基于dct变换的图像压缩技术

① 谁知道MPEG压缩的原理

简述MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4的压缩编码原理，举例说明。

MPEG压缩编码算法包括了帧内编码、帧间编码，DCT变换编码、自适应量化、熵编码和运动估计和运动补偿等一系列压缩方法。 为了区分帧内、帧间编码，MPEG-2定义了三种编码图象。

MPEG-1标准用于数字存储体上活动图像及其伴音的编码，其数码率为1.5Mb/s。

MPEG-1视频压缩技术的特点：1. 随机存取；2. 快速正向/逆向搜索；3 .逆向重播；4. 视听同步；5. 容错性；6. 编/解码延迟。MPEG-1视频压缩策略：为了提高压缩比，帧内/帧间图像数据压缩技术必须同时使用。帧内压缩算法与JPEG压缩算法大致相同，采用基于DCT的变换编码技术，用以减少空域冗余信息。帧间压缩算法，采用预测法和插补法。预测误差可在通过DCT变换编码处理，进一步压缩。帧间编码技术可减少时间轴方向的冗余信息。

MPEG-2标准是针对标准数字电视和高清晰度电视在各种应用下的压缩方案和系统层的详细规定，编码码率从每秒3兆比特～100兆比特，标准的正式规范在ISO/IEC13818中。MPEG-2不是MPEG-1的简单升级，MPEG-2在系统和传送方面作了更加详细的规定和进一步的完善。MPEG-2特别适用于广播级的数字电视的编码和传送，被认定为SDTV和HDTV的编码标准。

MPEG-2图像压缩的原理是利用了图像中的两种特性：空间相关性和时间相关性。这两种相关性使得图像中存在大量的冗余信息。如果我们能将这些冗余信息去除，只保留少量非相关信息进行传输，就可以大大节省传输频带。而接收机利用这些非相关信息，按照一定的解码算法，可以在保证一定的图像质量的前提下恢复原始图像。一个好的压缩编码方案就是能够最大限度地去除图像中的冗余信息。

MPEG-2的编码图像被分为三类，分别称为I帧，P帧和B帧。

I帧图像采用帧内编码方式，即只利用了单帧图像内的空间相关性，而没有利用时间相关性。P帧和B帧图像采用帧间编码方式，即同时利用了空间和时间上的相关性。P帧图像只采用前向时间预测，可以提高压缩效率和图像质量。P帧图像中可以包含帧内编码的部分，即P帧中的每一个宏块可以是前向预测，也可以是帧内编码。B帧图像采用双向时间预测，可以大大提高压缩倍数。

MPEG-2的编码码流分为六个层次。为更好地表示编码数据，MPEG-2用句法规定了一个层次性结构。它分为六层，自上到下分别是：图像序列层、图像组(GOP)、图像、宏块条、宏块、块。

MPEG-2标准在广播电视领域中的主要应用如下：

（1）视音频资料的保存

一直以来，电视节目、音像资料等都是用磁带保存的。这种方式有很多弊端：易损，占地大，成本高，难于重新使用。更重要的是难以长期保存，难以查找、难以共享。随着计算机技术和视频压缩技术的发展，高速宽带计算机网络以及大容量数据存储系统给电视台节目的网络化存储、查询、共享、交流提供了可能。

采用MPEG-2压缩编码的DVD视盘，给资料保存带来了新的希望。电视节目、音像资料等可通过MPEG-2编码系统编码，保存到低成本的CD-R光盘或高容量的可擦写DVD-RAM上，也可利用DVD编着软件(如Daikin Scenarist NT、Spruce DVDMaestro等)制作成标准的DVD视盘，既可节约开支，也可节省存放空间。

（2）电视节目的非线性编辑系统及其网络

在非线性编辑系统中，节目素材是以数字压缩方式存储、制作和播出的, 视频压缩技术是非线性编辑系统的技术基础。目前主要有M-JPEG和MPEG-2两种数字压缩格式。

MPEG -4是针对一定比特率下的视频、音频编码，更加注重多媒体系统的交互性和灵活性。MPEGⅣ传输速率在4800-6400bps之间，分辨率为176×144，可以利用很窄的带宽通过帧重建技术压缩和传输数据，从而能以最少的数据获得最佳的图像质量。MPEGⅣ属于一种高比率有损压缩算法，其图像质量始终无法和DVD原MPEG-2相比，毕竟DVD的存储容量比较大。因此，现在的MPEGⅣ只能面向娱乐、欣赏方面的市场那些对图像质量要求较高的专业视频领域暂时还不能采用。

