基于哈夫曼编码的图像编解码系统及实现精品

课程设计任务书学生姓名：王鸣专业班级：信息sy1001班指导教师：魏洪涛工作单位：信息工程学院题目:基于哈夫曼编码的图像编解码系统设计及实现初始条件：计算机Windows8操作系统MATLAB7.8.0软件要求完成的主要任务:设计哈夫曼编码的图像编解码系统、利用软件编写程序、仿真实现时间安排：第1-18周：理论讲解第19周：理论设计，实验室安装调试以及撰写设计报告答辩：时间：7月2日地点:鉴主15楼通信实验室四指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录目录.......................................................................................................................................................I摘要.....................................................................................................................................................IIABSTRACT.......................................................................................................................................III1引言...................................................................................................................................................11.1图像数据压缩的目的............................................................................................................11.2图像数据压缩的原理............................................................................................................11.3常用的压缩编码方法............................................................................................................32哈夫曼编码.......................................................................................................................................32.1哈夫曼编码简介...................................................................................................................32.2哈夫曼编码步骤....................................................................................................................32.3哈夫曼编码的缺点...............................................................................................................53基于哈夫曼编码的图像编解码系统的程序设计...........................................................................63.1分块程序设计分析...............................................................................................................63.2主程序....................................................................................................................................83.3程序函数................................................................................................................................83.3.1编码函数.....................................................................................................................83.3.2解码函数...................................................................................................................123.3.3符号概率计算函数...................................................................................................133.3.4节点添加函数...........................................................................................................143.3.5解码返回符号函数...................................................................................................144系统仿真结果.................................................................................................................................154.1程序运行结果......................................................................................................................154.2程序运行结果分析.............................................................................................................165.总结.................................................................................................................................................18参考文献............................................................................................................................................19摘要本论文首先介绍了图像压缩相关知识。随后，分析概述了哈夫曼压缩编码的原理及方法，并采用MATLAB软件对两幅图片进行压缩编码程序设计，获得压缩信息及哈夫曼编码表，分析压缩后的图像像素数据及压缩比。关键词：图像压缩；MATLAB；哈夫曼编码;无损压缩编码ABSTRACTThispaperfirstlyintroducesthetheoreticalknowledgeofimagecompression.Then,itanalysestheprincipleandmethodofHuffmancodingandusingHuffmancodingprincipleandmethods,compressioncodingdesignismadefortwoimagesontheMATLABsoftware.AlsogainthecompressioninformationandHuffmancodingtable.What’smore,compressedimagepixeldataandcompressionratioareanalyzed.Keywords：Imagecompression;MATLAB;Huffmanencoding;Losslesscompressioncoding1引言1.1图像数据压缩的目的数字图像通常要求很大的比特数，这给图像的传输和存储带来相当大的困难。要占用很多的资源，花很高的费用。一般原始图像中存在很大的冗余度。例如1；一幅512x512的灰度图象的比特数为512x512x8=256k。例如2；一部90分钟的彩色电影，每秒放映24帧。把它数字化，每帧512x512象素，每象素的R、G、B三分量分别占8bit，总比特数为90x60x24x3x512x512x8bit=97,200M。例如3：一张CD光盘可存600兆字节数据，这部电影光图像（还有声音）就需要160张CD光盘用来存储。所以，对图像数据进行压缩显得非常必要。而通常用户通常允许图像失真；当信道的分辨率不及原始图像的分辨率时，降低输入的原始图像的分辨率对输出图像分辨率影响不大；用户对原始图像的信号不全都感兴趣，可用特征提取和图像识别的方法，丢掉大量无用的信息；提取有用的信息，使必须传输和存储的图像数据大大减少。在以上的条件下，其为数据压缩提供了可能性。图像数据压缩的目的是在满足一定图像质量条件下，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。1.2图像数据压缩的原理对数字图像进行压缩通常利用两个基本原理:一是数字图像的相关性。在图像的同一行相邻象素之间，相邻象素之间，活动图像的相邻帧的对应象素之间往往存在很强的相关性，去除或减少这些相关性，也即去除或减少图像信息中的冗余度也就实现了对数字图像的压缩。帧内象素的相关称做空域相关性。相邻帧间对应象素之间的相关性称做时域相关性。二是人的视觉心理特征。人的视觉对于边缘急剧变化不敏感(视觉掩盖效应)，对颜色分辨力弱，利用这些特征可以在相应部分适当降低编码精度而使人从视觉上并不感觉到图像质量的下降，从而达到对数字图像压缩的目的。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。压缩技术分为无损压缩和有损压缩两大类，前者在解码时可以精确地恢复原图像，没有任何损失；后者在解码时只能近似原图像，不能无失真地恢复原图像。假设有一个无记忆的信源,它产生的消息为{ai},1≤i≤N,其出现的概率是已知的,记为