圖像壓縮(jpeg)編碼算法及壓縮過(guò)程的實(shí)現(xiàn)

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1、窗體頂端秋風(fēng)，秋雨，秋天的景色·博客園·首頁(yè)·博問(wèn)·閃存·新隨筆·聯(lián)系·訂閱·管理隨筆-234?文章-0?評(píng)論-22?圖象壓縮（JPEG）編碼算法及壓縮過(guò)程的實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)?圖象壓縮（JPEG）編碼算法及壓縮過(guò)程的實(shí)現(xiàn)摘要本文首先介紹了靜態(tài)圖像壓縮（JPEG）編碼算法的基本原理、壓縮的實(shí)現(xiàn)過(guò)程及其重要過(guò)程的離散余弦變換（DCT）算法的實(shí)現(xiàn)原理及軟件實(shí)現(xiàn)的例程，其次著重介紹了壓縮過(guò)程中的DCT、量化和編碼三個(gè)重要步驟的實(shí)現(xiàn)原理。關(guān)鍵詞：圖像壓縮?有損壓縮??JPEG??離散余弦變換??DCT???量化第一章?圖像壓縮編碼的綜述1.1?圖象壓縮的目的

2、和方法???????????????????????????圖象的數(shù)字化表示使得圖象信號(hào)可以高質(zhì)量地傳輸，并便于圖像的檢索、分析、處理和存儲(chǔ)。但是數(shù)字圖像的表示需要大量的數(shù)據(jù)，必須進(jìn)行數(shù)據(jù)的壓縮。即使采用多種方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了壓縮，其數(shù)據(jù)量仍然巨大，對(duì)傳輸介質(zhì)、傳輸方法和存儲(chǔ)介質(zhì)的要求較高。因此圖象壓縮編碼技術(shù)的研究顯得特別有意義，也正是由于圖象壓縮編碼技術(shù)及傳輸技術(shù)的不斷發(fā)展、更新，推動(dòng)了現(xiàn)代多媒體技術(shù)應(yīng)用的迅速發(fā)展。1.1.1?圖象壓縮的目的???圖象采樣后，如果對(duì)之進(jìn)行簡(jiǎn)單的8bit量化和PCM編碼，其數(shù)據(jù)量是巨大的。以CIF（Com

3、monIntermediateFormat）格式的彩色視頻信號(hào)為例，若采樣速率為25幀/秒，采樣樣點(diǎn)的Y、U、V分量均為8bit量化，則一秒鐘的數(shù)據(jù)量為：????????????352×288×3×8×25＝60.83Mbit要傳輸或存儲(chǔ)這樣大的數(shù)據(jù)量是非常困難的，必需對(duì)其進(jìn)行壓縮編碼，在滿足實(shí)際需要的前提下，盡量減少要傳輸或存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量。雖然數(shù)字圖象的數(shù)據(jù)量巨大，但圖象數(shù)據(jù)是高度相關(guān)的。一幅圖象的內(nèi)部相鄰象素之間，相鄰行之間的視頻序列中相鄰圖象之間有大量冗余信息—空間相關(guān)性和時(shí)間相關(guān)性，可以使用各種方法盡量去除這些冗余信息，減少圖象的數(shù)

4、據(jù)量。除了時(shí)間冗余和空間冗余外，在一般的圖象數(shù)據(jù)中還存在信息熵冗余、結(jié)構(gòu)冗余、知識(shí)冗余和視覺(jué)冗余。各種冗余就是壓縮圖象數(shù)據(jù)的出發(fā)點(diǎn)。圖象編碼的目的就在于采用各種方法去除冗余，以盡量少的數(shù)據(jù)量來(lái)表示個(gè)重建圖象。1.1.2圖象壓縮的幾種方法1.統(tǒng)計(jì)和字典的壓縮方法?????常規(guī)程序和計(jì)算機(jī)熵的數(shù)據(jù)對(duì)于那些基于利用統(tǒng)計(jì)變種的壓縮，效果很好，這些統(tǒng)計(jì)變種表現(xiàn)在單個(gè)符號(hào)的頻率以及符號(hào)或短語(yǔ)字符串的頻率等方面，而基于字典的系統(tǒng)實(shí)際山就是假扮統(tǒng)計(jì)程序。可是遺憾的是，這類壓縮對(duì)于連續(xù)色調(diào)圖象的作用并不很好。這些程序的主要問(wèn)題產(chǎn)生于這樣的一個(gè)事實(shí)：照片圖象