MPEG-4是1999年推出的压缩算法，经过不断的完善，现在已经推出了第三版。作为目前做好的视音频压缩算法，已经为各个厂商广泛采用。
⑴分辨率高：MPEG-4可以达到非常接近MPEG-2的高分辨率效果。POS-Watch的MPEG-4算法+RET分辨率加强技术，使画面分辨率可达704*576，而其他产品（特别是基于PC-base的工控型产品）即使采用的是MPEG-4压缩算法，由于其系统资源需要支持庞大的WINDOWS系统，又无分辨率加强技术，所以只能做到352*288的分辨率。
⑵压缩率高：MPEG-4的压缩率可高达200：1，一帧画面的容量只有1-2KB。如此高的压缩率，解决了硬盘容量的瓶颈，使我们能储存更长时间的录像文件。另外，逐帧播放功能也是MPEG-4所特有的。
⑶动态分配码流：MPEG-4的码流带宽是不固定的（而MPEG-1固定码流1.5Mbits/s），它能够根据画面的复杂程度和变化程度来自动调整码流，在画面比较复杂或变化比较剧烈的时候占用较多的带宽，保证了画面质量；在画面比较简单或静止的时候，占用较少的带宽，节约了资源。
⑷适合网络传输：POS-Watch一路实时（25帧/秒）上传所占的带宽大约为600Kbits/s（不固定，视具体情况不同而占用的带宽也不同），非常适合低带宽的网络传输。即使网络带宽严重不足，MPEG-4能降低一定的帧数来保证画面质量。另外，一个视频源多个视音频对象编码，非常适合交互式多媒体通讯。
⑸算法不固定：MPEG-4是个开放的算法（MPEG-1和MPEG-2都是固定的算法），各个厂商都能开发自己的MPEG-4算法，POS-Watch的MPEG-4算法是由POSDATA公司针对TI（德州仪器）的DSP（精简指令集的数字信号处理器）开发的，另外，由于各个厂商开发的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证。
⑹高抗误码性：现在的监控系统基本都要涉及到网络，然而以太网的误码性是非常高的，如果没有很高的抗误码性，会严重影响画面的传输质量。MPEG-4错误处理的鲁棒性，有助于低比特率视频信号在高误码率环境下的存储和传输。

② MATLAB编写基于离散正弦变换(DCT)的图像压缩程序

I=imread('cameraman.tif')
I=im2double(I) %转换图像矩阵为双精度型。
T=dctmtx(8) %产生二维DCT变换矩阵
%计算二维DCT，矩阵T及其转置是DCT函数P1*X*P2的参数
B=blkproc(I,[8,8],'P1*x*P2',T,T') %二值掩模，用来压缩DCT系数，只留下DCT系数中左上角的10个
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变换的10个系数
I2=blkproc(B2,[8 8],'P1*x*P2',T',T) %重构图像
subplot(1,2,1)
imshow(I)
title('原始图像');
subplot(1,2,2)
imshow(I2);
title('压缩图像');
我这个程序也是改了后的，不过我运行过了，图片压缩效果都能出来，就是压缩比没有变小，我也不知道为什么，如果有人给决绝了麻烦通知一下，我邮箱[email protected]

