基於dct變換的圖像壓縮技術

① 誰知道MPEG壓縮的原理

簡述MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4的壓縮編碼原理，舉例說明。

MPEG壓縮編碼演算法包括了幀內編碼、幀間編碼，DCT變換編碼、自適應量化、熵編碼和運動估計和運動補償等一系列壓縮方法。 為了區分幀內、幀間編碼，MPEG-2定義了三種編碼圖象。

MPEG-1標准用於數字存儲體上活動圖像及其伴音的編碼，其數碼率為1.5Mb/s。

MPEG-1視頻壓縮技術的特點：1. 隨機存取；2. 快速正向/逆向搜索；3 .逆向重播；4. 視聽同步；5. 容錯性；6. 編/解碼延遲。MPEG-1視頻壓縮策略：為了提高壓縮比，幀內/幀間圖像數據壓縮技術必須同時使用。幀內壓縮演算法與JPEG壓縮演算法大致相同，採用基於DCT的變換編碼技術，用以減少空域冗餘信息。幀間壓縮演算法，採用預測法和插補法。預測誤差可在通過DCT變換編碼處理，進一步壓縮。幀間編碼技術可減少時間軸方向的冗餘信息。

MPEG-2標準是針對標准數字電視和高清晰度電視在各種應用下的壓縮方案和系統層的詳細規定，編碼碼率從每秒3兆比特～100兆比特，標準的正式規范在ISO/IEC13818中。MPEG-2不是MPEG-1的簡單升級，MPEG-2在系統和傳送方面作了更加詳細的規定和進一步的完善。MPEG-2特別適用於廣播級的數字電視的編碼和傳送，被認定為SDTV和HDTV的編碼標准。

MPEG-2圖像壓縮的原理是利用了圖像中的兩種特性：空間相關性和時間相關性。這兩種相關性使得圖像中存在大量的冗餘信息。如果我們能將這些冗餘信息去除，只保留少量非相關信息進行傳輸，就可以大大節省傳輸頻帶。而接收機利用這些非相關信息，按照一定的解碼演算法，可以在保證一定的圖像質量的前提下恢復原始圖像。一個好的壓縮編碼方案就是能夠最大限度地去除圖像中的冗餘信息。

MPEG-2的編碼圖像被分為三類，分別稱為I幀，P幀和B幀。

I幀圖像採用幀內編碼方式，即只利用了單幀圖像內的空間相關性，而沒有利用時間相關性。P幀和B幀圖像採用幀間編碼方式，即同時利用了空間和時間上的相關性。P幀圖像只採用前向時間預測，可以提高壓縮效率和圖像質量。P幀圖像中可以包含幀內編碼的部分，即P幀中的每一個宏塊可以是前向預測，也可以是幀內編碼。B幀圖像採用雙向時間預測，可以大大提高壓縮倍數。

MPEG-2的編碼碼流分為六個層次。為更好地表示編碼數據，MPEG-2用句法規定了一個層次性結構。它分為六層，自上到下分別是：圖像序列層、圖像組(GOP)、圖像、宏塊條、宏塊、塊。

MPEG-2標准在廣播電視領域中的主要應用如下：

（1）視音頻資料的保存

一直以來，電視節目、音像資料等都是用磁帶保存的。這種方式有很多弊端：易損，佔地大，成本高，難於重新使用。更重要的是難以長期保存，難以查找、難以共享。隨著計算機技術和視頻壓縮技術的發展，高速寬頻計算機網路以及大容量數據存儲系統給電視台節目的網路化存儲、查詢、共享、交流提供了可能。

採用MPEG-2壓縮編碼的DVD視盤，給資料保存帶來了新的希望。電視節目、音像資料等可通過MPEG-2編碼系統編碼，保存到低成本的CD-R光碟或高容量的可擦寫DVD-RAM上，也可利用DVD編著軟體(如Daikin Scenarist NT、Spruce DVDMaestro等)製作成標準的DVD視盤，既可節約開支，也可節省存放空間。

（2）電視節目的非線性編輯系統及其網路

在非線性編輯系統中，節目素材是以數字壓縮方式存儲、製作和播出的, 視頻壓縮技術是非線性編輯系統的技術基礎。目前主要有M-JPEG和MPEG-2兩種數字壓縮格式。

MPEG -4是針對一定比特率下的視頻、音頻編碼，更加註重多媒體系統的交互性和靈活性。MPEGⅣ傳輸速率在4800-6400bps之間，解析度為176×144，可以利用很窄的帶寬通過幀重建技術壓縮和傳輸數據，從而能以最少的數據獲得最佳的圖像質量。MPEGⅣ屬於一種高比率有損壓縮演算法，其圖像質量始終無法和DVD原MPEG-2相比，畢竟DVD的存儲容量比較大。因此，現在的MPEGⅣ只能面向娛樂、欣賞方面的市場那些對圖像質量要求較高的專業視頻領域暫時還不能採用。

