基于DCT的图像压缩编码算法及其MATLAB实现【文献综述】.doc

1、毕业设计（论文）文献综述题目基于DCT的图像压缩编码算法及其MATLAB实现专业电子信息工程1前言伴随着信息技术的不断发展发展，大量的图像信息越来越多的应用在计算机以及通信领域中，可是图像信息中包含了巨大的数据量，这些数据如不过不进行压缩，现有的计算机的处理性能是无法满足其需求的，而且通信带宽也不能满足大量多媒体数据的传输。所以为了提高图像数据的传输、存储及处理效率，我必须对图像数据进行压缩，为此对于图像压缩编码，我们有必要对其进行研究1。数字图像的处理指的是将图像信号转换成变成数字信号同时通过计算机对图像进行处理，从而提高了图像的实用性，以达到原本所要求的效果，该过程也可被称为数字信号处理。

2、进行该处理主要哟以下几个目的提高图片的清晰度，达到观赏性。从图像中提取某些特点和特殊的信息，使计算机能高效的进行处理。通过对图像数据的压缩，以利于图像的传输以及存储。数字图像处理是计算机技术、信息论及信号处理这三者相互结合的综合性科学。数字图像处理不会因为图像压缩、复制等一系列转换操作造成图像质量下降，这是数字图像处理与模拟图像处理的不同之处，因此数字图像处理的再现性更佳。数字图像处理有几个主要的特点数字图像处理的中要进行的处理地数据量很大。二维信息是数字图像处理主要的数据处理对象，二维信息就包含着大量的数据，所以对于计算机的性能有着更高的要求。数字图像处理要用到较大的带宽。相较于语言信息所需

3、用到的带宽要大很多。例如电视图像的带宽大概500MHZ左右，然而语音带宽只为4KHZ左右。因此在数字图像处理的各个过程中，所要求的技术更高，成本也随之提高，对于频带压缩技术有了更高的要求。数字图像中像素之间的关联性更大。在电视画面中，有很多相近的灰度。对于电视画面，相邻像素的关联系数可以达到09以上。正由此，图像数据的压缩的可能性很大2。图像压缩可以进行的原因是由于原始图像数据之间的高度关联，其中含有大量的数据冗余。数字图像中的冗余信息通常有下列几种空间冗余、时间冗余、信息熵冗余、统计冗余、结构冗余、视觉冗余以及知识冗余等。图像压缩算法的主要作用是为了在确保图像重建之后质量，并且去除这些冗余信

4、息，从而达成对图像数据的压缩3。2主题目前图像压缩技术是一种“开放技术”。图像传感器不断提高空间分辨率，电视广播的不断发展，对于图像压缩技术要求也越来越高。图像压缩目的首要是为了减小图像数据存储空间，便于数据的保存。一个数据库的存储空间是有限的，如果一个相同图片的数据量越少，那么所占据的存储空间也就相应的更小，因此也就能保存更多的图像，从而极大地节约了资源。第二个重要的作用就是便于数据的传输。图像数据经过压缩之后，将一些不必要的数据进行了去除，保留了那些所需要的主要数据，进而大量降低了必须要进行传输的数据，以满足人眼及计算机分析的需要。最后是有利于特征的提取，使计算机模式更容易能够识别。如果在

5、使用计算机对图像中不同种类的物体警醒分析是，只要将他们的不同特征经行区分就可以了，这样旧同事满足了降低数据量要求和实际需求4。图像压缩所要解决的问题是尽可能地减小数字图像在表示时需要的用到的数据量。去除图像中多余的数据冗余是减小数据量的基本方法1。在数字的角度上看，其过程就是将二维像素阵列转换为在统计上无相关联系的数据集合。该转换过程是基于在图像数据传输或存储之前所进行的。在此以后的某一个时刻，再解压缩已进行过图像压缩的图像数据，从而重建原图像再或源图像的类似图像3。在一系列的图像编码标准中，JPEG（JOINTPHOTOGRAPHICEXPERTSGROUP）格式也就是被称之为联合图像专家组

6、的图像压缩格式，它的适用范围很广，包括不同类型及分辨率的彩色、黑白静止图像。在JPEG图像压缩算法中，有两种主要算法以离散余弦变换（DCT）为基础的有损压缩算法。以预测技术为基础的无损压缩算法5。1离散余弦变化（DCT）概念11二维DCT的解析式定义可由下式表示N2V1Y2COSN2U1X2COSYX,FN2VU,FN2U1X2COSYX,FN2U,0FN2V1Y2COSYX,FN2V0,FYX,FN10,0F1N0X1N0Y1N0X1N0Y1N0X1N0Y1N0X1N0Y其中，FX,Y是空间域二维向量之元素，FU,V是变换系数阵列元素，式中表示的阵列为NN6。12二维DCT反变换（IDCT）

