縮的目的。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?！傲炕钡闹饕蝿?wù)是用有限個離散電平來近似表達(dá)已抽取出的信息。在此采用均勻

69、量化，通過改變程序中的量化因子Q的值以得到不同壓縮比的圖像。Huffman編碼時，首先對經(jīng)DCT變換及量化后的圖像收據(jù)掃描一遍，計(jì)算出各種像素出現(xiàn)的概率；然后按概率的大小指定不同長度的唯一碼字，由此得到一張Huffman表。編碼后的圖像記錄的是每個像素的碼字，而碼字與量化后像素值的對應(yīng)關(guān)系記錄在碼表中。生成的一維字符矩陣即為實(shí)際中要傳輸?shù)男蛄?，壓縮后的圖像數(shù)據(jù)在信道中進(jìn)行傳輸。</p><p>　　在接收端，接收

70、到的壓縮圖像數(shù)據(jù)首先經(jīng)過Huffman譯碼，通過搜索已生成的Huffman表，根據(jù)碼字與量化后像素值的對應(yīng)關(guān)系，搜索出與碼字對應(yīng)的像素值，并轉(zhuǎn)換為二維矩陣。反量化時將以上二維矩陣中的每一個像素值乘以量化因子Q。最后通過DCT反變換得到重建圖像[8]。</p><p>　　第3章 離散余弦變換的MATLAB實(shí)現(xiàn)</p><p>　　3.1 MATLAB圖像處理工具箱</p>

71、<p>　　MATLAB中的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是由一組有序的實(shí)數(shù)或復(fù)數(shù)元素構(gòu)成的數(shù)組，圖像對象的表達(dá)采用的是一組有序的灰度或彩色數(shù)據(jù)元素構(gòu)成的實(shí)值數(shù)組。MATLAB中通常用二維數(shù)組來存儲圖像，數(shù)組的每一個元素對應(yīng)于圖像的一個像素值。例如，由200行和300列的不同顏色點(diǎn)組成的一幅圖像在MATLAB中采用200×300的矩陣存儲。</p><p>　　MATLAB支持多種類型的圖像，而不同類型的圖像其

72、存儲結(jié)構(gòu)通常是不同的。如RGB圖像則需要一個三維數(shù)組，3個數(shù)據(jù)維分別對應(yīng)于某像素點(diǎn)的紅色、綠色和藍(lán)色強(qiáng)度值。由于對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]。</p><p>　　MATLAB的圖像處理工具箱功能十分強(qiáng)大，支持的圖像文件格式豐

73、富，如*.BMP、*.JPEG、*.6IF、*.TIFF、*.PCX、*.HDF、*.XWD、*.PNG等。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。</p><p>　　MATLAB提供了15類圖像處理函數(shù)，涵蓋了包括近期研究成果在內(nèi)的幾乎所有的圖像處理方法。這些函數(shù)按其功能可分為：圖像顯示；圖像

74、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]。</p><p>　　利用這些圖像處理工具箱，并結(jié)合其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，我們可不必關(guān)心圖像文件的格式、讀寫、顯示等細(xì)節(jié)，而把精力集中在算法研究上，大大提高了工作效率。而且，在測試這些算法時既可方便地得到統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，同時又可得

75、到直觀圖。</p><p>　　3.2離散余弦變換的定義</p><p>　　DCT變換利用傅立葉變換的性質(zhì)，采用圖像邊界褶翻將圖像變換為偶函數(shù)形式，然后對圖像進(jìn)行二維傅立葉變換，變換后僅包含余弦項(xiàng)，所以稱之為離散余弦變換。</p><p>　　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M×N[

76、5]，</p><p>　　0≤p≤M-1，0≤q≤N-1</p><p><b>　　其中</b></p><p><b>　　(3.1)</b></p><p>　　其中，Bpq稱為矩陣A的DCT系數(shù)。在MATLAB中，矩陣的下標(biāo)從1開始而不是從0開始的，所以MATLAB中的矩陣元素A(1，1)

