压缩技术实验编码
实验一统计编码
实验目的
1.熟悉统计编码的原理
2.掌握r元Huffman编码的方法；
3.了解Huffman编码效率及冗余度的计算;
二、实验原理
霍夫曼编码，又称最佳编码，根据字符出现概率来构造平均长度最短的变长编码。
Huffman编码步骤：
(1)把信源符号x i(i=1,2,…按出现概率的值由大到小的顺序排列；
(2)对两个概率最
小的符号分别分配以“ 0和“ 1,'然
后把这两个概率相加作为一个新的辅助符号的概率；
(3)将这个新的辅助符号与其他符号一起重新按概率大小顺序排列；
⑷跳到第2步，直到出现概率相加为1为止；
(5)用线将符号连接起来，从而得到一个码树，树的N个端点对应N个信源符号；
(6)从最后一个概率为1的节点开始，沿着到达信源的每个符号，将一路遇到的二进制码“ 0或“ 1顺序排列起来，就是端点所对应的信源符号的码字。
以上是二元霍夫曼编码。如果是r元霍夫曼编码，则应该如何做呢？
在HUFFMAN 编码方案中，为出现概率较小的信源输出分配较长的码字，而对那些出现可能性较大的信源输出分配较短的码字。为此，首先将r 个最小可能的信源输出合并成为一个新的输出，该输出的概率就是上述的r 个输出的概率之和。重复进行该过程直到只剩下一个输出为止。信源符号的个数q 与r 必须满足如下的关系式：
q = (r-1) n + r n 为整数如果不满足上述关系式，可通过添加概率为零的信源符号来满足。这样就生成了一个树，从该树的根节点出发并将0、1 分别分配给任何r 个来自于相同节点的
分支，生成编码。可以证明用这种方法产生的编码在前向树类
编码中具有最小的平均长度。
举例：对于取值为u={u1,u2,u3,u4,u5,u6} 其相应的概率为p={0.1 ，0.3，0.05，0.09，0.21，0.25}的信源，试设计一个3 元HUFFMAN 码，求出码子的平均长度与编码效率。
注：因为是 码字的平均长度
L=2 X 0.1+1 X 0.3+3 X 0.05+3 X 0.09+2 X
0.21+1 X
0.25=1.59
信源的熵
H ( u ) = (0.1 X Iog2(0.1)+ 0.3X Iog2(0.3)+
0.05X
Iog2(0.05)+ 0.09X Iog2(0.09)+
0.21 X Iog2(0.21)+ 0.25X
Iog2(0.25)=2.3549
编码效率
Q=0.9345 用MATLAB
实现该编码的方法可用下面的矩阵来说 明：
20
U 1 0.1① 0.3② 0.3⑤ 0.3⑤ 0.3③ 0.45 ① 1 1
U 2 0.3② 0.25 ⑥ 0.25 ④ 0.25④ 0.25② 0.3③
211 U 3 0.05 ③ 0.21 ⑤ 0.21 ③ 0.21 ③ 0.45 ① 0.25②
20
til 0. 1 0.3 1
u2 0.3 0. 25 211
u3 0. 05 0.21 川 ul 0. 09 0. 1
22
u5 0.21 a 09 0 u6 ().25 a 05
*0.3 *0.25 *0. 21 *0. 14
養 0. 1 —- 3元编码，所以每次3个概率值相加。
0.45 0.3 ? 0.
212 U4 0.09 ④0.1①0.1②0.14①22 U5 0.21 ⑤0.09 ④0.14 ①0.1②
0 U6 0.25⑥0.05 ③
0.⑦0⑦
注：每次3个数加完后，重新按序分配编号，在按概率
值重新排序，再进行下次加数
注：m 中每一行为按概率值重新排序后的编号列，一共 三次概率值排序；单箭头表示两次排序中的概率值并未 参加加数，未改变；多箭头表示箭头所指向的多项概率 值相加后得到箭头源的概率值。
注：c 为编码矩阵，从最后一行开始，因为是 3元编码, 故按0、1、2开始编码。根据m 中的箭头，单箭头不变, 多箭头根据箭头源每上一层则箭头源编码后再加一位， 同一层中加的位数按 0、1、2顺序添加。
m 矩阵第I (1>1 )行中的‘ 1'记录了合并后的信源符
号在新信源中的位置
实验步骤
1.
输入初始概率分布p 和码元数r ; 2.
检查是否满足q = (n-1)r + r (q 为输入信源的个 数)，如果不满足则补零使之满足；
3. 排序得m 矩阵 c=
7
m= 2
2 2 0 0
211 12 20 2 0 1 20 2 2 0 0
210
4．根据m 矩阵获得c 矩阵
5．从c 矩阵中取出最后的码字矩阵h 并计算平均码长和编码效率。
四、实验仪器
1计算机；
2MATLAB 程序；
3移动式存储器（软盘、U 盘等）；
4记录用的笔、纸。
五、实验报告内容
1、实验目的
2、实验要求
3、实验环境
4、实验内容（叙述操作过程，提交主要程序段）
5、实验结论
6、实验总结
六、思考题
1 什么是霍夫曼编码？在Matlab 中如何实现？
2 r 元霍夫曼编码的原理和过程？
实验二量化与变换编码
一、实验目的
1．理解有损压缩和无损压缩的概念；
2．理解图像压缩的主要原则和目的；
3. 掌握DCT 编码的原理
4.了解游程编码的原理
二、实验原理
1.图像压缩原理图像压缩主要目的是为了节省存储空间，增加传输速度。图像压缩的理想标准是信息丢失最少，压缩比例最大。不损失图像质量的压缩称为无损压缩，无损压缩不可能达到很高的压缩比；损失图像质量的压缩称为有损压缩，高的压缩比是以牺牲图像质量为代价的。压缩的实现方法是对图像重新进行编码，希望用更少的数据表示图像。
信息的冗余量有许多种，如空间冗余，时间冗余，结构冗余，知识冗余，视觉冗余等，数据压缩实质上是减少这些冗余量。高效编码的主要方法是尽可能去除图像中的冗余成分，从而以最小的码元包含最大的图像信息。
编码压缩方法有许多种，从不同的角度出发有不同的分类方法，从信息论角度出发可分为两大类。
（1）冗余度压缩方法，也称无损压缩、信息保持编码或嫡编码。具体说就是解码图像和压缩编码前的图像严格相同，没有失真，从数学上讲是一种可逆运算。
（2）信息量压缩方法，也称有损压缩、失真度编码或烟压缩编码。也就是说解码图像和原始图像是有差别
的，允许有一定的失真。应用在多媒体中的图像压缩编码方法，从压缩编码
算法原理上可以分为以下3 类：
（1）无损压缩编码种类
哈夫曼（Huffman ）编码，算术编码，游程（RLE ）编码，Lempel zev 编码。
（2）有损压缩编码种类
预测编码，DPCM ，运动补偿；频率域方法：正交变换编码（如DCT），子带编码；空间域方法：统计分块编
码；模型方法：分形编码，模型基编码；
基于重要性：滤波，子采样，比特分配，向量量化；
（3）混合编码。
有JBIG ，H261，JPEG ，MPEG 等技术标准。本实验主要利用MATLAB 程序进行离散余弦变换