7、解析式定义可以表示为N2V1Y2COSN2U1X2COSV,UFN2N2U1X2COSO,UFN2N2V1Y2COSV,0FN20,0FN1Y,XF1N1U1N1V1N1U1N1V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，矩阵式的定义可以表示为FU,VATFU,VA,FX,YAFX,YAT其中，FX,Y是空间域数据阵列，FU,V是变换系数矩阵，A是变换矩阵。2基于DCT的JPEG压缩编码算法JPEG算法中第一步要做的是将图像进行分块处理，如果要压缩编码一幅灰度图像，首先将图像分成88的像素块，分块进行DCT变换后，按照JPEG标准量化表将变

8、换系数进行量化后，然后对直流系数（DC）进行预测编码，对交流系数进行ZIGZAG扫描，再根据标准的HUFFMAN码表进行熵编码，从而实现图像的压缩。在接收端上，则经过HUFFMAN熵解码，DC系数与AC系数可变换为长解码，再进行反量化，最后通过反DCT变换获得重构图像6。具体框图如下所示图（A）编码器结构图（B）解码器结构图1JPEG算法框图量化在图像压缩的过程中所起到的作用是在保证图像质量的同时，去除一些对视觉影响较小的数据，以使数据得到最大限度的压缩。在DCT系数中含有了空间频率信息，由于人眼对人眼对不同频率敏感程度不同，我们可以通过这一特点选择量化表中的元素值的大小，细量化对视觉比较重要

9、的系数（量化步长较小），如低频系数被细量化，粗量化元素值中的高频系数（量化步长较大）。重新编排经过量化后的系数主要是为了增加连续的“0”系数的个数,也就是“0”的游程长度,其方式是根据Z字形的式样对其进行编排7。图像编码技术在现今已经很成熟了，许多国际建议在制定之后极大推动了该技术的实现与产业化，进而使图像编码技术的发展速度得到了提高。当前该技术的研究方向主要有以下两个方面1如何更好地实现图像编码国际建议。研制出高性能、高集成度的图像编码专用芯片，降低编码系统的成本并提高其可靠性。对于现有图像编码系统开发中技术问题的解决。例如提高抗码能力与图像质量等。2对图像编码理论以及其他图像编码方式的研究

10、。当前已被提出和正在研究的图像编码方法主要有以下几种基于表面描述的编码、利用数学形态学的编码、利用人工神经网络的编码、模型编码、利用分形几何的编码、多分辨率编码等等9。人类得到信息和进行信息交换的主要途径通过图片，因此，图像处理必然涉及到人们生活和工作的各个方面10。20世纪60年代初期，美国喷气推进实验室（JPL）通过数字图像处理对月球照片进行分析，这标志了数字图像处理开始了其发展历程。而数字图像处理技术在此后的几十年时间里，迅速地发展成一门独立的有强大生命力的学科，伴随计算机技术和半导体工业的发展，数字图像处理技术必然将得到更大的发展11。1航天和航空技术方面的应用航空遥感图像及卫星遥感图

11、像都要通过数字技术进行处理,同时从中取得重要的信息。例如主要应用于地形地质，矿藏资源探查，农林畜牧等资源调查，自然灾害的预测预报，环境污染监测，气象卫星云图处理以及地面军事目标的识别12。2生物医学工程方面的应用图像处理广泛应用于医学领域，在临床诊断同病理研究领域大范围的使用到了图像处理技术。由于图像处理在医学上具有直观、安全、方便等优点，使得该技术普遍受到欢迎。具体应用上主要有X射线照片的分析，血球计数和染色体分类等。目前临床诊断及治疗上广泛使用了各种成像技术。3通信工程方面的应用当今通信主要是向声音、文字、图像与数据相结合的多媒体通信方向发展。具体上说来就是把电话线、电视信号和互联网这三网