77、和B(1，1)分別對應(yīng)于上面定義中的值A(chǔ)00和B00，依此類推。</p><p>　　DCT是一種可逆變換，離散反余弦變換定義如下：</p><p><b>　　(3.2)</b></p><p>　　上式的含義是任何M×N的矩陣A都可以表示為一系列具有下面形式的函數(shù)的和：</p><p><b>　

78、　(3.3)</b></p><p>　　這些函數(shù)稱為DCT變換的基函數(shù)，這樣，Bpq就可以看成是應(yīng)用于每個基函數(shù)的加權(quán)[11]。</p><p>　　3.3離散余弦變換的基本原理與算法</p><p>　　3.3.1離散余弦變換的基本原理</p><p>　　圖像的二維離散余弦變換(Discrete Cosine Transfo

79、rm)簡稱DCT變換是最小均方誤差條件下得出的次最佳正交變換，且已獲得廣泛應(yīng)用，大多數(shù)情況下，DCT用于壓縮圖像，并成為許多圖像編碼國際標(biāo)準(zhǔn)的核心，JPEG圖像格式的壓縮算法采用的就是DCT變換算法。DCT變換的變換核為余弦函數(shù)，計(jì)算速度較快，有利于圖像壓縮和其他處理[12]。</p><p>　　JPEG算法被確定為JPEG國際標(biāo)準(zhǔn)，它是國際上彩色、灰度、靜止圖像的第一個國際標(biāo)準(zhǔn)。在編碼過程中，JPEG算法首先

80、將RGB分量轉(zhuǎn)化為亮度分量和色差分量，然后將圖像分解為8×8的像素塊，對這個8×8輸入矩陣全部值的平均數(shù)，其余63個系數(shù)為交流（AC）系數(shù)，接下來對DCT系數(shù)進(jìn)行量化，最后將量化的DCT系數(shù)進(jìn)行編碼，就形成了壓縮后的圖像格式。在解碼過程中，先對已編碼的量化的系數(shù)進(jìn)行解碼，然后求逆量化并利用二維DCT反變換把DCT系數(shù)轉(zhuǎn)化為8×8樣本像塊，最后將反變換后的塊組合成一幅圖像。這樣就完成了圖像的壓縮和解壓過程。&

81、lt;/p><p>　　假設(shè)矩陣A的大小為M×N，用f（x，y）表示矩陣中的元素，則離散余弦變換（DCT）正反變換公式為[3]：</p><p><b>　　(1)正變換公式</b></p><p>　　其中0uM-1,0vN-1</p><p><b>　?。?.4）</b></p&g

82、t;<p>　　說明：公式4.10中的F（u，v）稱為矩陣A的DCT系數(shù)。在MATLAB中，矩陣的下標(biāo)從1開始而不是從0開始。</p><p><b>　　(2)反變換公式</b></p><p><b>　　(3.5)</b></p><p>　　其中0xM-1，0yN-1</p><p

83、>　　式中的x，y為空間域采樣值，u，v為頻率域采樣值。其中f（x，y）是空間域二維向量元素，F(xiàn)（u，v）是變換系數(shù)陣列元素。</p><p><b>　　(3)簡化公式</b></p><p>　　在二維離散余弦變換中，通常數(shù)字圖像用像素方陣表示，在這種情況下，二維離散余弦的正反變換可簡化為：</p><p><b>　?。?

84、.6）</b></p><p><b>　　（3.7）</b></p><p><b>　　其中</b></p><p>　　在MATLAB的仿真實(shí)現(xiàn)中，主要是采用二維OCT變換的矩陣式定義來實(shí)現(xiàn)的，矩陣義可以表示為：</p><p><b>　?。?.8）</b>

85、</p><p>　　其中[f（x，y）]是空間數(shù)據(jù)陣列，[f（x，y）]是變換系數(shù)陣列，[A]是變換矩陣，[A]是[A]的轉(zhuǎn)置。</p><p>　　3.3.2離散余弦變換算法</p><p>　　離散余弦變換的傳統(tǒng)算法是基于FFT的快速算法，本設(shè)計(jì)主要采用一種新的變換方法——基于DCT變換矩陣算法[3]。變換矩陣方法非常適合做8×8或16×1

