基于DCT的图像压缩及MATLAB实现

学士学位论文大学本科生毕业设计（论文）基于DCT的图像压缩及MATLAB实现学院（系）：专业班级：学生姓名：指导教师：学士学位论文学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密囗，在年解密后适用本授权书2、不保密囗。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：年月日导师签名：年月日学士学位论文本科生毕业设计(论文)任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：设计(论文)题目：基于DCT的图像压缩及MATLAB实现设计（论文）主要内容：论文阐述DCT（离散余弦变换）的图像压缩基本理论，以及用MATLAB实现DCT的图像压缩方法。重点讨论基于DCT图像压缩的方法，并在MATLAB环境下进行仿真实验，与其他图像压缩方法进行比较，总结其优缺点以及基于DCT的图像压缩技术的现实意义。要求完成的主要任务：1．掌握图像压缩的基本原理；2．掌握DCT基本原理；3．分析基于DCT的图像压缩编码理论；4．在MATLAB环境下，对基于DCT图像压缩进行仿真实验；5．总结基于DCT的图像压缩技术的现实意义；6．要求阅读相关的参考文献不少于15篇，其中英文文献不少于3篇，翻译与选题相关的英文参考文献不少于2万印刷符；7．按照学校的论文撰写规范，正确、按时的完成论文。必读参考资料:1．《数字图像处理（第二版）》，冈萨雷斯著，阮秋琦译，电子工业出版社2．《数字图像处理与压缩编码技术》，黄贤武、王加俊、李宗华著，电子科技大学出版社3．《MATLAB及在电子信息课程中的应用（第3版）》，陈怀琛、吴大正、高西全著，电子工业出版社指导教师签名：系主任签名：院长签名(章)学士学位论文本科生毕业设计（论文）开题报告1、目的及意义（含国内外的研究现状分析）每天都有大量的信息用数字进行存储、处理和传送。这些每日往来的信息给我们带来了便利和安逸。因为网上的许多信息是以图像形式存储的，所以对于存储和通信的需求是无限的。而数据压缩方法比起数据的存储和/或传输具有更为突出的实用价值和商业意义。在信息世界迅猛发展的今天，人们对计算机实时处理图像信息的要求越来越高。如何在保证图像质量的前提下，同时兼顾实时性和高效性成了一个值得关注的问题。对图像进行一定的压缩处理成为了一个不可或缺的环节。图像压缩所解决的问题是尽量减少表示数字图像时需要的数据量。减少数据量的基本原理是除去其中多余的数据。以数学的观点来看，这一过程实际上就是将二维像素阵列变换为一个在统计上无关联的数据集合。这种变换在图像存储或传输之前进行。在以后的某个时候，再对压缩图像进行解压缩来重构原图像或原图像的近似图像。人们对图像压缩开始感兴趣可以追溯到35年前。最初在这一领域研究的焦点集中在建立一种模拟的方法以便减少视频传输所需的带宽。这一过程称为带宽压缩。数字式计算机的出现和后来先进的集成电路的发展，导致了这方面研究的重点从模拟方式转移到数字压缩方法上来。随着最近几种关键性的国际图像压缩标准的正式采用，这一领域在理论研究的实际应用方面有了重大的发展，这是自20世纪40年代C.E.Shannon和其他人首先提出信息的概率观点与信息的表达，传输和压缩以来又一重要的发展阶段。当前，图像压缩被认为是一种“开放技术”。由于现代图像传感器不断提高空间分辨率以及电视广播标准的不断发展，图像压缩也成为一种基本技术。再有，数据压缩在许多重要且性质不同的应用领域中扮演着主要角色，比如，电视会议、遥感（使用卫星成像进行天气预报和其他地球和其他地球资源应用）、记录文献和医疗成像、传真（FAX）、军事上的远程遥控车辆驾驶、空间中的及危险废弃物管理等方面。学士学位论文图像压缩比较常用的变换有离散傅里叶变换（DFT）、Walsh-Hadamard变换（WHT）、离散余弦变换（DCT）和Karhunen-Loève变换（KLT）。图像压缩中最常用到的一种变换是离散余弦变换。DCT的信息压缩能力比DFT和WHT的能力要强。尽管大多数自然图像通常都有这样的条件，但在数据压缩方面最佳的变换方法是KLT而不是DCT。KLT对任何输入图像和以任何数量保留下来的系数，都可以将均方误差降至最低。然而，由于KLT具有数据依赖性，所以通常得到每幅子图的KLT基础图像所需的计算任务繁重。由于这个原因，KLT很少在实际的图像压缩中应用。反而像DFT，WHT或DCT这样的具有固定（有输入独立性）基础图像的变换方法的使用较为常见。对可能输入的独立变换，非正弦变换（如WHT变换）是最容易实现的。而正弦变换（如DFT或DCT）的信息压缩能力更接近最佳KLT变换方法的能力。因此，许多变换编码系统都是以DCT变换为基础的，这种变换方法在信息压缩能力和计算复杂性之间提供了一种很的平衡。实际上，DCT的性质已经提供了作为一种变换编码系统的国际标准所具有的实际价值。对比其他输入独立的变换方法，DCT变换具有使用单一的集成电路就可以实现，可以将最多的信息包装在最少的系数之中，以及能使被称为“分块噪声”的块效应最小等优点。本文选择离散余弦变换（DCT）作为图像压缩的压缩方法进行分析研究具有理论价值和现实意义。学士学位论文2、基本内容和技术方案本文是基于离散余弦变换的图像压缩技术的研究，讲述DCT算法下的图像压缩理论及在MATLAB下的实现，重点讲述DCT算法下的图像压缩。基本内容：先说明图像压缩的必要性以及为什么选择DCT算法做图像压缩；接着介绍图像压缩的基本原理以及说明图像压缩的系统模型；然后介绍DCT算法的基本原理及DCT系数的量化，其中DCT算法的原理包括一维DCT、二维DCT以及一维快速DCT；然后在理论的基础上，运用MATLAB软件对DCT算法的图像压缩进行仿真实现，并将仿真结果和理论分析结果进行对比；最后将DCT算法和其他的几种用于图像压缩的算法相比较，总结DCT的优点和缺点。技术方案：1）掌握图像压缩的基本原理及图像压缩的系统结构；2）掌握离散余弦变换的基础知识以及离散余弦变换算法的理论实现；3）掌握离散余弦变换用于图像压缩的基本原理；4）在MATLAB环境下，对算法进行仿真实现；5）和其他的图像压缩方法相比，总结算法的优点和不足之处。3、进度安排第1-3周完成开题报告第4-6周查阅有关数字图像处理，离散余弦变换的相关文献第7-12周学习图像压缩的基本方法，重点掌握基于离散余弦变换的图像压缩方法，系统地学习使用MATLAB软件并进行编程第13-14周撰写论文第15-16周准备答辩4、指导教师意见指导教师签名：年月日学士学位论文目录摘要..............................................................................................................................................................IAbstract..........................................................................................................................................................II1绪论.............................................................................................................................................................11.1图像压缩的必要性..................................................................................................................................11.2离散傅里叶变换（DFT）与离散余弦变换（DCT）的比较................................................................32图像压缩的基本原理.................................................................................................................................42.1图像压缩的基本思想..............................................................................................................................42.2图像压缩的基本原理模型......................................................................................................................43DCT编码算法.............................................................................................................................................73.1一维DCT.................................................................................................................................................73.2二维DCT.................................................................................................................................................93.3一维DCT快速算法..............................................................................................................................104DCT系数的量化.......................................................................................................................................165MATLAB实现..........................................................................................................................................195.1MATLAB语言的特点............