12、合一的方式在数字通信网上传输。在这之中，图像通信的传输是最为复杂和麻烦的，这是因为图像信号的数据量相当庞大，必须有一个极高的传输速率才能够满足其传输要求。为了保证图像数据能够及时的传送，就要使用图像编码技术来压缩数据的比特量。在某些层面上来说，编码压缩在这些技术中起到了至关重要的作用。熵编码、DPCM编码、变换编码是比较常用的编码技术，同时一些新的编码技术正在被大力研究，比如分形编码、自适应网络编码和小波变换图像编码等13。4工业和工程方面的应用在工业领域，图像处理技术也被广泛应用在产品的无损检测上。自20世纪70年代，在该领域的上应用得到了极快的发展，主要包含有质量检测、生产过程中的自动化控

13、制、CAD/CAM等几个方面14。5军事、公安方面的应用在军事、公安上的应用主要包括了导弹的精确制导，对侦察照片的分析，具有图像传输、在军事自动化指挥系统上存储及显示各种图像信息，各种大型军事设备的模拟训练系统，刑侦图片的分析，指纹识别，人脸识别，重建残缺图片，以及交通监控、事故分析等15。6文化艺术方面的应用目前在这方面的应用主要有电视画面的数字编辑、电影特效、动画制作、电脑电视游戏、广告设计、音乐录像带的制作、纺织工艺品设计、服装设计与制作、美发美容、各种文物艺术品的复原、体育比赛的技术分析等，同时还推动了计算机美术的形成与发展。7其他在目前热点的电子商务快速发展中，图像处理技术也有着其重

14、要的作用，比如产品的防伪，身份的确认和水印技术等。此外，通过图像处理同图形学之间的相互结合，为各个学科的研究提供许多新的研发工具。总之，图像处理技术的发展使其在社会发展中起到了越来越大的作用，在各个领域中扮演着重要的角色，有着不可低估的作用7。自20世纪60年代第三代数字计算机的出现，数字图像处理技术的发展也得到了快速的发展，并且在未来很长的时间内仍将大幅发展。但该技术也有一些问题亟待研究，主要包括如下5个方面。同时提高准确度和处理性能，加快数据的处理速度。在一些特殊领域比如云图处理方面，处理速度还有待提高。对其他学科的技术成果，进行借鉴，并加以利用，研究出新的处理方法，提高图像处理技术的工作

15、效率。对一些边缘领域的研究工作加以重视。这些领域的突破，对于图像处理有着重要的促进作用。完善图像处理技术的理论体系，理论研究也要齐头并进。规范图像处理技术的标准。3总结图像压缩技术在经过了几十年研究发展之后，已经取得令人瞩目的成就，但目前还是有着许多的不足之处需要我们进行更深入的研究。基于DCT的图像压缩编码算法是当前研究的热点和主要的发展方向，但同时也有着自己的缺点，在未来的的研究当中，应该与人眼视觉特性结合。总而言之，图像压缩技术是一个很有发展潜力的研究领域，在此项领域上所取得的成果对于我们的信息技术和通信行业的发展具有相当深远的影响。4参考文献1崔春艳,李彩霞基于DCT变换的数字图像压缩

16、技术及其MATLAB实现J现代电子技术20029792王芳,汪伟JPEG2000图像压缩标准及其应用J光盘技术,2006157593蔡翔图像图形技术研究与应用2009M，中国传媒大学出版社，2009244杨杰数字图像处理及MATLAB实现M电子工业出版社，2010125张汗灵MATLAB在图像处理中的应用M清华大学出版社，20082182196孟宪伟，宴磊图像压缩编码综述J影像技术，200787887VKGOYALMULTIPLEDESCRIPTIONCODINGCOMPRESSIONMEETSTHENETWORKIEEESIGNALPROCESS,2001,1858吕世良,曲仕敬基于DCT的

17、图像压缩及MATLAB实现J科技信息IT技术论坛,2008144029VVAISHAMPAYANDESIGNOFMULTIPLEDESCRIPTIONSCALARQUANTIZERSIEEETRANSACTIONSONINFTHEORY,1993,39310侯睿，王昆数字图像压缩技术的发展现状与趋势J科教导刊，200999511宫泽林基于JPEG图像压缩技术的研究及其MATLAB实现J信息技术,2009910312王成优,侯正信JPEG图像压缩编码及其MATLAB仿真实现信息技术电子测量技术天津大学硕士研究生论文D2007113513713欧阳林群谈谈DCT在图像压缩编码中的应用原理J南平师专学报,2001,204828414陈桂明应用MATLAB语言处理数字信号与数字图像M科学出版社，200015许波MATLAB工程数学应用M清华大学出版社，2000