86、6的圖像塊的DCT變換，主要利用dctmtx函數(shù)來計(jì)算變換矩陣。</p><p>　　設(shè)A是一個M×N大小的矩陣，則D*A表示A的列向量的一維離散余弦變換，而D’*A(D’表示D的轉(zhuǎn)置)表示A的列向量的一維逆離散余弦變換。要實(shí)現(xiàn)A的二維離散余弦變換，只需計(jì)算D*A*D’。這種計(jì)算有時會比利用函數(shù)dct2更快，特別是計(jì)算大量小的相同尺寸DCT時，矩陣D只需計(jì)算一次，因而速度快[12]。例如，在實(shí)現(xiàn)JPEG

87、壓縮時，要多次實(shí)現(xiàn)大小為8×8的圖像塊的DCT，為了實(shí)現(xiàn)這種變換，首先采用函數(shù)dctmtx得到矩陣D，即利用語句D=dctmtx(8)，然后，對每一個圖像塊執(zhí)行運(yùn)算B=D*A*D’。由于變換矩陣D是實(shí)正交矩陣，為此二維逆離散余弦變換為A=D’*B*D。這種實(shí)現(xiàn)方法比調(diào)用函數(shù)dct2要快很多。</p><p>　　3.4離散余弦算法的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　首先讀取圖像文件，然后

88、利用dctmtx函數(shù)對圖像進(jìn)行離散余弦變換，采用函數(shù)dctmtx得到矩陣T，即利用語句D=dctmtx(8)，然后，對每一個圖像塊執(zhí)行運(yùn)算B=T*矩陣x*T’。然后利用二值掩膜壓縮DCT的系數(shù)，這里只保留DCT變換的10個系數(shù)。最后在對圖像進(jìn)行逆離散余弦變換，顯示圖像重構(gòu)的結(jié)果。整個算法的處理過程如圖5.1所示，程序清單見附錄，運(yùn)行結(jié)果見5.1節(jié)。</p><p>　　圖3.1 離散余弦算法流程圖</p&g

89、t;<p>　　第4章 離散余弦變換的界面實(shí)現(xiàn)</p><p>　　4.1 圖形用戶界面簡介</p><p>　　傳統(tǒng)的用戶界面是指用戶與計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行交互通信聯(lián)系的平臺，并出現(xiàn)了多種形式的人機(jī)交互方式，從命令行的交互方式轉(zhuǎn)變至以圖形界面為主的交互形式?，F(xiàn)在，圖形界面己在人機(jī)交互方式中占主導(dǎo)地位，這主要是由于它給用戶帶來了操作和控制的方便與靈活性。圖形用戶界面在程序開發(fā)中起

90、著舉足輕重的作用[13]。</p><p>　　考慮到用戶是初學(xué)者而且可能是非專業(yè)計(jì)算機(jī)人員，所以晃面的設(shè)計(jì)與使用十分方便，大多數(shù)功能均采用菜單按鈕，用戶只需要利用鼠標(biāo)或鍵盤就能方便地操作它。</p><p>　　圖形用戶界面（Graphical User Interfaces，簡稱GUI）是一種圖形化的溝通界面，通過此界面可以很方便地達(dá)到一些特定控制的操作，而這些界面又是由按鈕、窗口、工

91、具欄、鍵盤操作等對象所構(gòu)成的，以方便借助這些界面調(diào)用MATLAB來進(jìn)行運(yùn)算處理操作。GUI是未來的趨勢，因?yàn)槿祟悓τ趫D形辨識的能力遠(yuǎn)超過其他表達(dá)方式，因此借助GUI程序能夠設(shè)計(jì)出專屬某個主題的圖形化界面，使初次接觸的使用者也能夠快速且容易上手。另外，MATLAB具有高度的數(shù)學(xué)運(yùn)算能力與各種領(lǐng)域的工具箱，若能結(jié)合GUI相信所完成的程序會非常實(shí)用[14]。</p><p>　　此外，還可以通過help uitools