（DCT ）压缩和游程编码（Run Length Encoding ，RLE ）。
1）离散余弦变换（DCT）图像压缩原理离散余弦变换DCT 在图像压缩中具有广泛的应用，它是JPEG 、MPEG 等数据压缩标准的重要数学基础。
和相同图像质量的其他常用文件格式（如GIF（可交
换的图像文件格式），TIFF（标签图像文件格式），PCX （图形文件格式））相比，JPEG是目前静态图像中压缩比最高的。JPEG 比其他几种压缩比要高得多，而图像质量都差不多(JPEG 处理的图像只有真彩图和灰度图)。正是由于其高压缩比，使得JPEG 被广泛地应用于多媒体和网络程序中。JPEG有几种模式，其中最常用的是基于DCT 变换的顺序型模
式，又称为基本系统(Baseline)。
用DCT 压缩图像的过程为：
(1)首先将输入图像分解为8X 8或16X 16的块，然后对每个子块进行二维DCT
变换。
(2)将变换后得到的量化的DCT 系数进行编码和传送，形成压缩后的图像格
式。
用DCT 解压的过程为：
(1)对每个8X 8或16X 16块进行二维DCT反变换。
(2)将反变换的矩阵的块合成一个单一的图像。
余弦变换具有把高度相关数据能量集中的趋势，
DCT 变换后矩阵的能量集中在矩阵的左上角，右下的大多数的DCT 系数值非常接近于0。对于通常的图像来说，舍弃这些接近于0 的DCT 的系数值，并不会对重构图像的画面质量带来显著的下降。所以，利用DCT 变换进行图像压缩可以节约大量的存储空间。压缩应该在最合理地近似原图像的情况下使用最少的系数。使用系数的多少也决定了压缩比的大小。
在压缩过程的第2 步中，可以合理地舍弃一些系数，从而得到压缩的目的。在压缩过程的第2 步，还可以采用RLE 和Huffman 编码来进一步压缩。
2）游程编码（RLE原理：
例如如下这幅的二值图像，
如果采用游程编码可以按如下格式保存
其中10 和8 表示图像的宽和高。在这个小例子中游程编码并没有起到压缩图像的作用。这是由于这个图
的尺寸过小，当图像尺寸较大时游程编码还是不错的无
损压缩方法。对于灰度图像和二值图像，用游程编码—
般都有很高的压缩率。游程编码方法实现起来很容易，
对于具有长重复值的串的压缩编码很有效，例如：对于
有大面积的阴影或颜色相同的图像，使用这种方法压缩效果很
好。很多位图文件格式都采用游程编码，如TIFF，
PCX GEM BMF等。
三、实验步骤
1打开计算机，启动MATLAB 程序；
2调入数字图像，并进行数据的游程（RLE ）编码压缩处理；
3将原图像在Photoshop 软件中打开，分别以不同的位图文件格式进行“另保存” ，比较它们的数据量。
4记录和整理实验报告
四、实验仪器
1计算机；
2MATLAB 、Photoshop 等程序；
3移动式存储器（软盘、U 盘等）。
4记录用的笔、纸。
五、实验报告内容
1 叙述实验过程；
2 提交实验的原始图像和结果图像。
六、思考题
1．图像中哪些信息是主要的，哪些信息是次要的？2．简述离散余弦变换（DCT ）的原理。
图像压缩编码方法综述 概述： 近年来, 随着数字化信息时代的到来和多媒体计算机技术的发展, 使得人 们所面对的各种数据量剧增, 数据压缩技术的研究受到人们越来越多的重视。 图像压缩编码就是在满足一定保真度和图像质量的前提下，对图像数据进行变换、编码和压缩，去除多余的数据以减少表示数字图像时需要的数据量，便于 图像的存储和传输。即以较少的数据量有损或无损地表示原来的像素矩阵的技术,也称图像编码。 图像压缩编码原理： 图像数据的压缩机理来自两个方面:一是利用图像中存在大量冗余度可供压缩；二是利用人眼的视觉特性。 图像数据的冗余度又可以分为空间冗余、时间冗余、结构冗余、知识冗余 和视觉冗余几个方面。 空间冗余：在一幅图像中规则的物体和规则的背景具有很强的相关性。 时间冗余：电视图像序列中相邻两幅图像之间有较大的相关性。 结构冗余和知识冗余：图像从大面积上看常存在有纹理结构，称之为结构 冗余。 视觉冗余：人眼的视觉系统对于图像的感知是非均匀和非线性的，对图像 的变化并不都能察觉出来。 人眼的视觉特性： 亮度辨别阈值：当景物的亮度在背景亮度基础上增加很少时，人眼是辨别 不出的，只有当亮度增加到某一数值时，人眼才能感觉其亮度有变化。人眼刚 刚能察觉的亮度变化值称为亮度辨别阈值。 视觉阈值：视觉阈值是指干扰或失真刚好可以被察觉的门限值，低于它就 察觉不出来，高于它才看得出来，这是一个统计值。 空间分辨力：空间分辨力是指对一幅图像相邻像素的灰度和细节的分辨力，视觉对于不同图像内容的分辨力不同。 掩盖效应：“掩盖效应”是指人眼对图像中量化误差的敏感程度，与图像 信号变化的剧烈程度有关。 图像压缩编码的分类： 根据编码过程中是否存在信息损耗可将图像编码分为: 无损压缩：又称为可逆编码(Reversible Coding)，解压缩时可完全回复原始数据而不引起任何失真； 有损压缩：又称不可逆压缩(Non-Reversible Coding)，不能完全恢复原始数据，一定的失真换来可观的压缩比。 根据编码原理可以将图像编码分为: 熵编码：熵编码是编码过程中按熵原理不丢失任何信息的编码。熵编码基
《数据压缩与编码》课程教学大纲 课程类型:专业限选课课程代码: 课程学时: 46学分: 2 适用专业:电子信息工程专业 开课时间: 三年级二学期开课单位: 电气与电子工程学院 大纲执笔人: 吴德林大纲审定人:杨宁 一、课程性质、任务： 人类社会已进入信息时代，网络是信息时代的重要产物，大量数据的存贮、处理特别是传输，是影响网络系统效率的重要因素之一，数据压缩技术对提高网络通信能力和效率提供了有力的支持。课程的目的在于学习数据通信基本原理和了解数据通信网络。 通过本课程的学习，学生能够掌握数据压缩的基本知识、基本方法；掌握数据压缩技术及经典算法，包括信源的数字化方法、基本的统计编码方法、预测编码的理论与实现方法、HUFFMAN方法、算术编码方法、字典压缩技术、文本压缩技术、图像压缩技术；理解和实验基本图像JPEG压缩编码或EZW/SPIHT压缩编码。 二、课程教学内容 1）教学内容、目标与学时分配 (一)理论教学部分
2、实验要求指：必做或选做 2) 教学重点与难点 1、重点：数据压缩的基本概念、数据压缩的常用方法与算法，数据编码技术、图像压缩技术以及视频压缩技术。。 2、难点：视频压缩与小波分析技术 三、课程各教学环节的基本要求 1）课堂讲授： 多媒体、PPT课件 2）实验（实训、实习）：