5、的象素廣泛地分布在整個(gè)范圍。如果將圖象中的彩色用頻率分布畫(huà)出，那么頻率分布圖中，沒(méi)有我們?cè)诮y(tǒng)計(jì)壓縮的成功的情況下所看到的“尖峰”狀，實(shí)際上，如果延長(zhǎng)這個(gè)分布圖，那么從類似于電視那樣的生活圖象源中得出的分布圖會(huì)趨于平展。這意味著，每個(gè)象素代碼彼此是大約相同的出現(xiàn)機(jī)會(huì)，決定不存在挖掘熵差的任何機(jī)會(huì)。基于字典的壓縮程序的運(yùn)行也有類似的問(wèn)題，基于掃描照片的圖象決定沒(méi)有任何類型的數(shù)據(jù)特征以產(chǎn)生相同的短語(yǔ)的多次出現(xiàn)。例如，一個(gè)柵格化的圖象，類似房子墻邊的垂直部分，在圖片的許多連續(xù)的行中可能可以給出相似的字符串。但不幸的是，由于真實(shí)世界是變化多端的，每

6、行中的相同的性能將彼此地略有不同，對(duì)于20個(gè)象素的一個(gè)字符串，其中的一兩個(gè)象素會(huì)因掃描而彼此出現(xiàn)一步長(zhǎng)的變化，雖然這些不同點(diǎn)小到人眼不能探測(cè)或?qū)θ搜鄄黄鹱饔?，但他們畢竟妨礙了基于字典壓縮的工作，對(duì)于這類壓縮方法來(lái)說(shuō)，字符串必須嚴(yán)格匹配，由于小的變化，而使匹配的字符串長(zhǎng)度趨于很小，這就限制了壓縮的效率。2.有損壓縮類似于音頻數(shù)據(jù)，圖形圖象也同樣有一個(gè)比常規(guī)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)文件優(yōu)越的地方：在壓縮/擴(kuò)展的循環(huán)中，他們可以被略微改動(dòng)，而不會(huì)影響用戶的立即質(zhì)量。如果仔細(xì)修改，那么各處象素的精確灰度可以完全不被注意地進(jìn)行小的改變。由于計(jì)算機(jī)柵的圖形圖象通常

7、來(lái)自對(duì)真實(shí)世界源的掃描，所有他們通常表達(dá)一個(gè)已經(jīng)不完美的照片的表達(dá)或是不完美的其他打印接著的表達(dá)。沒(méi)有改變圖象基本性能的有損壓縮程序應(yīng)該是可行的。假設(shè)圖形圖象的有損壓縮是可能的，那么它是如何實(shí)現(xiàn)的呢？研究人員最初試驗(yàn)了用于語(yǔ)音信號(hào)的同樣的技術(shù)，如差分編碼和自適應(yīng)編碼，雖然這些技術(shù)對(duì)圖象有幫助，但并沒(méi)有達(dá)到所希望的那么好，原因之一是音頻數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)根本不同。用常規(guī)格式采樣的音頻數(shù)據(jù)是趨于反復(fù)的，聲音，包括講話，是由每次幾秒的重復(fù)的正弦波組成的。雖然計(jì)算機(jī)上DAC的輸入流可能由許多不同的頻率疊加在一起而成，但是正弦波通常產(chǎn)生反復(fù)的波形。音頻

8、反復(fù)的本性自然使他利于壓縮，線性預(yù)言編碼和自適應(yīng)差分脈沖編碼調(diào)制等技術(shù)就利于了這一點(diǎn)，因此將音頻數(shù)據(jù)流壓縮了50％到95％。但開(kāi)始研究圖形壓縮時(shí)，人們也試圖用相似的技術(shù)壓縮數(shù)字化的圖象，取得了