數(shù)字圖像課程設(shè)計(jì)--圖像預(yù)測(cè)編碼系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、<p>　　光電圖像課程設(shè)計(jì)報(bào)告書</p><p>　　2013年 06 月 07日</p><p>　課題名稱圖像預(yù)測(cè)編碼系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)</p><p>　姓 名</p><p>　學(xué) 號(hào)</p><p>　院 部通信與電子工程學(xué)院</p><p>　專 業(yè)

2、物理學(xué)</p><p>　指導(dǎo)教師</p><p>　　圖像預(yù)測(cè)編碼系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)</p><p><b>　　1課程設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　?。?）了解數(shù)字圖像處理的基本內(nèi)容；</p><p>　?。?）學(xué)習(xí)圖像編碼與壓縮技術(shù)；</p><p>　?。?）學(xué)

3、習(xí)MATLAB實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)編碼與解碼系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；</p><p>　　（4）提高學(xué)習(xí)和解決問(wèn)題的能力。</p><p><b>　　2課程設(shè)計(jì)基本內(nèi)容</b></p><p>　　2.1圖像預(yù)測(cè)編碼的簡(jiǎn)介</p><p>　　預(yù)測(cè)編碼是根據(jù)離散信號(hào)之間存在著一定關(guān)聯(lián)性的特點(diǎn)，利用前面一個(gè)或多個(gè)信號(hào)預(yù)測(cè)下一個(gè)信號(hào)進(jìn)行，然后對(duì)實(shí)

4、際值和預(yù)測(cè)值的差（預(yù)測(cè)誤差）進(jìn)行編碼。如果預(yù)測(cè)比較準(zhǔn)確，誤差就會(huì)很小。在同等精度要求的條件下，就可以用比較少的比特進(jìn)行編碼，達(dá)到壓縮數(shù)據(jù)的目的。</p><p>　　2.2圖像預(yù)測(cè)編碼的基本原理</p><p>　　預(yù)測(cè)編碼方式，是目前應(yīng)用比較廣泛的聲碼器技術(shù)之一。常見的DPCM、ADPCM、ΔM、Δ－∑M調(diào)制等都屬于預(yù)測(cè)編碼方式的聲碼器技術(shù)。所謂預(yù)測(cè)編碼，就是根據(jù)過(guò)去的信號(hào)樣值預(yù)測(cè)下一個(gè)

5、樣值，并僅把預(yù)測(cè)值與現(xiàn)實(shí)的樣值之差（預(yù)測(cè)誤差）加以量化、編碼以后進(jìn)行傳輸?shù)姆绞?，如圖1所示，在接收端，經(jīng)過(guò)和發(fā)信端的預(yù)測(cè)完全相同的操作，可以得到量化的原信號(hào)，然后再通過(guò)低通濾波便可恢復(fù)與原信號(hào)近似的波形。在這種情況下，如果能進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)測(cè)，便可期望預(yù)測(cè)誤差的幅度變化范圍比信號(hào)自身的振幅變化范圍小。因此，如果解調(diào)后的量化噪聲相同，則傳輸預(yù)測(cè)誤差的方式所需的量化比特?cái)?shù)將比傳輸信號(hào)瞬時(shí)振幅值的一般PCM方式所需的量化比特?cái)?shù)少；或者在比特?cái)?shù)與P

6、CM方式相同情況下，可獲得更高的傳輸質(zhì)量。 </p><p>　　圖1 DPCM系統(tǒng)的原理框圖</p><p>　　2.2.1DPCM編碼</p><p>　　DPCM系統(tǒng)的基本原理是指基于圖像中相鄰像素之間具有較強(qiáng)的相關(guān)性。每個(gè)像素可以根據(jù)前幾個(gè)已知的像素值來(lái)預(yù)測(cè)。因此在預(yù)測(cè)編碼中，編碼與傳輸?shù)闹挡⒉皇窍袼厝又当旧恚沁@個(gè)取樣值的預(yù)測(cè)值與實(shí)際值之間的差值。&l

7、t;/p><p>　　對(duì)于一幅二維圖像，常常使用簡(jiǎn)化預(yù)測(cè)公式進(jìn)行預(yù)測(cè)，即</p><p>　　f(m,n)=f(m,n-1)/2+f(m-1,n)/4+f(m-1,n-1)/8+f(m-1,n+1) 式中系數(shù)總和為1，這是為了保持圖像的平均亮度不變。 </p><p>　　2.3圖像預(yù)測(cè)編碼Matlab實(shí)現(xiàn)</p><p>　　

