4.3.3量化系数的编排................................................................................. 16 4.3.4 DC系数的编码................................................................................... 17 4.3.5 AC系数的编码................................................................................... 18 4.3.5组成位数据流..................................................................................... 19 4.4基于DCT的图像压缩MATLAB仿真.............................................................. 22 4.5本章小结........................................................................................................ 24
结束语 .............................................................................................. 25 参考文献........................................................................................... 26 致 谢 .............................................................................................. 28
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南京师范大学泰州学院本科生毕业设计（论文）
第一章 绪论
1.1课题背景及研究意义
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，但是图像数据的一个显著特点就是信息量大。具有庞大的数据量，如果不经过压缩,不仅超出了计算机的存储和处理能力,而且在现有的通信信道的传输速率下，是无法完成大量多媒体信息实时传输的,因此,为了更有效的存储、处理和传输这些图像数据,必须对其进行压缩,因此有必要对图像压缩编码进行研究。由于组成图像的各像素之间,无论是在水平方向还是在垂直方向上都存在着一定的相关性，因此只要应用某种图像压缩编码方法提取或者减少这种相关性, 就可以达到压缩数据的目的[1]。
数字图像的冗余主要表现在以下几种形式：
空间冗余：规则物体和规则背景的表面物理特性都具有相关性，数字化后表现为数字冗余。例如：某图片的画面中有一个规则物体,其表面颜色均匀,各部分的亮度、饱和度相近,把该图片作数字化处理,生成位图后,很大数量的相邻像素的数据是完全一样或十分接近的,完全一样的数据当然可以压缩,而十分接近的数据也可以压缩,因为恢复后人亦分辨不出它与原图有什么区别,这种压缩就是对空间冗余的压缩。
时间冗余：序列图像(如电视图像和运动图像)和语音数据的前后有着很强的相关性,经常包含着冗余。在播出该序列图像时,时间发生了推移,但若干幅画面的同一部位没有变化,变化的只是其中某些地方,这就形成了时间冗余。
统计冗余：空间冗余和时间冗余是把图像信号看作概率信号时所反应出的统计特性，因此，这两种冗余也被称为统计冗余。
编码冗余：同样长度的编码可以表示不同的信息。
结构冗余：相似的，对称的结构如果都加以记录就出现结构冗余。 知识冗余：由图像的记录方式与人对图像的知识差异而产生的冗余。人对许多图像的理解与某些基础知识有很大的相关性。许多规律性的结构，人可以由先验知识和背景知识得到。而计算机存储图像时还得把一个个像素信息存入，这就形成冗余。
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第一章 绪论
视觉冗余：视觉系统对于图像场的注意是非均匀和非线性的，视觉系统不是对图像的任何变化都能感知。
所谓的图像压缩编码技术就是对要处理的图像数据按一定的规则进行变换和组合, 从而达到以尽可能少的数据流(代码)来表示尽可能多的数据信息。
在图像压缩算法中，一种是以离散余弦变换(DCT，Discrete Cosine Transform)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。
1.2图像压缩技术的研究现状与发展趋势
1948年提出电视信号数字化后，图像压缩编码的研究工作就宣告开始了。在这项技术发展的早期，限于客观条件，仅对帧内预测法和亚取样内查复原法进行研究，对视觉特性也做了一些极为有限但可贵的研究工作。1966年J.B.O Neal[2]对比分析了DPCM和PCM并提出了用于电视的实验数据。1969年进行了线性预测编码的实际实验。1969年举行首届图像编码会议。70年代开始进行了帧间预测编码的研究。80年代开始对运动估值和模型编码进行研究。
