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图像压缩系统的设计与实现文档.doc
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2023-10-06
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该程序的编码部分能把一张BMP格式的图象进行JEPG编码,压缩成以二进制形式保存的文件;通过相应的解码程序又可以把图象解压缩出来。在图象传送过程中,我们经常采用JPEG格式对静态图象进行编码。JPEG基本系统是一种有损编码,无法完全恢复出原图象,信息有一定的丢失,称为有损压缩。尽管我们希望能够无损压缩,但是通常有损压缩的压缩比(即原图象占的字节数与压缩后图象占的字节数之比,压缩比越大,说明压缩效率越高)比无损压缩的高。JPEG编码先把图象色彩RBG变成亮度Y和色度Cr、Cb,它利用人的视觉对色度不敏感的特点,减少一部分色度数据,以达到压缩。
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目录
摘要 ......................................................................I
Abstract .................................................................II
第一章 绪论 .............................................................1
1.1 研究的动机和目的...................................................1
1.2 研究的背景.........................................................1
1.3 研究内容...........................................................2
1.4 系统原理...........................................................2
1.4.1 色彩模型 ....................................................2
1.4.2 DCT (离散余弦变换) ..........................................3
1.4.3 排列 DCT 结果.................................................4
1.4.4 量化 ........................................................4
1.4.5 huffman 编码 .................................................5
1.5 可行性研究.........................................................7
1.5.1 经济可行性....................................................7
1.5.2 技术可行性 ...................................................7
1.5.3 运行可行性 ...................................................7
第二章 图像压缩理论基础及开发流程 .........................................8
2.1 图像压缩..........................................................8
2.2 JPEG.............................................................9
2.3 离散余弦变换.......................................................9
2.4 图像的量化........................................................10
2.5 游程编码..........................................................12
2.6 哈夫曼编码........................................................12
2.7 系统开发理论流程..................................................14
2.7.1 颜色转换及采样 ..............................................14
2.7.2 二维 DCT 变换 ................................................14
2.7.3 量化 ........................................................14
2.7.4 游程编码,ZIGZAG 扫描........................................15
2.7.5 哈夫曼编码 ..................................................15
第三章 需求分析 ..........................................................16
3.1 需求分析的任务....................................................16
3.2 系统功能分析......................................................16
3.3 系统需求分析的步骤................................................16
3.4 系统功能模块设计..................................................16
第四章 总体设计 .........................................................17
4.1 系统设计的原则...................................................17
4.2 设计目标.........................................................17
4.3 系统开发平台.....................................................17
4.3.1 软件配置 ....................................................17
4.3.2 硬件配置 ....................................................18
4.4 系统开发方法及技术路线............................................18
第五章 详细设计 ..........................................................20
II
5.1 代码设计.........................................................20
5.1.1 程序列表 ....................................................21
5.2 公共模块(Module)设计..............................................25
5.3 各模块的功能介绍.................................................25
5.3.1 各菜单功能...................................................25
5.4 软件演示 ......................................................25
第六章 测试与维护 ........................................................30
6.1 测试..............................................................30
6.2 维护..............................................................30
总结 .....................................................................31
参考文献 .................................................................32
致谢 .....................................................................33
附录 用户手册 ............................................................34
1.1 系统概述.........................................................34
1.2 运行环境.........................................................34
1.3 使用说明.........................................................34
1.4 系统的遗留问题...................................................34
I
摘要
本论文主要介绍了 JPEG 的编码和解码过程。该程序的编码部分能把一张 BMP 格式
的图象进行 JEPG 编码,压缩成以二进制形式保存的文件;通过相应的解码程序又可以
把图象解压缩出来。在图象传送过程中,我们经常采用 JPEG 格式对静态图象进行编码。
JPEG 基本系统是一种有损编码,无法完全恢复出原图象,信息有一定的丢失,称为有损
压缩。尽管我们希望能够无损压缩,但是通常有损压缩的压缩比(即原图象占的字节数
与压缩后图象占的字节数之比,压缩比越大,说明压缩效率越高)比无损压缩的高。JPEG
编码先把图象色彩 RBG 变成亮度 Y 和色度 Cr、Cb,它利用人的视觉对色度不敏感的特点,
减少一部分色度数据,以达到压缩。
JPEG 采取多种编码方式,包含有行程编码(Run Length Coding)和哈夫曼(Huffman)
编码,有很高的压缩比。在编码前,先对数据进行分块,离散余弦变换(DCT)及量化,
保留能量大的低频信号,丢弃高频信号以达到压缩。解码时,进行熵解码,反量化,反
离散余弦变换(IDCT)。
关键字:JPEG;有损压缩;行程编码;哈夫曼编码
II
Abstract
This paper introduces the encoding and decoding of JPEG and the specific
realization of program on vc++ platform. The encoding part of this program can
encode a picture whose format is BMP and save relevant data as binary system.