③ 数字图像压缩技术

④ dct变换本身能不能压缩数据，为什么

dct变换本身不能压缩数据，以图像处理为例，dct变换只是将数据从空间域转换到频率域。但是dct变换之后的数据再用其他编码方法进行压缩可以实现很高的压缩比。

⑤ 图像压缩的图像压缩原理

1.图像压缩的概念
减少表示数字图像时需要的数据量
2.图像压缩的基本原理
图像数据之所以能被压缩，就是因为数据中存在着冗余。图像数据的冗余主要表现为：图像中相邻像素间的相关性引起的空间冗余；图像序列中不同帧之间存在相关性引起的时间冗余；不同彩色平面或频谱带的相关性引起的频谱冗余。数据压缩的目的就是通过去除这些数据冗余来减少表示数据所需的比特数。由于图像数据量的庞大,在存储、传输、处理时非常困难,因此图像数据的压缩就显得非常重要。
信息时代带来了“信息爆炸”，使数据量大增，因此，无论传输或存储都需要对数据进行有效的压缩。在遥感技术中，各种航天探测器采用压缩编码技术，将获取的巨大信息送回地面。
图像压缩是数据压缩技术在数字图像上的应用，它的目的是减少图像数据中的冗余信息从而用更加高效的格式存储和传输数据。
3。图像压缩基本方法
图像压缩可以是有损数据压缩也可以是无损数据压缩。对于如绘制的技术图、图表或者漫画优先使用无损压缩，这是因为有损压缩方法，尤其是在低的位速条件下将会带来压缩失真。如医疗图像或者用于存档的扫描图像等这些有价值的内容的压缩也尽量选择无损压缩方法。有损方法非常适合于自然的图像，例如一些应用中图像的微小损失是可以接受的（有时是无法感知的），这样就可以大幅度地减小位速。
无损图像压缩方法有：
行程长度编码
熵编码法
如 LZW 这样的自适应字典算法
有损压缩方法有：
将色彩空间化减到图像中常用的颜色。所选择的颜色定义在压缩图像头的调色板中，图像中的每个像素都用调色板中颜色索引表示。这种方法可以与 抖动(en:dithering)一起使用以模糊颜色边界。
色度抽样，这利用了人眼对于亮度变化的敏感性远大于颜色变化，这样就可以将图像中的颜色信息减少一半甚至更多。
变换编码，这是最常用的方法。首先使用如离散余弦变换（DCT）或者小波变换这样的傅立叶相关变换，然后进行量化和用熵编码法压缩。
分形压缩（en:Fractal compression）。
4.图像压缩的主要目标就是在给定位速（bit-rate）或者压缩比下实现最好的图像质量。但是，还有一些其它的图像压缩机制的重要特性：
可扩展编码 (en:Scalability) 通常表示操作位流和文件产生的质量下降（没有解压缩和再压缩）。可扩展编码的其它一些叫法有 渐进编码（en:progressive coding）或者嵌入式位流（en:embedded bitstreams）。尽管具有不同的特性，在无损编码中也有可扩展编码，它通常是使用粗糙到精细像素扫描的格式。尤其是在下载时预览图像（如浏览器中）或者提供不同的图像质量访问时（如在数据库中）可扩展编码非常有用 有几种不同类型的可扩展性：
质量渐进（en:Quality progressive）或者层渐进（en:layer progressive）：位流渐进更新重建的图像。
分辨率渐进（en:Resolution progressive）：首先在低分辨率编码图像，然后编码与高分辨率之间的差别。
成分渐进（en:Component progressive）：首先编码灰度数据，然后编码彩色数据。
感兴趣区域编码，图像某些部分的编码质量要高于其它部分，这种方法可以与可扩展编码组合在一起（首先编码这些部分，然后编码其它部分）。
元数据信息，压缩数据可以包含关于图像的信息用来分类、查询或者浏览图像。这些信息可以包括颜色、纹理统计信息、小预览图像以及作者和版权信息。
5.图像压缩目前的标准
经典的视频压缩算法已渐形成一系列的国际标准体系，如H.26x系列建议，H.320系列建议以及MPEG系列建议等。
6.图像压缩效果的评估
压缩方法的质量经常使用峰值信噪比来衡量，峰值信噪比用来表示图象有损压缩带来的噪声。但是，观察者的主观判断也认为是一个重要的、或许是最重要的衡量标准。

⑥ MPEG视频压缩算法的两个基础技术是什么

1、基于块的方式的运动补偿：运动补偿技术就是在动态序列图像实时编码中运用信息以及像素的位移向量进行图像高效编码的一种方法。活动图像的帧与帧之间不仅存在基于像素的线性相关性，仅是前景改变，还在宏观上存在着很大的运动相关性。

2、DCT变换：相当于一个长度大概是它两倍的离散傅里叶变换，这个离散傅里叶变换是对一个实偶函数进行的（因为一个实偶函数的傅里叶变换仍然是一个实偶函数），在有些变形里面需要将输入或者输出的位置移动半个单位。

(6)基于dct变换的图像压缩技术扩展阅读：

MPEG的原理及优点：

MPEG 的基本原理是对比前后帧，第一帧被压缩图像将被用作参考，第二帧图像中只有与参考帧不同的部分才会被存储。播放时在参考帧图像和“差异数据”的基础上重建所有图像。这样的方法叫“差分编码”（包括H.264在内的大多数视频压缩标准都采用这种方法）。

1、兼容性好，主要因为在一开始就被作为一个国际化的标准来研究制定。

2、能够达到更高的压缩比，最高可达200比1.

3、在提供高压缩比的同时，数据损失造成的音、视频失真很小。