数码相框毕业论文1(3)

重庆邮电大学本科毕业设计（论文）

640×480个象素的图像为例，它需要用640x480x3个字节。如此庞大的数据量给图像的存储、显示都带来了极大的不便。然而，人们经过研究发现，图像的数据量虽然庞大，但是数据之间有很大的相关性，可以对图像数据进行压缩去除数据间的冗余，这样就可以使海量的图像数据得到精简[2]。因此，人们在对图像存储和传输前进行压缩处理，而在接收和显示端对压缩后的图像数据进行解压缩处理以还原和显示图像。

JPEG是由国际标准化组织(ISO)和国际电信电报咨询委员会(CCITT)联合制定的第一个关于灰度和彩色连续静态图像压缩的国际标准。在常用的模式中，JPEG采用有损压缩方式去除冗余的图像色彩数据，在获得极高的压缩率的同时能展现十分丰富、生动的图像。JPEG标准中定义了三种编码系统[3]：

(1)基于DCT的基本顺序系统； (2)基干DCT的扩展系统； (3)无失真系统。

在JPEG的三种编码系统中，基于DCT变换的基本系统是JPEG最基本、最常用的压缩系统，符合JPEG标准的软硬件编码、解码器都必须支持此系统，下面所讨论的压缩编码过程就是基于DCT的基本顺序系统。

基于DCT的编码Huffman编码Huffman表编码后的JPEG文件原始图像预处理DCT变换量化量化表

图2.2 JPEG编码原理

JPEG基本系统的压缩编码过程的示意图[4]如图2.2所示，主要由预处理、DCT变换(离散余弦变换)、量化处理、熵编码4个过程组成，下面分别加以介绍。

（1）预处理。JPEG压缩编码时，一般要先经过预处理，即先将原始的二维图像数据分成一个个8×8的数据块，再将各数据块由原来的RGB颜色模型转换为YCbCr颜色模型。YCbCr模型将图像的亮度信号和色度信号进行了分离，因为人眼对图片亮度Y的变化远比对色度Cb、Cr的变化敏感，因此编码时，可以对图像的各个分量分开进行采样。例如采用4：1：1的采样比例，表示采样后Cb和Cr分量的水平和垂直分辨率都只有Y分量的一半，这样整个图像数据量就大大减少了，而图像的质量不会产生明显的下降。

（2）离散余弦变换(DCT)。图像数据中相邻的采样点具有很强的相关性，

6

重庆邮电大学本科毕业设计（论文）

而且图像的能量平均分布在一幅图像中，所以很难直接对图像数据进行压缩。离散余弦变换是将图像数据从空间域变换到频率域，8×8大小的图像数据的DCT变换公式[6]为：

771(2x?1)u?(2y?1)v? F(u,v)?c(u)c(v)??f(x,y)coscos41616x?0y?0其中，u,v?0,1,……7； 当u,v均为0时，c(u),c(v)?1，其他情况下，c(u),c(v)?1。 2图像数据经过DCT变换后得到二维DCT系数，每个8×8小方块里面系数的位置愈靠近左上角，它代表的频率愈低，愈靠近右下角，代表的频率愈高。一般而言，大部份的图像能量会集中在低频部份，也就是转换之后的系数在低频部分的值较大，在高频部分的值较小。

（3）量化。为了达到压缩数据的目的，对DCT系数需作量化处理。JPEG标准中采用线性均匀量化器，量化过程为：对64个DCT系数除以量化步长并四舍五入取整。JPEG标准推荐了两个量化表，一个为亮度量化表，一个为色度量化表，表的尺寸为8×8，与64个变换系数一一对应，表中的每一个元素规定了对应位置变换系数的量化步长。用户也可以根据压缩的需要自定义量化表。

量化表是控制JPEG压缩比的关键，经过量化处理后，会使得二维DCT系数的高频部分产生许多的零值。但事实上人眼对高频远没有低频敏感，所以处理后的视觉损失很小[6]。