3）作业： 问答题，计算题 4）课程设计： 5）考试 5.1 考试方法：（考试；考查；闭卷；开卷；其它方法） 闭卷考试 5.2 各章考题权重 第一章 5% 第二章 10% 第三章 10% 第四章 20% 第五章 20% 第六章. 20% 第七章 10% 第八章 5% 5.3 考试题型与比例 Eg：填空：20% ；判断题：10% ；单项选择：20% ；问答题：40%；分析题：10% 四、本课程与其他课程的联系 先修课程： 微机原理与程序设计、C 语言程序设计、数据结构、算法设计与分析。 五、建议教材及教学参考书 教材：吴乐南著：《数据压缩（第3版）》，电子工业出版社，2012年 参考书：魏江力．JPEG2000图像压缩基础、标准和实践．电子工业出版社，2004
图像压缩编码实验报告 一、实验目的 1.了解有关数字图像压缩的基本概念，了解几种常用的图像压缩编码方式； 2.进一步熟悉JPEG编码与离散余弦变换（DCT）变换的原理及含义； 3.掌握编程实现离散余弦变换（DCT）变换及JPEG编码的方法； 4.对重建图像的质量进行评价。 二、实验原理 1、图像压缩基本概念及原理 图像压缩主要目的是为了节省存储空间，增加传输速度。图像压缩的理想标准是信息丢失最少，压缩比例最大。不损失图像质量的压缩称为无损压缩，无损压缩不可能达到很高的压缩比；损失图像质量的压缩称为有损压缩，高的压缩比是以牺牲图像质量为代价的。压缩的实现方法是对图像重新进行编码，希望用更少的数据表示图像。应用在多媒体中的图像压缩编码方法，从压缩编码算法原理上可以分为以下3类： （1）无损压缩编码种类 哈夫曼（Huffman）编码，算术编码，行程（RLE）编码，Lempel zev编码。（2）有损压缩编码种类 预测编码，DPCM，运动补偿； 频率域方法：正交变换编码(如DCT)，子带编码； 空间域方法：统计分块编码； 模型方法：分形编码，模型基编码； 基于重要性：滤波，子采样，比特分配，向量量化； （3）混合编码 JBIG，H.261，JPEG，MPEG等技术标准。 2、JPEG 压缩编码原理 JPEG是一个应用广泛的静态图像数据压缩标准，其中包含两种压缩算法(DCT和DPCM)，并考虑了人眼的视觉特性，在量化和无损压缩编码方面综合权衡，达到较大的压缩比(25:1以上)。JPEG既适用于灰度图像也适用于彩色图像。其中最常用的是基于DCT变换的顺序式模式，又称为基本系统。JPEG 的压缩编码大致分
常用工具软件多媒体数据压缩及编码技术 在计算机获取原始的声音、图形图像以及视频影像时，其数据量是十分庞大的。如果数据不进行压缩处理，存放该数据文件时将十分困难，并且即使存储下来也是比较浪费存储介质的。例如，一张600MB的光盘也只能存储几十秒的真彩视频影像。 因此，用户需要对所获取的声音、图形图像以及视频影像数据进行压缩。其压缩主要包含下列两种方法。 ●无损压缩 多媒体原始信源数据存在大量的冗余，如动态视频图像帧内像素之间的空间相关性和帧与帧之间的时间相关性都很大，故而原始信源数据有很多的冗余，采用去掉冗余的压缩方法。 ●有损压缩 利用人的视觉对于边缘急剧变化不敏感和对图像的亮度信息敏感、对颜色分辨率弱的特点以及听觉只能听到20Hz~20KHz等特征实现数据压缩，舍弃一些非主要的细节，从而使由压缩数据恢复的图像、声音仍有令人满意的质量的方法。 数据压缩技术的研究已经有许多年了，从PCM编码理论开始，到现在的ADPCM、JPEG、MPEG-1、MPEG-2、H.261等，已经产生了多种针对不同用途的压缩算法、实现手段和相关的数字硬件及软件。目前，被国际社会广泛认可和应用的通用压缩编码标准大致有如下4种。 ●H.261编码 由CCITT（国际电报电话咨询委员会）通过的用于音频视频服务的视频编码解码器（也称Px64标准），它使用两种类型的压缩：一帧中的有损压缩（基于DCT）和用于帧间压缩的无损编码，并在此基础上使编码器采用带有运动估计的DCT和DPCM（差分脉冲编码调制）的混合方式。这种标准与JPEG及MPEG标准间有明显的相似性，但关键区别是它是为动态使用设计的，并提供完全包含的组织和高水平的交互控制。 ●JPEG编码 JPEG（全称是Joint Photogragh Coding Experts Group（联合照片专家组））是一种基于DCT 的静止图像压缩和解压缩算法，它由ISO（国际标准化组织）和CCITT（国际电报电话咨询委员会）共同制定，并在1992年后被广泛采纳后成为国际标准。 它是把冗长的图像信号和其它类型的静止图像去掉，甚至可以减小到原图像的百分之一（压缩比100:1）。但是在这个级别上，图像的质量并不好；压缩比为20:1时，能看到图像稍微有点变化；当压缩比大于20:1时，一般来说图像质量开始变坏。 ●MPEG编码 MPEG是Moving Pictures Experts Group（动态图像专家组）的英文缩写，实际上是指一组由ITU和ISO制定发布的视频、音频、数据的压缩标准。它采用的是一种减少图像冗余信息的压缩算法，它提供的压缩比可以高达200:1，同时图像和音响的质量也非常高。现在通常有三个版本:MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4以适用于不同带宽和数字影像质量的要求。它的三个最显著优点就是兼容性好、压缩比高（最高可达200:1)、数据失真小。 ●DVI编码 DVI视频图像的压缩算法的性能与MPEG-1相当，即图像质量可达到VHS的水平，压缩后的图像数据率约为1.5Mb/s。为了扩大DVI技术的应用，Intel公司最近又推出了DVI算法的软件解码算法，称为Indeo技术，它能将为压缩的数字视频文件压缩为五分之一到十分之一。
小波变换在图像压缩中的应用 学院精密仪器与光电子工程学院 专业光学工程 年级2014级 学号1014202009 姓名孙学斌
一、图像压缩编码 数字图像 图像是自然界景物的客观反映。自然界的图像无论在亮度、色彩，还是空间分布上都是以模拟函数的形式出现的，无法采用数字计算机进行处理、传输和存储。 在数字图像领域，将图像看成是由许多大小相同、形状一致的像素(Picture Element简称Pixel组成)用二维矩阵表示。图像的数字化包括取样和量化两个主要步骤。在空间将连续坐标离散化的过程为取样，而进一步将图像的幅度值整数化的过程称为量化。 图像编码技术 数据压缩就是以较少的数据量表示信源以原始形式所代表的信息，其目的在于节省存储空间、传输时间、信号频带或发送能量等。其组成系统如图所示。 过程应尽量保证去除冗余量而不会减少或较少减少信息量，即压缩后的数据要能够完全或在一定的容差内近似恢复。完全恢复被压缩信源信息的方法称为无损压缩或无失真压缩，近似恢复的方法称为有损压缩或有失真压缩。 图像压缩编码的必要性与可行性 1．图像压缩编码的必要性 采用数字技术会使信号处理技术性能大为提高，但其数据量的增加也是十分惊人的。图像数据更是多媒体、网络通信等技术重点研究的压缩对象。不加压缩的图像数据是计算机的处理速度、通信信道的容量等所无法承受的。 如果将上述的图像信号压缩几倍、十几倍、甚至上百倍，将十分有利于图像的存储和传输。可见，在现有硬件设施条件下，对图像信号本身进行压缩是解决上述矛盾的主要出路。 2．图像压缩编码的可能性 图像数据量大，同时冗余数据也是客观存在的。在有些图像中可压缩的可能性很大。一般图像中存在着以下数据冗余因素。 (1)编码冗余 编码冗余也称信息熵冗余。去除信源编码中的冗余量可以在对信息无损的前提下减少代表信息的数据量。对图像进行编码时，要建立表达图像信息的一系列符号码本。如果码本不能使每个像素所需的平均比特数最小，则说明存在编码冗余，就存在压缩的可能性。 (2)空间冗余