MPEG-4是1999年推出的壓縮演算法，經過不斷的完善，現在已經推出了第三版。作為目前做好的視音頻壓縮演算法，已經為各個廠商廣泛採用。
⑴解析度高：MPEG-4可以達到非常接近MPEG-2的高解析度效果。POS-Watch的MPEG-4演算法+RET解析度加強技術，使畫面解析度可達704*576，而其他產品（特別是基於PC-base的工控型產品）即使採用的是MPEG-4壓縮演算法，由於其系統資源需要支持龐大的WINDOWS系統，又無解析度加強技術，所以只能做到352*288的解析度。
⑵壓縮率高：MPEG-4的壓縮率可高達200：1，一幀畫面的容量只有1-2KB。如此高的壓縮率，解決了硬碟容量的瓶頸，使我們能儲存更長時間的錄像文件。另外，逐幀播放功能也是MPEG-4所特有的。
⑶動態分配碼流：MPEG-4的碼流帶寬是不固定的（而MPEG-1固定碼流1.5Mbits/s），它能夠根據畫面的復雜程度和變化程度來自動調整碼流，在畫面比較復雜或變化比較劇烈的時候佔用較多的帶寬，保證了畫面質量；在畫面比較簡單或靜止的時候，佔用較少的帶寬，節約了資源。
⑷適合網路傳輸：POS-Watch一路實時（25幀/秒）上傳所佔的帶寬大約為600Kbits/s（不固定，視具體情況不同而佔用的帶寬也不同），非常適合低帶寬的網路傳輸。即使網路帶寬嚴重不足，MPEG-4能降低一定的幀數來保證畫面質量。另外，一個視頻源多個視音頻對象編碼，非常適合互動式多媒體通訊。
⑸演算法不固定：MPEG-4是個開放的演算法（MPEG-1和MPEG-2都是固定的演算法），各個廠商都能開發自己的MPEG-4演算法，POS-Watch的MPEG-4演算法是由POSDATA公司針對TI（德州儀器）的DSP（精簡指令集的數字信號處理器）開發的，另外，由於各個廠商開發的MPEG-4各不相同，所以在安全性和保密性方面得到了很高的保證。
⑹高抗誤碼性：現在的監控系統基本都要涉及到網路，然而乙太網的誤碼性是非常高的，如果沒有很高的抗誤碼性，會嚴重影響畫面的傳輸質量。MPEG-4錯誤處理的魯棒性，有助於低比特率視頻信號在高誤碼率環境下的存儲和傳輸。

② MATLAB編寫基於離散正弦變換(DCT)的圖像壓縮程序

I=imread('cameraman.tif')
I=im2double(I) %轉換圖像矩陣為雙精度型。
T=dctmtx(8) %產生二維DCT變換矩陣
%計算二維DCT，矩陣T及其轉置是DCT函數P1*X*P2的參數
B=blkproc(I,[8,8],'P1*x*P2',T,T') %二值掩模，用來壓縮DCT系數，只留下DCT系數中左上角的10個
mask=[1 1 1 1 0 0 0 0
1 1 1 0 0 0 0 0
1 1 0 0 0 0 0 0
1 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 ]
B2=blkproc(B,[8 8],'P1.*x',mask) %只保留DCT變換的10個系數
I2=blkproc(B2,[8 8],'P1*x*P2',T',T) %重構圖像
subplot(1,2,1)
imshow(I)
title('原始圖像');
subplot(1,2,2)
imshow(I2);
title('壓縮圖像');
我這個程序也是改了後的，不過我運行過了，圖片壓縮效果都能出來，就是壓縮比沒有變小，我也不知道為什麼，如果有人給決絕了麻煩通知一下，我郵箱[email protected]