(4)熵编码。二维DCT系数经过量化处理后，第一行、第一列的元素称为直流DC系数，除了直流DC系数之外的63个元素都称为交流AC系数。JPEG标准对直流DC系数先采用差分脉冲编码调制法DCPM(Differential Pulse Code Modulation)进行处理，再使用Huffman编码法进行编码：而对交流AC系数是先采用行程长度编码法RLE(Run Length Encoding)进行编码，再用Huffman编码法进行编码，整个过程称为熵编码[7]。

直流DC系数代表一个8×8的像素块64个图像采样值的平均值。DC系数有两个特点：一是系数的值较大：二是相邻的8×8像素块的DC系数值变化不大，具有很强的相关性，所以JPEG标准对DC系数采用DPCM进行编码，即：不是直接对DC系数本身进行编码，而是对相邻8×8像素块之间的DC系数差值(Diff)进行编码。如果当前的像素块为K，与K相邻的像素块为(K-1)，则

[5]

7

重庆邮电大学本科毕业设计（论文）

Diff?DC(K)?DC(K?1)

例如，两个相邻DC系数分别为673和674，直接传输均需要10bit，采用DPCM后传输仅需10bit和lbit．从而起到压缩的目的。

Huffman编码用一个变长码VLC(Variable Length Code)和一个变长整数VLI(Variable Length Impr)来编码DC系数差值。Huffman编码将DC系数的差值划分成若干组，并以不同的编号来表示。直流DC系数差值的分组表见附录。在对DC的差值进行编码时，交长码VLC是由编号值查找直流DC系数Huffman编码表得到的码字，变长整数VLI是差值的大小，最终Hufman编码值为VLC值加上VLI的值。

交流AC系数的编码过程较为复杂，编码之前，首先要将63个交流AC系数从二维排列的顺序变换成一维排列的顺序，考虑到DCT系数在量化后，其高频成分大量为零，为了使编码的效率更高，增加连“0”的个数，常采用Zig-zag扫描顺序进行排列。Zig-zag扫描顺序见图2.3。扫描之后，采用RLE行程长度编码法，将数据按格式表示，其中Run表示在非零AC系数前出现零的个数，而Level表示该非零AC系数的值。

对于交流系数，Huffman编码也是用变长码VLC和变长整数VLI来编码的。同样，Huffman编码将AC系数划分成若干组，并以不同的编号来表示，交流AC系数差值的分组表见附录，VLC是由(Run/编号值)查找交流AC系数Huffman编码表得到的码字，VLI是AC系数的大小，最终Huffman编码值为VLC值加上VLI的值。

图2.3 Zig-zag扫描图

编码时采用的Huffman码表，可以是JPEG标准中提供的，见附录，也可以选择自适应的Huffman码表，在这种情况下，首先要统计输入图像的特性，先生成码树，再做反推得到各级Huffman码表，这里不再介绍。

四、图像文件格式

数字图像有多种存储格式，要对图像进行显示，必须了解图像文件的格式，即图像文件的数据构成。每一种图像文件均有一个文件头，在文件头之后才是图像数据。这里仅介绍BMP和JPEG两种文件格式。

8

重庆邮电大学本科毕业设计（论文）

1、BMP文件格式

BMP文件由4部分组成，分别为：位图文件头、文件信息头、调色板和位图数据[8]。

位图文件头长度为14个字节，依照存储顺序用以下结构体描述： Typedef struct_bmpfilhead

{ Char fType[2]； ∥文件类型，其值为BM Unsigned char fsize[4]； ∥文件大小 Unsigned char freservedl[2]； ∥保留，其值为0 Unsigned char freserved2[2]； ∥保留，其值为0

Unsigned char foftbits[4]； ∥位图数据对于文件头的偏移量 }bmpfilhead；

位图信息头长度为40个字节，也是一个结构体，描述如下： Typedef struct_bmpinhead

{ Unsignedchar Size[4]； ∥文件信息头的长度，其值为40 Unsigned char Width[4]； ∥位图的宽度，以像素为单位 Unsigned char Height[4]； ∥位图的高度，以像素为单位 Unsigned char Planes[2]； ∥目标设备的平面数 …… 此处隐藏：3365字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……