栅格数据存储压缩编码方法 栅格数据存储压缩编码方法主要有：（1）.链式编码（2）.行程编码（3）.块式编码（4）.四叉树编码 （1）.链式编码：由某一原点开始并按某些基本方向确定的单位矢量链。基本方向可定义为：东＝0，南＝3，西＝2，北＝1等，还应确定某一点为原点。（2）.行程编码：只在各行（或列）数据的代码发生变化时依次记录该代码以及相同代码重复的个数，即按（属性值，重复个数）编码 （3）.块式编码：块式编码是将行程编码扩大到二维的情况，把多边形范围划分成由像元组成的正方形，然后对各个正方形进行编码。 （4）.四叉树编码而块状结构则用四叉树来描述，将图像区域按四个大小相同的象限四等分，每个象限又可根据一定规则判断是否继续等分为次一层的四个象限，无论分割到哪一层象限，只要子象限上仅含一种属性代码或符合既定要求的少数几种属性时，则停止继续分割。否则就一直分割到单个像元为止。而块状结构则用四叉树来描述。按照象限递归分割的原则所分图像区域的栅格阵列应为 2n×2n（n为分割的层数）的形式。下面就着重介绍四叉树编码。 四叉树编码又称为四分树、四元树编码。它是一种更有效地压编数据的方法。它将2n×2n像元阵列的区域，逐步分解为包含单一类型的方形区域，最小的方形区域为一个栅格像元。图像区域划分的原则是将区域分为大小相同的象限，而每一个象限又可根据一定规则判断是否继续等分为次一层的四个象限。其终止判据是，不管是哪一层上的象限，只要划分到仅代表一种地物或符合既定要求的几种地物时，则不再继续划分否则一直分到单个栅格像元为止。 所谓四叉树结构，即把整个2ｎ×2ｎ像元组成的阵列当作树的根结点，n 为极限分割次数，n＋1为四分树的最大高度或最大层数。每个结点有分别代表西北、东北、西南、东南四个象限的四个分支。四个分支中要么是树叶，要么是树叉。树叉、树叶用方框表示，它说明该四分之一范围全属多边形范围（黑色）或全不属多边形范围（空心四方块），因此不再划分这些分枝；树用圆圈表示，它说明该四分之一范围内，部分在多边形内，另一部分在多边形外，因而继续划分，直到变成树叶为止。 为了在计算机中既能以最小的冗余存储与图像对应的四叉树，又能方便地完成各种图形操作，专家们已提出多种编码方式。下面介绍美国马里兰大学地理信
实验项目3、图像压缩与编码 一、实验目的 （1）理解图像压缩编码的基本原理； （2）掌握用程序代码实现DCT变换编码； （3）掌握用程序代码实现游程编码。 二、实验原理及知识点 1、图像压缩编码 图像信号经过数字化后，数据量相当大，很难直接进行保存。为了提高信道利用率和在有限的信道容量下传输更多的图像信息，必须对图像进行压缩编码。 图像压缩技术标准一般可分为如下几种：JPEG压缩（JPEG Compression）、JPEG 2000 、H.26X标准（H.26X standards）以及MPEG标准（MPEG standards）。数字压缩技术的性能指标包括：压缩比、平均码字长度、编码效率、冗余度。 从信息论角度分，可以将图像的压缩编码方法分为无失真压缩编码和有限失真编码。前者主要包括Huffman编码、算术编码和游程编码；后者主要包括预测编码、变换编码和矢量量化编码以及运动检测和运动补偿技术。 图像数据压缩的目的是在满足一定图像质量的条件下，用尽可能少的比特数来表示原始图像，以提高图像传输的效率和减少图像存储的容量，在信息论中称为信源编码。图像压缩是通过删除图像数据中冗余的或者不必要的部分来减小图像数据量的技术，压缩过程就是编码过程，解压缩过程就是解码过程。 2、游程编码 某些图像特别是计算机生成的图像往往包含许多颜色相同的块，在这些块中，许多连续的扫描行或者同一扫描行上有许多连续的像素都具有相同的颜色值。在这些情况下就不需要存储每一个像素的颜色值，而是仅仅存储一个像素值以及具有相同颜色的像素数目，将这种编码方法称为游程（或行程）编码，连续的具有相同颜色值的所有像素构成一个行程。 在对图像数据进行编码时，沿一定方向排列的具有相同灰度值的像素可看成是连续符号，用字串代替这些连续符号，可大幅度减少数据量。游程编码记录方式有两种：①逐行记录每个游程的终点列号：②逐行记录每个游程的长度 3、DCT变换编码 变换编码是在变换域进行图像压缩的一种技术。图1显示了一个典型的变换编码系统。 压缩 图像输入图 像N×N 图1 变换编码系统 在变换编码系统中，如果正变换采用DCT变换就称为DCT变换（离散余弦变换）编码系统。DCT用于把一幅图像映射为一组变换系数，然后对系数进行量化和编码。对于大多数的正常图像来说，多数系数具有较小的数值且可以被粗略地量化（或者完全抛弃），而产生的图像失真较小。
Discussion on Wavelet B ases Selection for Digital Image Compression H AN Fang2f ang,XU Shuang,ZHENG De2zhong (College o f Electric Engineering,Yanshan Univer sity,Qinhuangdao Hebei066004,China) Abstract: This paper studies the selection of optimal wavelet bases.The merits of biorthog onal spline wavelets are dis2 cussed and dem onstrated.C ontinuity of spline derivatives assures wavelets sm ooth and symmetry of biorthog onal wavelets makes the filters have linear phase.Those features can reduce distortion and guarantee the reconstructed images quality. K ey w ords: Optimal wavelet bases;Image com pression;S pline wavelets;Biorthog onal wavelets 关于数字图像压缩中小波基选择问题的探讨① 韩芳芳,徐 爽,郑德忠 (燕山大学,电气工程学院,河北 秦皇岛 066004) 摘要:针对数字图像压缩编码中最优小波基的选择问题,论证了双正交样条小波基的优点,并对其进行了推导。