JPEG图像压缩编码及其MATLAB仿真实现(1).doc

信息技术! ! 电! 子! 测! 量! 技! 术! ! #$%&()$ *+,-&*(% %$.(#/0第 12 卷 第 3 期4225 年 3 月!#$ 图像压缩编码及其 %&(&) 仿真实现王成优* 侯正信（天津大学! 天津! 122254）摘! 要：首 先 介 绍 了 基 于 离 散 余 弦 变 换 的 67/ 图 像 压 缩 编 码 算 法 ，接 着 用 * +%#+89 : ; 对 标 准 灰 度 图 像 进 行 仿真 ，并 对 同 一 幅 # 图 像 做 不 同 的 压 缩 ，绘 制 了 率 失 真 曲 线 。 实 验 结 果 表 明 ，在 很 大 的 压 缩 范 围 内 ，在 不 同 的 压缩 比 和 编 码 比 特 率 下 ，重 建 图 像 的 峰 值 信 噪 比 都 在 1 2 ?8 以 上 ，仍 然 能 满 足 人 们 的 视 觉 需 要 。 对 图 像 做 不 同 的 压缩 ，满 足 了 不 同 的 场 合 、不 同 的 控 制 码 率 下 要 求 不 同 的 图 像 质 量 的 实 际 需 要 。 用 * +%#+8 做 仿 真 实 验 ，方 法 简 单而 且 误 差 小 ，大 大 提 高 了 图 像 压 缩 的 效 率 和 精 度 。关键词：67/ 图像压缩算法；离散余弦变换（$%）；.ABBC= 编码；峰值信噪比中图分类号：%71D3E F3! ! * * * * 文献标识码：+&+,-./012 -3 !#$ /24,5 6-27.588/-9 49: /088/2;+40/-9 .54+/=H $I=HJKA! .KA LI=ON= -=NP=ON= 122254）&=80.460：%ITHKQNSIC KB SIH UKCVQRR ?NRUARR?: %ISNK= MVQNC =SR XQ ?K=? QS ?NRSKQSNK= UAQPR ?QX= XNSI ?NBBQ=S UKC VQRRNK= SK SIC H #: ,NC ATSNK=MVQNC S SI QUK=RSQAUSHQTNSJ RSNRBJN=H VKVTT QYANQC WKP1 2 ?8 A=?Q SI=UR KB PQH UKC VQ=HS PQNKAR UKC VQSNK =? WNS QS: NBBQ=S SJVR KBUKC VQRRNK= KB SIHSNRBJ SI ?=?R KB ?NBBQHTNSJ K= PQNKAR KUURNK= =? QS UK=SQKT: %I C SIK?KN=H MVQNC =SR XNSI * +%#+8 NR RNC VT=? XNSI TNSST =? NS U= NC VQKP SI BBNUN=? VQUNRNK= KB SIH UKC VQRRNK= HQSTJ:5?-.:8：67/ NCH UKCVQTHKQNSIC；?NRUQS UKRN=RBKQC（$%）；.ABBC= =UK?N=H；V RNH=T SK =KNRSNK（7,(&）A* 引* 言随着信息技术的发展，图像信息被广泛应用于多媒体通信和计算机系统中。但是图像具有庞大的数据量，不便于存储和传输，所以必须采用合适的方法对其进行压缩，因此有必要对图像压缩编码标准进行研究。在众多的图像编码标准中，67/（ OKN=S VIKSKHQVINU MVQSR HQKAV）标准是一个适用范围很广的静态图像压缩标准，在数字图像压缩领域得到了广泛应用34。本文在研究 67/ 图像压缩原理的基础上，用 *+%#+8 9:; 对标准灰度图像进行 67/ 压缩与重建，并分析实验结果得出结论。B* !#$ 压缩编码算法3CF67/ 专家组开发了 4 种基本的压缩算法，一种是以离散余弦变换（$%）为基础的有损压缩算法，另一种是以预测技术为基础的无损压缩算法。有损 67/ 压缩算法框图如图 3 所示。图 3! 67/ 算法框图在有损压缩算法中，主要采用基于块的离散余弦变换消除图像的空间冗余，利用人的视觉系统特性对变换系数31;! 第 # 卷电! 子! 测! 量! 技! 术进行量化，最后通过无损变字长熵编码消除视觉冗余和数据统计冗余，实现图像压缩。译码或者叫做解压缩的过程与压缩编码过程正好相反。! #$%&$ 仿真实现()*根据上面所述的 $%& 压缩编码算法，要将一幅灰度+ 实验结果用上述 :-,;- 幅灰度图像分别做 $%& 压缩编解码，然后进行反量化和逆 *+, 变换，得到重建图像，实验结果如表 ?所示。图像进行压缩编码，首先把图像分成 ( ) ( 的像素块，分块进行 *+, 变换后，根据 $%& 标准量化表(对变换系数进行量化后，再对直流系数（*+）进行预测编码，对交流系数（-+）进行 ./01.20 扫描和可变长编码，然后根据标准的表 , - 幅图像 ./01 压缩的实验结果,EGA H620EG 编码比特率 +I6CJEGG K2A/I测试图像 CC 压缩比%LMKN3455627 码表819进行熵编码，输出压缩图像的比特序列，实现了图像压缩。