92、來查閱目前MATLAB中有哪些GUI對象或?qū)υ捒蚩梢允褂?，如此可以更?jié)省我們建立GUI的時間。</p><p>　　4.2 界面設(shè)計(jì)的MATLAB實(shí)現(xiàn)</p><p>　　4.2.1界面設(shè)計(jì)總體概述</p><p>　　系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)采用MATLAB編程語言來實(shí)現(xiàn)。利用MATLAB的圖形用戶界面(GUI)來設(shè)計(jì)程序運(yùn)行的界面。整個系統(tǒng)由若干個運(yùn)行界面和相應(yīng)的M函數(shù)文

93、件所組成，每一個運(yùn)行界面對應(yīng)的程序構(gòu)成一個M文件。同一個M文件中又包含若干個M函數(shù)，界面中的每一個控件及菜單項(xiàng)對應(yīng)的程序都有放在相應(yīng)的M函數(shù)內(nèi)。各個功能對應(yīng)的M函數(shù)文件，由一個主文件將它們聯(lián)成一個整體，最終形成處理系統(tǒng)。</p><p>　　(1) 使用菜單項(xiàng)實(shí)現(xiàn)各功能窗口的轉(zhuǎn)換，起導(dǎo)航作用。對菜單的編程主要是調(diào)用系統(tǒng)中的其它M函數(shù)文件。</p><p>　　(2) 打開文件操作可以調(diào)用的

94、圖像文件格式豐富，除了常用的*.jpg、*.gif外，還包括*.bmp、*.cur、*.hdf、*.ico、*.pbm、*.pcx、*.pgm、*.png、*.pnm、*.ppm、*.ras、*.tif、*.tiff、*.xwd。</p><p>　　(3) 文本框主要用于接收用戶輸入的數(shù)據(jù)，程序基本上是先從文本框中接收數(shù)據(jù)，然后對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的。</p><p>　　(4) 命令按

95、鈕是執(zhí)行運(yùn)算操作的最主要控件，處理程序主要是放在其相應(yīng)的M函數(shù)內(nèi)部。實(shí)現(xiàn)上編寫程序最主要是對命令按鈕進(jìn)行編程。</p><p>　　系統(tǒng)的各種處理功能的實(shí)現(xiàn)基本上是四個過程：其一是打開原始圖像，其二是接收用戶輸入的參數(shù)，其三是把接收的參數(shù)帶入后臺進(jìn)行處理，第四是將圖像處理后的結(jié)果顯示到界面上。</p><p>　　4.2.2 界面設(shè)計(jì)具體實(shí)現(xiàn)</p><p>　　M

96、ATLAB的圖像處理工具箱提供了多個圖像壓縮界面設(shè)計(jì)的函數(shù)，用于實(shí)現(xiàn)圖像的壓縮界面操作，本次設(shè)計(jì)主要用到的函數(shù)列舉如下：</p><p>　　(1) 函數(shù)名：imread</p><p>　　調(diào)用格式：imread(‘file’，type)，該函數(shù)的功能是讀取圖象文件的數(shù)據(jù)并按照圖象格式存儲為相應(yīng)的圖象矩陣。</p><p>　　(2) 函數(shù)名：imshow<

97、/p><p>　　調(diào)用格式：imshow(I，[LOW HIGH])，其功能是顯示灰度圖象，并指定灰度級范圍[LOW HIGH]，若不確定數(shù)據(jù)的范圍[LOW HIGH]，可使用空矢量作為參數(shù)顯示圖象，即imshow(I，[])。</p><p>　　(3) 函數(shù)名：dctmtx</p><p>　　調(diào)用格式：dctmtx(N)，其功能是計(jì)算離散余弦變換矩陣，返回一個N*

98、N的DCT變換矩陣。</p><p>　　(4) 函數(shù)名：blkproc</p><p>　　調(diào)用格式：blkproc(A，[m，n]，fun)，其功能是應(yīng)用函數(shù)fun對圖象A的每個不同m×n塊進(jìn)行處理，必要時對A的四周補(bǔ)0。Fun可以是一個內(nèi)聯(lián)函數(shù)，一個包含函數(shù)名的字符串或表達(dá)式串。Fun應(yīng)對m×n塊X進(jìn)行處理，返回一個矩陣、向量或標(biāo)量至Y。Y=fun(x)，blkp