样条小波的导数连续性保证了小波基的光滑性,双正交对偶小波的对称性使得滤波器具有线性相位,可减小失真,保证重构图像的质量。 关键词:最优小波基;图像压缩;样条小波;双正交小波 中图分类号:T N919 文献标识码:A 文章编号:1004-1699(2004)01-0154-04 图像是人类感知信息的重要途径之一。然而图像经过采样及量化编码后数据量巨大,给传输与存储带来很多困难,因而需要对图像数据进行有效的压缩。在F ourier分析基础上发展起来的小波分析,提供了一种自适应的时域和频域同时局部化的分析方法,通过伸缩和平移等运算功能进行多尺度细化分析,能够有效地从信号中提取信息。小波分析用于数字图像压缩,压缩比高,压缩速度快,压缩后信号与图像的特征不变,且在传递过程中可以抗干扰。因此小波分析成为数字图像处理及压缩编码的有力工具。 如何选择最优小波基是图像压缩编码中所面临的一个棘手问题。对于图像信号而言,一方面要对巨大的数据量进行有效压缩,另一方面,要保持重建图像的质量满足视觉要求。小波基的选择存在一些标准,如平滑性、逼近精度、支撑大小和滤波频率等,如何最佳的组合这些特征是一个难点所在。 1 小波基的选择问题 如何最合理、快速的选择小波基,目前这方面的研究并无定论。在小波基的选择中,一般较为看重以下几方面: 平滑性与消失矩。消失矩表明了小波变换后的能量集中程度,消失矩阶数很大时,精细尺度下的高频部分数值有许多是小得可以忽略的(奇异点除外)[1]。从重构图像质量角度而言,平滑性的影响要 2004年3月 传 感 技 术 学 报 第1期 ①收稿日期:2003211210 作者简介:韩芳芳(1978-)女,硕士研究生,主要研究方向为视频信号压缩编码; 徐 爽(1978-)女,硕士研究生,主要研究方向为信号处理与语音编码; 郑德忠(1952-)男,教授,博士生导师,河北省人工智能学会副理事长,中国电子协会高级会员,主要从事信号 处理和先进控制等方面的研究工作,已在国内外发表论文50余篇。qhdzdz@https://www.doczj.com/doc/067698435.html,.
数据压缩与编码技术 ①多媒体数据压缩编码的种类 多媒体数据压缩方法根据不同的依据可产生不同的分类。通常根据压缩前后有无质量损失分为有失真（损）压缩编码和无失真（损）压缩编码。 无损压缩：利用信息相关性进行的数据压缩并不损失原信息的内容。是一种可逆压缩，即经过文件压缩后可以将原有的信息完整保留的一种数据压缩方式，如RLE压缩，huffman 压缩、算术压缩和字典压缩。 有损压缩：经压缩后不能将原来的文件信息完全保留的压缩，是不可逆压缩。如静态图像的JPEG压缩和动态图像的MPEG压缩等。有损压缩丢失的是对用户来说并不重要的、不敏感的、可以忽略的数据。 无论是有损压缩还是无损压缩，其作用都是将一个文件的数据容量减小，又基本保持原来文件的信息内容。压缩的反过程-----解压缩，将信息还原或基本还原。 压缩编码的方法有几十种之多，如预测编码、变换编码、量化与向量编码、信息熵编码、子带编码、结构编码、基于知识的编码等。其中比较常用的编码方法有预测编码、变换编码和统计编码。没有哪一种压缩算法绝对好，压缩效率高的算法，其具体的运算过程相对就复杂，即需要更长的时间进行转化编码操作。 图1.3 音频信号的压缩方法 ②多媒体数据压缩编码的国际标准 国际电活电报咨询委员会CCITT和ISO联合定的数字化图像压缩国际标淮，主要有三个标准：用于计算机静止图像压缩的JPEG、用于活动图像压缩的MPEG数字压缩技术和用于会议电视系统的H.261压缩编码。 （1）J PEG标准 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（Joint Photographic Experts Group）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的压缩编码，也常采用JPEG压缩标准。采用JPEG标准可以得到不同压缩比的图像，在使图像质量得到保证的情况下，可以从每个像素24bit减到每个像素1bit甚至更小。
第2讲多媒体数据的压缩与编码 一级学科课程基础课 主讲：于俊清 2 内容提要 ?压缩的必要性和可能性?压缩与编码的分类?PCM 与预测编码?无损压缩编码?变换编码 ?JPEG ?MPEG 3§2. 1 压缩的必要性和可能性 ?从目前计算机的软硬件和通信网络的发展水平及发展趋势来看，可以断言： ?在将来很长的一段时期内，数字化的媒体信息数据以压缩形式存储和传播仍将是唯一的选择 4 压缩的必要性 ?信息时代的重要特征是信息的数字化，数字化带来了“信息爆炸” ?数字音频和视频信号的数据量之大是非常惊人?举例说明 5 举例一：音频 ?双通道立体声数字音乐光盘（CD-DA ），采样频率为44.1kHz ，采样精度16位/样本?1秒钟的数据量 ?44.1*103*16*2/8=0.176MB/S=1378.1kbps ?一个650MB 的CD-ROM ，可存61.55分钟，约1小时的音乐 ?MP3压缩后，压缩比约为15:1 ?1秒钟的数据量为96kbps ?声音质量接近于数字音乐光盘 6 举例二：标清电视 ?标准清晰度SDTV 格式，PAL 制式，每帧数据量？ ?720*576*3=1.19MB ?每秒数据量（比特率） ? 1.19*25=29.75MB/S ?一片650M 的CD-ROM 可存帧数 ?650/5.93=546帧/片 ?一片CD-ROM 节目时间 ?650/29.75)=21.84秒/片