The decoding program can decode the compression data and reconstruct the origin
image. While conveying pictures we often encode still pictures into the style
of JPEG. JPEG is of lossy compression which can not recover all the image data,
some data are losed. Although we refer to non-lossy compression, however, the
compression ratio of lossy compression( the times that data bytes before
compression to that after compression )is bigger than that of non-lossy
compression. JPEG encoding translate image color from RBG to luminance Y and
chroma Cr、Cb. Because people’ eyes are less sensitive to chroma comparing with
luminance , some of chroma data are abandoned to reduce data size.
JPEG envolves some kinds of ways of encoding including Run Length Coding and
Huffman Coding, so it has high compression ratio. Before Coding ,we divide
data into blocks , DCT and quantify each block. The low-frequency signals that
have more energy are maintained and others are rejected . While decoding , data
stream are readed , decoded , inverse-quantified and then IDCT .
Keywords: JPEG;lossy compression;Run Length Coding;Huffman Code
1
第一章 绪论
1.1 研究的动机和目的
信息时代,人们对使用计算机获取信息、处理信息的依赖性越来越高。计算机系统
面临的是数值、文字、语言、音乐、图形、动画、静图像、电视视频图像等多种媒体。
数字化的视频和音频信号的数量之大是惊人的,对于电视画面的分辨率 640×480 的彩
色图像,30 帧/s,则一秒钟的数据量为:640×480×24×30=221.12M,所以播放时,
需要 221Mbps 的通信回路。存储时,1 张 CD 可存 640M,则仅可以存放 2.89s 的数据。
大数据量的图像信息会给存储器的存储容量,通信干线信道的带宽,以及计算机的
处理速度增加极大的压力。单纯靠增加存储器容量,提高信道带宽以及计算机的处理速
度等方法来解决这个问题是不现实的,这时就要考虑压缩。
1.2 研究的背景
随着多媒体技术的快速发展,静止图像的应用越来越广泛。它的应用主要集中在图
像的存储和图像的传输两方面,从具体应用中我们可以发现静止图像占用了越来越多的
资源。在这样的背景条件下,静止图像的压缩成为了一个研究的热点。
目前静止图像的压缩算法以 JPEG(Joint Photographic Experts Group)和
JPEG2000 为主。
JPEG 是第一个被广泛接受的单色和彩色静止图像压缩标准,它的名字源于“Joint
Photographic Experts Group(联合图像专家组)”,它是由 ISO/和 CCITT 协同工作的机
构,这个机构的工作成果是 ISO 的国际标准 ISO/IEC10918-1(连续色调静止图像的数字
压缩和编码,digital compression and coding of continuous tone still images)
和 ITU-T 的建议 T.81。JPEG 标准草案于 1991 年公布,1992 年正式批准为国际标准,以
后这个工作组的进一步增强和扩展形成了 ISO 10918-3 和 ITU-T 建议 T.81。
JPEG 是一种采用预测编码(DPCM)、离散余弦变换(DCT)以及熵编码,以去除冗余的
图像和彩色数据的有损压缩格式,能够将图像压缩在很小的储存空间,图像中重复或不
重要的资料会被丢失,因此容易造成图像数据的损伤。尤其是使用过高的压缩比例,将
使最终解压缩后恢复的图像质量明显降低,如果追求高品质图像,不宜采用过高压缩比
例。但是 JPEG 压缩技术十分先进,它用有损压缩方式去除冗余的图像数据,在获得极
高的压缩率的同时能展现十分丰富生动的图像,也即可以用最少的磁盘空间得到较好的
图像品质。而且 JPEG 是一种很灵活的格式,具有调节图像质量的功能,允许用不同的
压缩比例对文件进行压缩,支持多种压缩级别,压缩比率通常在 10:1 到 40:1 之间,
压缩比越大,品质就越低;相反地,压缩比越小,品质就越好。比如可以把 1.37Mb 的
BMP 位图文件压缩至 20.3KB。当然也可以在图像质量和文件尺寸之间找到平衡点。JPEG
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