③ 數字圖像壓縮技術

④ dct變換本身能不能壓縮數據，為什麼

dct變換本身不能壓縮數據，以圖像處理為例，dct變換只是將數據從空間域轉換到頻率域。但是dct變換之後的數據再用其他編碼方法進行壓縮可以實現很高的壓縮比。

⑤ 圖像壓縮的圖像壓縮原理

1.圖像壓縮的概念
減少表示數字圖像時需要的數據量
2.圖像壓縮的基本原理
圖像數據之所以能被壓縮，就是因為數據中存在著冗餘。圖像數據的冗餘主要表現為：圖像中相鄰像素間的相關性引起的空間冗餘；圖像序列中不同幀之間存在相關性引起的時間冗餘；不同彩色平面或頻譜帶的相關性引起的頻譜冗餘。數據壓縮的目的就是通過去除這些數據冗餘來減少表示數據所需的比特數。由於圖像數據量的龐大,在存儲、傳輸、處理時非常困難,因此圖像數據的壓縮就顯得非常重要。
信息時代帶來了「信息爆炸」，使數據量大增，因此，無論傳輸或存儲都需要對數據進行有效的壓縮。在遙感技術中，各種航天探測器採用壓縮編碼技術，將獲取的巨大信息送回地面。
圖像壓縮是數據壓縮技術在數字圖像上的應用，它的目的是減少圖像數據中的冗餘信息從而用更加高效的格式存儲和傳輸數據。
3。圖像壓縮基本方法
圖像壓縮可以是有損數據壓縮也可以是無損數據壓縮。對於如繪制的技術圖、圖表或者漫畫優先使用無損壓縮，這是因為有損壓縮方法，尤其是在低的位速條件下將會帶來壓縮失真。如醫療圖像或者用於存檔的掃描圖像等這些有價值的內容的壓縮也盡量選擇無損壓縮方法。有損方法非常適合於自然的圖像，例如一些應用中圖像的微小損失是可以接受的（有時是無法感知的），這樣就可以大幅度地減小位速。
無損圖像壓縮方法有：
行程長度編碼
熵編碼法
如 LZW 這樣的自適應字典演算法
有損壓縮方法有：
將色彩空間化減到圖像中常用的顏色。所選擇的顏色定義在壓縮圖像頭的調色板中，圖像中的每個像素都用調色板中顏色索引表示。這種方法可以與 抖動(en:dithering)一起使用以模糊顏色邊界。
色度抽樣，這利用了人眼對於亮度變化的敏感性遠大於顏色變化，這樣就可以將圖像中的顏色信息減少一半甚至更多。
變換編碼，這是最常用的方法。首先使用如離散餘弦變換（DCT）或者小波變換這樣的傅立葉相關變換，然後進行量化和用熵編碼法壓縮。
分形壓縮（en:Fractal compression）。
4.圖像壓縮的主要目標就是在給定位速（bit-rate）或者壓縮比下實現最好的圖像質量。但是，還有一些其它的圖像壓縮機制的重要特性：
可擴展編碼 (en:Scalability) 通常表示操作位流和文件產生的質量下降（沒有解壓縮和再壓縮）。可擴展編碼的其它一些叫法有 漸進編碼（en:progressive coding）或者嵌入式位流（en:embedded bitstreams）。盡管具有不同的特性，在無損編碼中也有可擴展編碼，它通常是使用粗糙到精細像素掃描的格式。尤其是在下載時預覽圖像（如瀏覽器中）或者提供不同的圖像質量訪問時（如在資料庫中）可擴展編碼非常有用 有幾種不同類型的可擴展性：
質量漸進（en:Quality progressive）或者層漸進（en:layer progressive）：位流漸進更新重建的圖像。
解析度漸進（en:Resolution progressive）：首先在低解析度編碼圖像，然後編碼與高解析度之間的差別。
成分漸進（en:Component progressive）：首先編碼灰度數據，然後編碼彩色數據。
感興趣區域編碼，圖像某些部分的編碼質量要高於其它部分，這種方法可以與可擴展編碼組合在一起（首先編碼這些部分，然後編碼其它部分）。
元數據信息，壓縮數據可以包含關於圖像的信息用來分類、查詢或者瀏覽圖像。這些信息可以包括顏色、紋理統計信息、小預覽圖像以及作者和版權信息。
5.圖像壓縮目前的標准
經典的視頻壓縮演算法已漸形成一系列的國際標准體系，如H.26x系列建議，H.320系列建議以及MPEG系列建議等。
6.圖像壓縮效果的評估
壓縮方法的質量經常使用峰值信噪比來衡量，峰值信噪比用來表示圖象有損壓縮帶來的雜訊。但是，觀察者的主觀判斷也認為是一個重要的、或許是最重要的衡量標准。

⑥ MPEG視頻壓縮演算法的兩個基礎技術是什麼

1、基於塊的方式的運動補償：運動補償技術就是在動態序列圖像實時編碼中運用信息以及像素的位移向量進行圖像高效編碼的一種方法。活動圖像的幀與幀之間不僅存在基於像素的線性相關性，僅是前景改變，還在宏觀上存在著很大的運動相關性。

2、DCT變換：相當於一個長度大概是它兩倍的離散傅里葉變換，這個離散傅里葉變換是對一個實偶函數進行的（因為一個實偶函數的傅里葉變換仍然是一個實偶函數），在有些變形裡面需要將輸入或者輸出的位置移動半個單位。

(6)基於dct變換的圖像壓縮技術擴展閱讀：

MPEG的原理及優點：

MPEG 的基本原理是對比前後幀，第一幀被壓縮圖像將被用作參考，第二幀圖像中只有與參考幀不同的部分才會被存儲。播放時在參考幀圖像和「差異數據」的基礎上重建所有圖像。這樣的方法叫「差分編碼」（包括H.264在內的大多數視頻壓縮標准都採用這種方法）。

1、兼容性好，主要因為在一開始就被作為一個國際化的標准來研究制定。

2、能夠達到更高的壓縮比，最高可達200比1.

3、在提供高壓縮比的同時，數據損失造成的音、視頻失真很小。