7 举例三：高清电视 ?全高清电视图像HDTV 格式，PAL 制式，每帧数据量？ ?1920*1080*3=5.93MB ?每秒数据量（比特率） ? 5.93*25=148.3MB/S ?一片650M 的CD-ROM 可存帧数 ?650/5.93=109.6帧/片 ?一片CD-ROM 节目时间 ?650/148.3)=4.38秒/片 8 举例四：超高清电视（4K ） ?超高清电视图像UltraHDTV 格式，PAL 制式，每帧数据量？ ?3840*2160*3=23.73MB(高清视频的4倍) ?每秒数据量（比特率） ?23.73*25=593.26MB/S ?一片650M 的CD-ROM 可存帧数 ?650/23.73=27.39帧/片 ?一片CD-ROM 节目时间 ?650/593.26)=1.1秒/片 9 举例五：卫星 ?一个陆地卫星（LandSat-3）的例子 ?水平、垂直分辨率分别为2340和3240，四波段、采样精度7位） ?一幅图像的数据量 ?2340*3240*7*4=212Mbit ?按每天30幅计 ?每天数据量为212*30=6.36Gbit ?每年的数据量高达2300Gbit 10 数据压缩的可能性 ?人们研究发现，多媒体数据中存在着大量的冗余 ?通过去除冗余数据可以使原始数据极大地减少，从而解决多媒体数据量巨大的问题 ?数据压缩就是研究如何利用数据的冗余性来减少数据量的方法 ?数据压缩研究的起点 ?研究数据的冗余性 11 （1）空间冗余 ?静态图像存在的最主要的一种数据冗余?同一景物表面上各采样点的颜色之间往往存在着空间连贯性 ?通过改变物体表面像素颜色的存储方式来利用空间连贯性，达到减少数据量的目的
图像压缩编码的方法概述摘要：在图像压缩的领域，存在各种各样的压缩方法。不 同的压缩编码方法在压缩比、压缩速度等方面各不相同。本文从压缩方法分类、压缩原理等方面分析了人工神经网络压缩、正交变换等压缩编码方法的实现与效果。 关键词：图像压缩；编码；方法 图像压缩编码一般可以大致分为三个步骤。输入的原始图像首先需要经过映射变换，之后还需经过量化器以及熵编码器的处理最终成为码流输出。 一、图像压缩方法的分类 1.按照原始信息和压缩解码后的信息的相近程度分为以下两类：（1）无失真编码又称无损编码。它要求经过编解码处理后恢复出的图像和原图完全一样，编码过程不丢失任何信息。如果对已量化的信号进行编码，必须注意到量化所产生的失真是不可逆的。所以我们这里所说的无失真是对已量化的信号而言的。特点在于信息无失真，但压缩比有限。（2）限失真编码中会损失部分信息，但此种方法以忽略人的视觉不敏感的次要信息的方法来得到高的压缩比。图像的失真怎么度量，至今没有一个很好的评判标准。在由人眼主观判读的情况下，唯有人眼是对图像质量的最有利评判者。但是人眼视觉机理到现在为止仍为被完全掌握，所以我们很难得到一个和主观评价十分相符的客观标准。目前用的最多的仍是均方误差。这个失真度量标准并不好，之所以广泛应用，是因为方便。
2.按照图像压缩的方法原理可分为以下三类：（1）在图像编码过程中映射变换模块所做的工作是对编码图像进行预测，之后将预测差输出供量化编码，而在接受端将量化的预测差与预测值相加以恢复原图，则这种编码方法称为预测编码。预测编码中，我们只对新的信息进行编码。并且是利用去除邻近像素之间的相关性和冗余性的方法来达到压缩的目的。（2）若压缩编码中的映射变换模块用某种形式的正交变换来代替，则我们把这种方式的编码方法称为变换编码。在变换编码中常用的变换方法有很多，我们主要用到的有离散余弦变换（DCT），离散傅立叶变换（DFT）和离散小波变换（DWT）等。（3）混合编码，LZW算法以及近些年来的一些新的压缩编码方法，最主要的有分形编码算法、小波变换压缩算法、基于模型的压缩算法等。 3.按照压缩对象来分，我们可将图像压缩方法分为静止图像压缩和运动图像压缩。它们所采用的压缩编码标准有所不同，对于静止图像压缩而言，采用的是JPEG、JPEG2000标准；而对运动的图像进行压缩时，我们则采用的是、、、MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7等。 二、常用的图像压缩方法 图像压缩方法至研究开始至今，已经有将近70年的发展了，随着科技的不断发展和人们越来越高的期望和要求，使得图像压缩技术也在不断的发展着，不断的进步着，各种各样的方法层出不穷，争对不同的要求我们可以选择不同的方法对图像进行压缩，以达到
第四章多媒体数据压缩编码技术 考核目的： 考核学生对多媒体数据压缩编码的基本原理和算法、数据压缩编码的分类和方法、多媒体数据压缩编码的国际标准等内容的理解和掌握。 考核的知识点： 什么是多媒体数据压缩、为什么信息能被压缩、常用的压缩编码和算法（统计编码、预测编码、变换编码）、多媒体数据压缩编码的国际标准JPEG、MPEG-1等内容。 考核要求： 掌握：数据压缩编码的方法、常用的压缩编码和算法、JPEG的原理和实现技术。 理解：量化的原理和量化器的设计、MPEG-1的原理和实现技术。 了解：其它的国际标准等。 4.1 多媒体数据压缩编码的重要性和分类 一．多媒体数据压缩编码的重要性 多媒体信息传送面临的最大难题是海量数据存储与传送电视信号数字化后的数据量问题，数据压缩是解决问题的重要途径。 二．多媒体数据压缩的可能性 1.空间冗余 2.时间冗余 3.信息熵冗余 ●信息量：指从N个相等的可能事件中选出一个事件所需要的信息度量和含量。 ●信息熵：指一团数据所带的信息量，平均信息量就是信息熵（entropy）。 4.结构冗余 图象有非常强的纹理结构。 5.知识冗余 图像的理解与某些基础知识有关。 6.视觉冗余 视觉冗余是非均匀、非线性的。 三．多媒体数据压缩方法的分类
1．按压缩方法分: (1). 有失真压缩 (2). 无失真压缩 2．编码算法原理分: （1）预测编码：PCM、DPCM、ADPCM等 （2）变换编码：傅里叶（DFT）、离散余弦（DCT）、离散正弦（DST）等 （3）统计编码：哈夫曼、算术等 （4）静图像编码：方块、逐渐浮现等 (5) 电视编码：幀内预测、幀间编码等 (6) 其他编码：矢量量化、子带编码等 4.2量化 一．量化原理 量化处理是使数据比特率下降的一个强有力的措施。 数据压缩编码中的量化处理，不是指A/D变换后的量化，而是指以PCM码作为输入，经正交变换、差分、或预测处理后，熵编码之前，对正交变换系数、差值或预测误差的量化处理。 量化输入值的动态范围很大，需要以多的比特数表示一个数值，量化输出只能取有限个整数，称作量化级，希望量化后的数值用较少的比特数便可表示。每个量化输入被强行归一到与其接近的某个输出，即量化到某个级。 量化处理总是把一批输入，量化到一个输出级上，所以量化处理是一个多对一的处理过程，是个不可逆过程，量化处理中有信息丢失，或者说，会引起量化误差（量化噪声）。 二．标量量化器的设计 1．量化器的设计要求 ●给定量化分层级数，满足量化误差最小。 ●限定量化误差，确定分层级数，满足以尽量小的平均比特数，表示量化输出。 三．量化方法： ●标量量化： 对于PCM数据，一个数一个数地进行量化叫标量量化。 分为：均匀量化、非均匀量化和自适应量化。 四．矢量量化