99、roc并不需要Y與X同大小，但僅當(dāng)Y與X同大小時，B與A同大小。</p><p>　　(5) 函數(shù)名：uicontrol</p><p>　　調(diào)用格式：uicontrol(parent)，其功能是生成用戶界面控制圖形對象。當(dāng)被選中后，大多數(shù)uicontrol對象執(zhí)行一個預(yù)先定義的動作。Matlab提供了各種類型的uicontrol，每種都有一種不同的用途，如Check boxes，Edit

100、able text，F(xiàn)rames，List boxes，Pop-up menus，Push buttons，Radio buttons，Sliders，Static text，Toggle buttons。本設(shè)計(jì)中主要使用Push buttons，其在點(diǎn)擊是產(chǎn)生一個動作，為了激活一個Push button，可以再Push button上面點(diǎn)擊鼠標(biāo)。</p><p>　　運(yùn)用以上函數(shù)，通過編寫程序，可以實(shí)現(xiàn)整個界面

101、的設(shè)計(jì)，然后通過Callback回調(diào)函數(shù)，調(diào)用dctmtx函數(shù)，將圖像壓縮控件要做的事情都寫在圖像壓縮控件的callback中，就可以實(shí)現(xiàn)離散余弦變換的圖像壓縮操作，從而實(shí)現(xiàn)了該算法的界面設(shè)計(jì)。程序清單見附錄，運(yùn)行結(jié)果見5.2節(jié)。</p><p>　　第5章 運(yùn)行結(jié)果顯示及分析</p><p>　　5.1離散余弦變換的算法實(shí)現(xiàn)</p><p>　　首先讀取圖像文件

102、，然后利用dctmtx函數(shù)對圖像進(jìn)行離散余弦變換，采用函數(shù)dctmtx得到矩陣T，即利用語句D=dctmtx(8)，然后，對每一個圖像塊執(zhí)行運(yùn)算矩陣B=P1*x*P2。最后在對圖像進(jìn)行逆離散余弦變換，顯示圖像壓縮前后的對比，如圖5.1所示。</p><p>　　(a) 壓縮前的圖像 (b) 壓縮后的圖像</p><p>　　圖5.1 基于

103、DCT變換矩陣算法的離散余弦變換圖像壓縮</p><p>　　圖5.1為壓縮前和壓縮后的圖像比較。在上面的程序中，我們?nèi)×薼0個DCT系數(shù)，占15％，比較原圖和壓縮后的圖發(fā)現(xiàn)，在拋棄85％的DCT系數(shù)后，重構(gòu)圖和原圖的失真不大，壓縮圖像的質(zhì)量比較令人滿意。當(dāng)然，采用這種方法來實(shí)現(xiàn)壓縮算法時，可通過修改mask變量中的系數(shù)來更好地比較結(jié)果。</p><p>　　5.1離散余弦變換的界面實(shí)現(xiàn)&

104、lt;/p><p>　　用戶首先調(diào)用原始圖像，顯示在界面的中間，如圖5.1所示，點(diǎn)擊圖像壓縮按鈕，原始圖像轉(zhuǎn)換成壓縮后的圖像顯示在界面中間，如圖5.2所示，同時，還添加了線條解析按鈕，點(diǎn)擊該按鈕，界面中間顯示該圖像的線條解析圖，如圖5.3所示，最后，點(diǎn)擊退出按鈕，就退出該界面。</p><p>　　圖5.2 原始圖像的界面顯示 圖5.3 圖像壓縮后的界

105、面顯示</p><p>　　運(yùn)行MATLAB程序，顯示如圖5.2所示的界面，點(diǎn)擊原始圖像按鈕，讓界面返回到原始時的圖像，以便與后面壓縮后的圖像進(jìn)行對比。</p><p>　　在原始圖像的界面基礎(chǔ)上，點(diǎn)擊圖像壓縮按鈕，出現(xiàn)如圖5.3所示的界面，顯示經(jīng)過dctmtx算法壓縮后的圖像，通過視覺發(fā)現(xiàn)，壓縮后的圖像與原始圖像相差不大，說明壓縮圖像的質(zhì)量比較令人滿意。</p><p