8、2.3.1圖像預(yù)測(cè)編碼</p><p>　　使用簡(jiǎn)化預(yù)測(cè)公式進(jìn)行線性預(yù)測(cè)編碼，對(duì)原圖像的預(yù)測(cè)編碼如下。</p><p>　　I=imread('E:\Andy13.jpg'); %讀入圖片</p><p>　　I=rgb2gray(I); %灰度處理 </p><p><b>　　I2=I

9、;</b></p><p>　　I=double(I);</p><p>　　fid=fopen('mydata.dat','w');</p><p>　　[m n]=size(I);</p><p>　　J1=ones(m,n); %產(chǎn)生m行n列的單位矩陣</p><p&g

10、t;　　J1(1:m,1)=I(1:m,1);</p><p>　　J1(1,1:n)=I(1,1:n);</p><p>　　J1(1:m,n)=I(1:m,n);</p><p>　　J1(m,1:n)=I(m,1:n);</p><p>　　for K=2:m-1</p><p>　　for L=2:n-1<

11、;/p><p>　　J1(K,L)=I(K,L)-(I(K,L-1)/2+I(K-1,L)/4+I(K-1,L-1)/8+I(K-1,L+1)/8); %實(shí)施預(yù)測(cè)編碼</p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　end</b></p><p>　　J1=round(J1);

12、 %對(duì)J1取整</p><p>　　cont=fwrite(fid,J1,'int8');</p><p>　　cc=fclose(fid);</p><p><b>　　2.3.2解碼</b></p><p>　　調(diào)用以下代碼對(duì)上述預(yù)測(cè)編碼文件進(jìn)行解碼。</p><p>　　

13、I1=imread('E:\Andy13.jpg');</p><p>　　I1=rgb2gray(I1);</p><p>　　[m,n]=size(I1);</p><p>　　fid=fopen('mydata.dat','r');</p><p>　　I1=fread(fid,cont,

14、'int8');</p><p><b>　　tt=1;</b></p><p><b>　　for L=1:n</b></p><p><b>　　for K=1:m</b></p><p>　　I(K,L)=I1(tt);</p><p&

15、gt;<b>　　tt=tt+1;</b></p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　end</b></p><p>　　I=double(I);</p><p>　　J=ones(m,n);</p><p>　　J(1:m

16、,1)=I(1:m,1);</p><p>　　J(1,1:n)=I(1,1:n);</p><p>　　J(1:m,n)=I(1:m,n);</p><p>　　J(m,1:n)=I(m,1:n);</p><p>　　for K=2:m-1</p><p>　　for L=2:n-1</p><

17、p>　　J(K,L)=I(K,L)+(J(K,L-1)/2+J(K-1,L)/4+J(K-1,L-1)/8+J(K-1,L+1)/8);</p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　end</b></p><p>　　cc=fclose(fid);</p><p>

18、　　J=uint8(J);</p><p>　　subplot(2,2,1);imshow(I2);title('原始圖像');</p><p>　　subplot(2,2,2);imshow(J1);title('編碼后圖像');</p><p>　　subplot(2,2,3);imshow(J);title('解碼后圖像

19、')</p><p>　　J=double(J);</p><p>　　s=double(0);</p><p>　　a=double(0);</p><p><b>　　for K=1:m</b></p><p><b>　　for l=1:n</b></p&

20、gt;<p>　　a=(J(K,L)-I(K,L))*(J(K,L)-I(K,L));</p><p><b>　　s=s+a;</b></p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　end </b></p><p><b>

21、　　2.3.3壓縮效果</b></p><p>　　通過(guò)顯示原文件和解壓后的文件比較壓縮效果如圖2。</p><p>　　圖2 原圖像與壓縮解碼圖像對(duì)比圖</p><p>　　由圖2可見壓縮解碼后圖像與原圖像稍有差別，預(yù)測(cè)編碼是有損編碼。</p><p><b>　　3課程設(shè)計(jì)心得</b></p>

22、<p>　　通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，我對(duì)數(shù)字圖像及其處理以及MATLAB軟件有了更深的認(rèn)識(shí)，也學(xué)習(xí)了數(shù)字圖像MATLAB處理的一些基本操作；對(duì)文本編輯和處理也變得更加的熟悉；增強(qiáng)了自主學(xué)習(xí)的能力。 </p><p><b>　　4參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 王慧琴.字圖像處理[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社,2006.</p>