多媒体数据压缩编码技术 多媒体数据压缩编码技术 1. 多媒体数据压缩的可行性 (1)多媒体视频信号存在空间冗余和时间冗余。 (2)人眼对图像的细节分辨率、运动分辨率和对比度分辨率的感觉都存在着一定的界限。 ２. 多媒体数据压缩方法 (1) 熵编码详细内容 熵编码在解压缩过程中重新构造出与原始数据完全一致的数据，因此是一种无损压缩方法。它把已压缩的数据流看做是简单的数字序列，而忽略该数据的语义，因此熵编码适用于不考虑其自身具体特点的媒体。 (2) 源编码详细内容 源编码用于把原始数据中的相关数据与不相关数据分开的场合。该方法要考虑原始数据的语义，通过消除不相关数据以达到对初始数据流的压缩。源编码常常是有损方法，其原始数据流与已编码的数据流相似但不相同。 (3) 混合编码详细内容 混合编码是熵编码和源编码技术的组合，通常是几种不同的熵编码和源编码技术组织在一起构成一种新的混合编码
方法。 3.多媒体数据国际标准 (1) H.261 详细内容 由CCITT （国标电报电话咨询委员会）通过的用于音视频服务的视频编码解码器，主要适用于视频电话和视频电视会议。它使用一帧中的有损压缩和用于帧间压缩的无损编码两种类型的压缩，并在此基础上使编码器采用带有运动估计的DCT （离散余弦变换）和DPCM 的混合方式。 2) JPEG 详细内容 JPEG （Joint Photographic Experts Group ）联合图像专家组，是一种基于DCT （离散余弦变换）的静止图像压缩和解压缩算法，它由ISO （国际标准化组织）和CCITT （国标电报电话咨询委员会）共同制定，并在1992 年后被广泛采纳后成为国际标准。用于连续色调、多级灰度、彩色/ 单色静态图像压缩 (3) 混合编码详细内容 MPEG 是Moving Pictures Experts Group （动态图像专家组）的英文所写，实际上是指一组由ITU 和ISO 制定发布的视频、音频数据的压缩标准。包括MPEG 视频、MPEG 音频和MPEG 系统（视音频同步）三个部分。MPEG 压缩标准是针对运动图像而设计的，基本方法是：在单位时间
语音编码和图像编码的分类及特点 一、语音编码 一般而言，语音编码分三大类：波形编码、参数编码及混合编码。 <1>、波形编码 波形编码将时域模拟话音的波形信号进过采样、量化和编码形成数字语音信号，是将语音信号作为一般的波形信号来处理，力图使重建的波形保持原语音信号的波形形状。具有适应能力强、合成质量高的优点。但所需编码速率较高，通常在16KB/S以上，并且编码质量随着编码速率的降低显著下降，且占用的较高的带宽。 波形编码又可以分为时域上和频域上的波形编码，频域上有子带编码和自适应变换域编码，时域上PCM、DPCM、ADPCM、APC和?M增量调制等。 ①、子带编码 它首先用一组带通滤波器将输入信号按频谱分开，然后让每路子信号通过各自的自适应PCM编码器（ADPCM）编码，经过分接和解码再复合成原始信号。 特点：1、每个子带独立自适应，可按每个子带的能量调节量化阶；2、可根据各个子带对听觉的作用大小共设计最佳的比特数；3、量化噪声都限制在子带内某一频带的量化噪声串到另一频带中去。 ②、自适应变换域编码 利用正交变换将信号有时域变换到另外的一个域，使变换域系数密集化，从而使信号相邻样本间冗余度得到降低。 特点：对变换域系数进行量化编码，可以降低数码率。 ③、PCM（Pulse-code modulation），脉冲编码调制 对连续变化的模拟信号进行进行抽样、量化和编码产生。 特点是保真度高，解码速度快，缺点是编码后的数据量大。 ④、DPCM(Differential Pulse Code Modulation)差分脉冲编码调制 是对模拟信号幅度抽样的差值进行量化编码的调制方式，是用已经过去的抽样值来预测当前的抽样值，对它们的差值进行编码。 特点：对于有些信号瞬时斜率比较大，很容易引起过载；而且瞬时斜率较大的信号也没有像话音信号那种音节特性，因而也不能采用像音节压扩那样的方法，只能采用瞬时压扩的方法；传输的比特率要比PCM低；一个典型的缺点就是易受到传输线路上噪声的干扰。 ⑤、ADPCM（adaptive differential pulse code modulation），自适应差分脉冲编码调制 是DPCM的扩展，区别在于较DPCM在实现上预测器和量化器会随着相关的参数自适应的变化，达到较好的编码效果。 特点：优点在算法复杂度低，压缩比小，编解码延时最短，压缩/解压缩算法非常的简单,低空间消耗。缺点是声音的质量一般。 ⑥、?M增量调制 只保留每一信号样值与其预测值之差的符号，并用一位二进制数编码的差分脉冲编码调制。 特点：1、电路简单，而脉码调制编码器需要较多逻辑电路；2、数据率低于
视频编解码与压缩技术发展史 杨超2009级计算机科学与技术2班200930583011 【摘要】：正1两个阶段网络视频是多媒体技术与互联网技术相结合的产物,其发展可分为两个阶段:非流式传输阶段与流式传输阶段。在非流式传输阶段,受到互联网带宽、传输技术及多媒体技术的制约,用户通过网络体验多媒体应用必须将全部的媒体文件下载完毕,而后在本地运行。虽然在此过程中需要应用网络环境及多媒体技术,但其漫长的下载速度让人无法忍受，故衍生出流式传输方法，以及各种视频压缩技术 【关键词】：多媒体技术非流式传输网络环境流媒体技术网络视频多媒体应用互联网技术相结合流媒体传输阶段视频压缩 编码技术的两个阶段 网络视频是多媒体技术与互联网技术相结合的产物，其发展可分为两个阶段：非流式传输阶段与流式传输阶段。 在非流式传输阶段，受到互联网带宽、传输技术及多媒体技术的制约，用户通过网络体验多媒体应用必须将全部的媒体文件下载完毕，而后在本地运行。虽然在此过程中需要应用网络环境及多媒体技术，但其漫长的下载等待过程往往使人心烦不已。随着应用的推动，技术的进步，流式传输阶段应需而至。 流式传输阶段是在多媒体技术和网络传输技术进步的条件下产生，它的主要特征是采用了流媒体技术(Streaming Media)——在网络上的多媒体内容经算法压缩、编码后以基数据流的形式传输，配合特定的网络控制和辅助协议，利用缓冲技术，在客户端只获取部分数据情况下，实现无间断实时顺序播放。作为一种新兴的网络技术，流媒体传输涵盖了数据采集、视/音频编解码、存储、传输、播放等多个学科，是现代网络、多媒体及相关技术的综合应用。 标准的历史演进 作为一种多学科技术综合应用的实践，流媒体的发展经历了漫长的历程，直到现在，仍然是非流式传输与流式传输并存。在流媒体传输众多的技术当中，编/解码、压缩技术的地位十分关键，其发展对网络多媒体应用有着重要推动作用。 1988年，国际标准化组织(ISO/IEC)的活动图像编码专家组(MPEG)成立，目的在于制定“活动图像和音频编码”标准。 1993年，MPEG推出其第一个国际标准MPEG-1(用于VCD和MP3格式的压缩编码)； 1994年，MPEG-2标准出台(DVD的编码标准)，带动了广播级的数字电视的发展。 到1999年，MPEG-4标准的第一版出台，由于它提供了低码率、高质量的音视频压缩、编码方案，推动了网络视频的进一步发展，而后续MPEG小组与ITU-T合作推出的MPEG/AVC/H.264标准相比之前的编码、压缩标准更是可以减省50%的码率，能在更窄的带宽条件下实现高质量的流媒体播放效果，这使其风靡全球。与此同时，国际电信联盟(ITU-T)的视频编码专家组(VCEG)也推出了H.261、H.263等压缩，编/解码国际标准，旨在推动视讯电话和视频会议的发展。而H.323与H.324