在接收端，则经过 3455627 熵解码、*+系数和 -+ 系数可变长解码、反量化后，再进行反 *+, 变换得到重建图像。对一幅图像进行 $%& 编解码的 :-,;-#O #O (#O P?#O 8U#O P8?=O (#?=O ?O (=?O =?O =9?#O (#9O (?8O P(O #=PO P=(O #(O 9=! ! 由表 ? 实验结果可以看出，在很大的压缩比下，仍然得到了比较高的峰值信噪比，并且重建图像的主观质量也很好。图 是 ;E72 和 Q2RSA 的原始图像，图 8 是经 $%& 压缩、重建得到的图像。在比较原始图像与重建图像时，主观上看不出它们之间的差别。图 8! ;E72 和 Q2RSA 的重建图像图 =! $%& 编译 :-,;- 个系数全是零和连续出现 ? 个连零这 = 种特殊情况。量化矩阵! 倍乘!U!8!=O 9编码比特率CC#O ?(#O =P#O 9+I6CJEGG K2A/I压缩比89O #8=UO U=O 9(%LMKN! ! ! ! ! ! ! ! 王成优 等：#$% 图像压缩编码及其 &()* 仿真实现第 + 期续表 !#$% 压缩算法实现简单，在很大的压缩范围内，都能得到量化矩阵! 倍乘!;!+!= D!= A编码比特率,-= CA+= AC./0-1233 4567/压缩比+?= +;= = +AB= AD= B#894:*AA= BB很好的重建图像质量。用 &()* 做仿真实验，方法简单而且误差小，大大提高了图像压缩的效率和精度。F.( 变换是最小均方误差准则下得出的次最佳正交变换，并且有快速算法，因此它在硬件中也很容易实现，正是由于具有这些优点，#$% 压缩编码算法在图像压缩领域得到了越来越广泛的应用。参 考 文 献由表 ; 数据做 )2E5 图像的率失真曲线如图 D 所示。由图 D 可以看出，在很大的压缩范围内，在不同的压缩比和编码比特率下，重建图像的峰值信噪比都在 A :* 以上。对图像做不同的压缩，满足了不同的场合要求不同的图像质量的实际需要。图 D! )2E5 图像的率失真曲线! 结 论本文 首 先 介 绍 了 #$% 压 缩 编 码 算 法，接 着 使 用&()* C= D 编程实现了 #$% 图像压缩算法，对多幅标准灰度图像进行实验仿真，并对实验数据进行分析，给出了经典测试图像 )2E5 的率失真曲线。实验结果表明，+ 林福宗= 多媒体技术基础 &= ; 版= 北京：清华大学出版社，;=; 罗倩玲= #$% 编码与矢量量化编码方法比较 = 电子测量技术，;）：ADGAB=A H).$ % I= (J2 #$% 367KK -7L6M12 L/0-12337/E 365E:51: = N$ (15E35L67/E3 /E ./E3M021 $K2L61/E7L3，+?;，A：+GA= N8O P N$. +?+G+ Q N(RG( 42L= (= +（#$%），F7S765K L/0-12337/E5E: L/:7ES /T L/E67EM/M3G6/E2 367KK 705S238=D 卢 官 明，宗 昉= 数 字 电 视 原 理 &= 北 京：机 械 工 业 出 版社，;D=C 8)O&O9 F= 数据压缩原理与应用&= ; 版= 吴乐南，译= 北京：电子工业出版社，;A=B 张益贞，刘滔= U73M5K . V V 实 现 ;= 张志涌= 精通 &56K5, C= D 版&= 北京：北京航空航天大学出版社，;A=作 者 简 介王成优，男，+?B? 年出生，硕士研究生，主要研究方向为数字图像与视频处理、小波分析等。#$%&(：LJ2ESW/MXY5ESZ W5J/= L/0= LE+ABJPEG图像压缩编码及其MATLAB仿真实现作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：王成优， 侯正信， Wang Chengyou， Hou Zhengxin天津大学,天津,300072电子测量技术ELECTRONIC MEASUREMENT TECHNOLOGY2007，30(1)0次参考文献(8条)1.林福宗 多媒体技术基础 20022.罗倩玲 JPEG编码与矢量量化编码方法比较期刊论文-电子测量技术 2005(04)3.WALLACE G K The JPEG still picture compression standard 19924.ISO/IEC 10918-1|ITU-T Rec.T.81(JPEG).Digital compression and coding of continuous-tone still images5.卢官明.宗昉 数字电视原理 20056.SALOMON D.吴乐南 数据压缩原理与应用 20037.张益贞.刘滔 Visual C+实现MPEG/JPEG编解码技术 20028.张志涌 精通Matlab 6.5版 2003本文链接：http:/d.g.wanfangdata