信息论与编码 课程设计1new

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1、广西工学院信息论与编码课程设计说明书设计题目JPEG静态图像压缩编码原理及实现技术系别电控系专业班级电子081学生姓名彭超学号200800303038手机号码15077226290JPEG静态图像压缩编码原理及实现技术电子081200800303038彭超15077226290摘要：本文主要介绍了JPEG静态图像压缩编码的原理和实现技术。编码原理有离散预先变换，量化，编码，组成数据流。实现的技术有离散余弦正变换（FDCT）和离散余弦逆变换（IDCT），量化和熵编码。关键词：JPEG图像压缩编码JEEG是

2、联合图像专家小组的英文缩写，联合图像专家小组，多年来一直致力于标准化工作，他们开发研制出连续色调、多级灰度、静止图像的数字图像压缩编码方法。这个压缩编码方法称为JPEG算法。JPEG算法被确定为JPEG国际标准，它是国际上彩色、灰度、静止图像的第一个国际标准。JPEG标准是一个适用范围广泛的通用标准。它不仅适于静图像的压缩，电视图像序列的帧内图像压缩编码也常采用JPEG压缩标准，1992年正式成为国际标准。一、PEG静态图像压缩编码原理：1.离散余弦变换(1)通过离散余弦变换（DCT变换，下略），可以将

3、能量集中在矩阵左上角的少数几个系数上。简单地说，我们可以将DCT看作用一个8行8列的二维数组产生另一个8行8列的二维数组的函数。也就是说，把一个数组通过某种变换，变成另一个数组。2)用f表示像素值的数组，f(i,j)表示第i行第j列的值，则DCT变换之后定义一个新的数组F(u,v)表示第u行v列的值。DCT变换通过下面公式完成：逆DCT变换公式：在上面两公式中，当u,v=0时，，其他情况下，C(u),C(v)=1。2.量化为了达到压缩的目的，我们需要对经过DCT变换的DCT系数进行量化，目的是减小非0系

4、数的幅度以增加0值系数的数目。在一定的主观保真的前提下，丢掉那些对视觉效果影响不大的数据。量化是压缩过程中造成质量下降的最主要原因。3.编码z形排列：对图像块进行DCT变换后，能量集中在矩阵左上角的少数几个系数上。所以一般左上角的数值比较大，而0则主要集中在矩阵右下角。为了增加连续的0的个数，我们采用z形排列（zigzag），以便更好地压缩数据。这样，我们就能把一个8*8的矩阵转换成一个1*64的矢量。DC系数编码：8*8图块经过DCT变换后得到的DC系数有两个特点，一个是数值很大，另一个是相邻两个图块

5、之间的DC系数很相近。因此，JPEG采用取DPCM编码对DC系数差进行编码。公式如下：其中Delta为差值，即差值为当前图块DC系数减去上一个图块的DC系数。AC系数的编码：经过量化的AC系数的特点是有很多连续的0。所以可以使用非常简单和直观的RLE编码对其进行编码。霍夫曼编码（[size=-1]*注1注2）：在JPEG有损压缩中，使用霍夫曼编码来减少熵（读Shang，1声）。压缩数据符号的时候，霍夫曼编码器对出现频率较高的符号使用较短的代码，对于出现频率较低的符号使用较长的代码，最终使得编码的平均码字

6、最短。4.组成数据位流JPEG编码的最后一步为把各种标记代码和编码后的图像组成数据，这样做的目的是为了便于传输、存储和译码器进行译码。二、PEG静态图像压缩编码实现技术：（1）首先把一幅图象分8*8的子块进行离散余弦正变换（FDCT）和离散余弦逆变换（IDCT）。（2）量化（3）熵编码具体的实现技术如下：（1）首先把一幅图象分8*8的子块进行离散余弦正变换（FDCT）和离散余弦逆变换（IDCT）。在编码器的输入端，原始图象被分成一系列8*8的块，作为离散余弦正变换（FDCT）的输入。在解码器的输出端，离

7、散余弦逆变换（IDCT）输出许多8*8的数据块，用以重构图象。8*8FDCT和8*8IDCT数学定义表达式如下：离散余弦正变换（FDCT）可看作为一个谐波分析仪，把离散余弦逆变换（IDCT）看作一个谐波合成器。每个8*8二维原图象采样数据块，实际上是64点离散信号，该信号是空间二维参数x和y的函数。FDCT把这些信号作为输入，然后把它分解成64个正交基信号，每个正交信号对应于64个二维（2D）空间频率中的一个，这些空间频率是由输入信号的频谱组成。FDCT的输出是64个基信号的幅值（即DCT系数），每个系

8、数值由64点输入信号唯一地确定，即离散余弦变换的变换系数。在频域平面上变换系数二维频域变量u和v的函数。对应于u=0，v=0的系数，称做直流分量（DC系数），其余63个系数称做交流分量（AC系数）。因为在一幅图象中像素之间的灰度或色差信号变化缓慢，在8*8子块中像素之间相关性很强，所以通过离散余弦正变换处理后，在空间频率低频范围内集中了数值大的系数，这样为数据压缩提供了可能。远离直流系数的高频交流系数大多为零或趋于零。如果FDCT和IDCT