106、>　　通過觀察原始圖像和壓縮后的圖像我們發(fā)現(xiàn)，這種方法壓縮重構(gòu)后的效果相當(dāng)好，和原始圖像非常接近。</p><p>　　圖5.4 圖像壓縮后的界面顯示 圖5.5 線條解析的界面顯示</p><p>　　在界面上點(diǎn)擊線條解析按鈕，出現(xiàn)如圖5.5所示的界面，顯示了圖像的線條解析，通過觀察我們發(fā)現(xiàn)，圖5.5線條解析后的圖像與圖5.4壓縮后的圖像沒太大

107、失真，說明圖像壓縮的效果比較好。同時我們發(fā)現(xiàn)，與沒使用界面相比，使用界面后圖像壓縮前后對比效果更加形象直觀，而且操作也非常簡單。</p><p>　　5.5設(shè)計(jì)過程中的疑難及改進(jìn)</p><p>　　本設(shè)計(jì)通過離散余弦變換利用程序設(shè)計(jì)達(dá)到了圖像壓縮的效果，而且圖像前后對比效果明顯。但是，我的預(yù)期目的是想設(shè)計(jì)一個GUI界面，界面顯示原始圖像和壓縮后的圖像，而且通過界面可以選擇不同的算法，也就

108、是集幾種算法于一個界面，以達(dá)到前后對照的明顯效應(yīng)。但是由于對圖形用戶界面（GUI）理解不透徹，設(shè)計(jì)起來困難重重，最后沒有達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。但在老師的幫助下，通過程序設(shè)計(jì)簡單的設(shè)計(jì)了一個圖像壓縮的界面，雖然不是很好，但也達(dá)到了設(shè)計(jì)的目的。</p><p>　　還有一個缺陷就是本文算法所處理的對象僅是灰度圖像，而在實(shí)際應(yīng)用中大多數(shù)圖像為彩色圖像，針對彩色圖像的算法更為復(fù)雜，這是今后工作所要突破的難點(diǎn)和重點(diǎn)。</p&

109、gt;<p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　隨著多媒體技術(shù)的快速發(fā)展，圖像在計(jì)算機(jī)和通信正占據(jù)著越來越重要的地位。由于圖像信號數(shù)據(jù)量巨大，必須采用有效的方法對其進(jìn)行壓縮才能滿足大多數(shù)存儲和傳輸?shù)囊?。離散余弦變換具有與人眼視覺特性相符的多分辨率分析能力，在時域和頻域都具有良好的局部化特性，因而成為目前研究的熱點(diǎn)并被廣泛應(yīng)用于圖像編碼領(lǐng)域，取得了很大的成功。&

110、lt;/p><p>　　本文主要對基于離散余弦變換的圖像壓縮的MATLAB實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了研究。論文首先介紹了圖像壓縮的原理和傳統(tǒng)方法，列舉了目前國際上流行的圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)，同時簡單的介紹了MATLAB軟件，對其有了進(jìn)一步全面的了解，然后介紹了離散余弦變換的基本理論，闡明離散余弦變換可用于靜止圖像壓縮并且能夠得到更好的壓縮與重構(gòu)效果的原理。在此基礎(chǔ)上對基于離散余弦變換的圖像壓縮算法進(jìn)行了研究和分析，在理論和數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，

111、針對傳統(tǒng)算法的不足，采用了相應(yīng)的改進(jìn)算法。另外，通過程序設(shè)計(jì)出圖像壓縮界面，形象直觀的顯示出圖像在MATLAB圖像壓縮系統(tǒng)中圖像壓縮前后對比的效果，有利于理解和掌握圖像壓縮處理技術(shù)。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)達(dá)到了可移植性和可擴(kuò)展性的效果。本設(shè)計(jì)采用MATLAB軟件，因?yàn)镸ATLAB自帶的圖像處理工具箱提供了豐富的圖像處理函數(shù)，而且MATLAB圖像工具箱提供的函數(shù)大多是M文件，我們可以查看這些文件的代碼并進(jìn)行