《用哈夫曼编码实现文件压缩》 实验报告 课程名称数据结构 实验学期 2011 至 2012 学年第 2 学期 学生所在系部计算机学院 年级 2010级专业班级 ********** 学生姓名 ****** 学号 ************ 任课教师 ###### 实验成绩
哈夫曼编码实现文件压缩 1、了解文件的概念。 2、掌握线性链表的插入、删除等算法。 3、掌握Huffman树的概念及构造方法。 4、掌握二叉树的存储结构及遍历算法。 5、利用Huffman树及Huffman编码，掌握实现文件压缩的一般原理。 微型计算机、Windows 系列操作系统、Visual C++6.0软件。 根据ASCII码文件中各ASCII字符出现的频率情况创建Haffman树，再将各字符对应的哈夫曼编码写入文件中，实现文件压缩。 本次实验采用将字符用长度尽可能短的二进制数位表示的方法，即对于文件中出现的字符，无须全部都用8位的ASCII码进行存储，根据他们在文件中出现的频率不同，我们利用Haffman算法使每个字符能以最短的二进制字符进行存储，以达到节省存储空间，压缩文件的目的。解决了压缩需采用的算法，程序的思路已然清晰： 1．统计需压缩文件中每个字符出现的频率。 2．将每个字符的出现频率作为叶子结点构建Haffman树，然后将树中结点引向其左孩子的分支标“0”，引向其右孩子的分支标“1”；每个字符的编码即为从根到每个叶子的路径上得到的0、1序列，这样便完成了Haffman编码，将每个字符用最短的二进制字符表示。 3．打开需压缩文件，再将需压缩文件中的每个ASCII码对应的Haffman编码按bit单位输出。 4．文件压缩结束。 （1）构造Hufffman树的方法—Hafffman算法 构造Huffman树步骤： I. 根据给定的n个权值{w1,w2,??wn}，构造n棵只有根结点的二叉树， 令起权值为wj。 II. 在森林中选取两棵根结点权值最小的树作左右子树，构造一棵新的二叉树，置新二叉树根结点权值为其左右子树根结点权值之和。 III. 在森林中删除这两棵树，同时将新得到的二叉树加入森林中。 Ⅳ.重复上述两步，直到只含一棵树为止，这棵树即哈夫曼树。 对于Haffman的创建算法，有以下几点说明：
图像编码与压缩技术 摘要：本文首先介绍了图像编码的可行性，随后阐述了图像编码压缩的发展历程，介绍了图像编码压缩的方法，并对图像压缩方法进行了比较，最后对图像编码压缩技术进行了展望。 Abstract In this paper, we first introduce the feasibility of image coding, then describes the development process of image coding and compression, image compression coding method is introduced, and the image compression methods are compared, finally, the image compression coding technology is prospected. 关键字：图像编码压缩；变换编码；行程编码；高压缩比 一．引言 图像是客观对象的一种相似性的、生动性的描述或写真，是人类社会活动中最常用的信息载体[1]。据统计，一个人获取的信息大约有75%来自视觉[2]，所以说图像对于人类生活来说十分重要，一种好的图像处理方法能使人类生活更加便捷和丰富多彩。图像的大小，图像通过什么方式传输，图像储存在哪里等因素都会引起图像的失真，所以必须对图像进行一些处理，这些处理主要是利用数学运算加工图像，减少图像的失真，便于图像传输和保存，使人们收到清晰的图像。图像编码与压缩技术是数字图像处理最重要的技术之一。 随着科技的快速发展，人们对信息的需求量和质量要求的提高，图像编码与压缩技术变得越来越重要。图像的数据量非常大，因此图像的存储和传输也随着变得困难。利用数字图像编码技术处理图像后，这些问题也就迎刃而解了。图像中包含很多冗余信息，如空间冗余、知识冗余、信息熵冗余、视觉冗余等，而人眼识别不了这种信息，根据这一现象，压缩图像数据的难度不大。 二．图像编码与压缩技术的发展历程 图像编码与压缩技术发展历程现阶段可以分为三个时期。第一阶段，图像编码压缩技术刚刚开始研究，实验设备、技术等方面的并不发达，人们对图像编码压缩的研究重心放在这方面的理论知识上，在实验上的研究进展不大。在这一阶段，许多关于图像编码压缩理论知识方面的研究成果被提出，如霍夫曼（Hufman）编码、预测编码和变换编码[3]。 第二阶段，人们对图像压缩编码的热情日益高涨，意识到仅在纸上推理是远远不够的，研究这们技术的最终目的还是使其能应用到生活实际中来，便捷人们的生活，加上科技的发展，实验条件的改善，此时，研究者们逐渐将重心放在实验中对图像压缩编码的研究。1966年，J.B.O Neal花费大量时间和精力，，通过实验研究分析差分脉冲编码调制和脉冲编码调制，并得出它们之间的差异。在这次实验中的大量实验数据为他之后对线性预测码的研究提供了条件，并取得了很好的成绩，促进了图像编码压缩技术的发展。1969年是数字图像编码与压缩技术发展历史中的一个加速点，在这一年，在众人的呼声中，第一次图像编码会议顺利召开。在这次会议上研究者们相互交流，共同探讨，促进了数字图像编码与压缩技术算法的研究快速发展，人们增强了对数字图像编码压缩的热情。在这次会议之后，许多图像编码压缩方法陆续被成功研究并推行，如离散哈德玛变换、离散斜变换等[4]。这些编码压缩方法在生活被广泛应用，便捷了人们的生活，节约了成本。但是因为实验方面的研究刚刚起步，