进入90年代，ITU-T和ISO[3]制定了一系列图像编码国际建议，如H.261、JPEG、MPEG-1、H.262、H.263、MPEG-4等。国际标准化组织[12]于1988年成立了一个致力于制定有关运动图像压缩编码的组织MPEG (Moving Picture Experts group)，意思是“运动图像专家组”这个专家组的任务是给用于数字存储介质、电视广播和通信的运动图像和它的伴音制定一种通用的编码方法.MPEG组织在工作一开始就考虑到相关标准化组织的研究成果，如JPEG和H.261标准。运动图像可以看成是静止图像的一个序列，所以运动图像的帧内编码技术就采用了JPEG推荐的离散余弦变换DCT技术.此外MPEG又加进了帧间压缩编码技术。1992年MPEG正式推出了MPEG-1标准草案，1993年正式通过.由于多媒体技术、数字电视技术、多媒体通信以及交互电视技术的发展,MPEG-1在视频音频分辨率和传输率方面已不能满足要求，所以ISO/IEC在1994年又推出了ISO/IEC13813 MPEG-2 运动图像及其伴音通用压缩编码标准。MPEG-2已经被国际上公认为HDTV信源压缩编码的标准.数字电视从传输方式上分为卫星数字电视广播、有线数字电视广播和地面数字电视广播，虽然它们的信道编码方式不同，但是信源均采用MPEG-2标准编码。
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采用二维离散傅立叶变换是1968年H.C.Andrews[4]等人提出的，此后相继出现用其他变换方法的变换编码，其中包括二维离散余弦变换。
经过几十年的发展，图像编码技术业已成熟，一些国际建议的制定极大地推动了图像编码技术的实现和产业化，从而推动图像编码技术以更快的速度发展，目前的研究方向有两个：
(1) 更好地实现现有的图像编码国际建议。 研制出集成度更高、性能更好的图像编码专用芯片，使编码系统成本更低、可靠性更高。解决好现有的图像编码系统开发中的技术问题。例如：提高图像质量、提高抗码能力等。
(2) 对图像编码理论和其他图像编码方法的研究。 目前已经提出和正在进行研究的图像编码方法有：多分辨率编码、基于表面描述的编码、模型编码、利用人工神经网络的编码、利用分形几何的编码、利用数学形态学的编码等等。
1.3论文主要内容与结构安排
本文的主要内容是，介绍图像压缩编码算法中的离散余弦变换(DCT)变换算法，和用MATLAB进行仿真，从而得出实验的结果。论文具体分为五章：
第一章：绪论。首先简述了基于DCT图像压缩技术这一课题的研究意义，其次分析了现在图像压缩技术国内外的发展现状。指出DCT变换的图像压缩编码算法现在的优势与方便，有效的传输和压缩图像。
第二章：所用开发工具简介。本章介绍了MATLAB的发展及它的优点，并且简述了MATLAB在图像处理中的应用。
第三章：常见的图像压缩方法。本章简要介绍了现在国内外对图像进行压缩时进行的几种压缩方法。对几种具有代表性、具有意义的压缩方法介绍了它们的基本原理。
第四章：重点介绍了论文的中心——利用DCT变换的编码方法对图像进行压缩。并与其他压缩方法进行对比实验，得出了实验的结果。总结出了DCT变换算法的图像压缩的优势。
结束语：论文的总结。主要概括了论文的目的，并介绍了论文的各章重点以及未来的研究方向。
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第二章 所用开发工具简介
第二章 所用开发工具简介
2.1 MATLAB软件简介
MATLAB软件由美国Math Works公司于1984年推出,历经十几年的发展和竞争,现已成为(IEEE)国际公认的最优秀的科技应用软件之一。MATLAB已推出Unix、Windows 9x/NT、Linux和Mac等十多种操作系统平台下的版本,大大方便了在不同操作系统平台下的研究工作。
事实上MATLAB既表示一种交互式的数值计算软件，又表示一门高级科学计算语言。MATLAB语言是一种直译式语言,其语法规则非常类似BASIC语言，有编程基础的人很快就可以熟悉并使用。它把计算、图示和编程集成到一个易用的交互式环境中，用大家熟悉的数学表达式来描述问题和求解方法从而使许多用C或FOR-TRAN实现起来十分复杂费时的问题用MATLAB可以轻松解决。
利用MATLAB语言及其所提供的函数进行图像处理，编程简单、操作方便、可靠性强，能够达到预期的效果。MATLAB工具箱功能非常强大，简化了繁琐的数学计算工作，有效的促进了数字图像处理相关的研究开发工作。MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用与工程计算、控制设计。信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析领域。
现在MATLAB已经发展成为一个系列产品：MATLAB主包和各种工具箱(TOOLBOX)。目前已经推出了30多个工具箱，这些工具箱可分为两大类：功能性工具箱和学科性工具箱。功能性工具箱主要用来扩充其符号计算功能、图示建模仿真功能、文字处理功能以及硬件实时交互功能，能用于多种学科。而学科性工具箱是专业比较强的，如控制工具箱、信号处理工具箱、图像处理工具箱和小波工具箱等多个学科的专业工具箱。借助于这些工具箱，各个层次的研究人员就可方便地进行研究工作,提高工作效率。
2.2 MATLAB的优势特点
MATLAB 的优势可以概括为以下几点：
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