基于Matlab实现灰度图像赫夫曼编码(数字图像处理实验).zip

% 输入：Image [m*n (double)] 为目标图像且为黑白图像 % Filepath (String) 为编码文件保存路径 % 输出：Code [](uint8) 为哈夫曼编码的输出结果，为uint8的数组 % Info (struct) 为计算得到的编码各指标分析数值结构体 % 函数功能：将输入的图像进行哈夫曼变长编码压缩，将编码结果写入路径文件， % 并返回编码性能分析结果。 function [ Code, Info] = Huffman_code( Image, Filepath) [ H, W] = size(Image); % 计算直方图并排序 hist = imhist(Image) / (H*W); % 计算图像的概率直方图 [ proba, index] = sort( hist); % 对其从小到大排序并返回索引位置 Array_index = index( proba~=0 ); Array_proba = proba( proba~=0 ); % 保留序列的非零值及其索引 Array_index = num2cell( Array_index); % 将索引转换为元胞类型 % 计算编码表 Table = cell( 256, 1); % 定义编码表 while length( Array_proba)>1 % 进入循环，直到概率直方序列相加为一个数 index1 = Array_index{1}; index2 = Array_index{2}; % 获得当前的概率序列最小的两个索引元胞 Table( index1) = cellfun(@(x) [x,uint8(0)], Table(index1), 'UniformOutput',false); Table( index2) = cellfun(@(x) [x,uint8(1)], Table(index2), 'UniformOutput',false); % 分别在这两个索引元胞的每个元素对应的编码序列后边加上‘1’或‘0’ Array_proba = [sum(Array_proba(1:2));Array_proba(3:end)]; Array_index = {[index1,index2],Array_index{3:end}}; % 将最小的两个概率相加，将对应索引合并进一个元胞中 [ Array_proba, order] = sort( Array_proba); Array_index = Array_index( order); % 对处理后的序列重新排序 end Table = cellfun(@(x) x(end:-1:1), Table, 'UniformOutput', false); % 将得到的编码序列反转，生成前缀码 % 编码替换 Code_uint8 = []; for Pixel = Image(:) % 将图像一维化，然后逐一替换 Code_uint8 = [ Code_uint8, Table{ Pixel+1}]; end Code_str = getbytes( Code_uint8); % 将生成的bit串合并成为byte（uint8）数组 % 创建文件头 Code_table = []; Table_length = zeros(1,256); for index = 1:256 % 将编码表打包进文件头，格式为 [ 码字1长度 码字1][ 码字2长度 码字2]…… Table_length( index) = length( Table{ index}); value = getbytes( Table{ index}); Code_table = [Code_table, uint8( Table_length(index)), value]; end length_head = uint16( length( Code_table)+6); % 计算文件头的长度 Code_info = uint8([ bitshift(length_head,-8), mod(length_head,256)]); Code_H = uint8([ bitshift(H,-8), mod(H,256)]); Code_W = uint8([ bitshift(W,-8), mod(W,256)]); % 将长度、图片的长宽信息转换为6个uint8 Code_head = [ Code_info, Code_H, Code_W, Code_table]; % 文件头合并 % 合并编码并写入文件 Code = [Code_head, Code_str]; % 将文件头和编码内容合并 File = fopen( Filepath,'w'); % 以写模式创建与打开文件 fwrite( File, Code, 'uint8'); % 以uint8的形式写入文件 fclose( File); % 计算编码性能 Info.ACLength = Table_length * hist; % 计算平均码长 Info.Entorpy = -log2( proba( proba~=0 )')* proba( proba~=0 ); % 计算信息熵 Info.CodeRate = Info.Entorpy / Info.ACLength; % 计算编码效率 Info.CompRate = Info.ACLength / 8; % 计算压缩比 % 输入：Uint [] (uint8) 为bit序列，每一个数为1或者0 % 输出：String [] (uint8) 为byte序列，每一个数范围为0~255 % 函数功能：将输入的bit序列密集化，每8个数合成一个数，生成byte序列。 function String = getbytes( Uint) bit_num = length( Uint); % 计算bit序列长度 byte_num = ceil( bit_num / 8); % 计算byte序列长度 Uint = [Uint, uint8(ones(1,byte_num*8-bit_num))]; % 将bit序列长度补为8的整倍数 String = []; for point = 0: byte_num-1 % 进入循环 charac = uint8(0); for bit = 1: 8 % 取出8个数按照前后顺序合成一个数 index = point*8 + bit; flag = bitshift( Uint(index), 8-bit, 'uint8'); charac = bitor( charac, flag, 'uint8'); end String( point+1) = charac; % 将这个数加入序列 end