《数据压缩与信源编码》实验报告S.docx

西华高校试验报告（理工类）开器学院及试1«，电气倍息学院6A222试It时间，2017年4月6日学生姓名学号成绩学生所在学院电气与电子信息学院年物专业/»信总工程14（3）-1课程名称数据压编与信源编码课程代码6088619试验项目名称码书的设计和运用项目代码«a-指导被如季耀项目学分一、试验目的采纳矢M以化算法（1.BG获得图像压缩所须要的码书，通过码书实现图像压缩端玛，二、试验朦理要想得到好的性能码，仅果纳标奴疑化是不行使的当把多个信源符号联合起来形成多维矢量,再对矢状进行标录量化时自由度将更大，同样的失出下，城化舰数可进一步削成，码率可进一步压缩，这种出化叫失fit量化.一种有效和直规的矢麻信化码书设计曾法一一1.BG豫法（也叫GIA算法）是由1.indc、Buzo和Gray于1980年首先提出来的。该算法堪于最佳矢心狄化器设计的景佳划分和以佳码书这两个必要条件，H是Uoyd算法在矢量空间的推广，其特点为物理梅会清楚、算法理论严密及算法实现简洁.设训练矢笊集为X=x0,x1,.,xm.1）,待产生的码书为C=y0,y,.-.ys.l.其中W=%，%，.j=b>y>s>>*.lojw-.oyf-.则印书设计过程就是需求把训练矢量集X分成N个子集SAj=0.1,-,N-1）的一种最佳%类方案，而子集Sj的质心矢量.*作为码字。假设平方误差测度用来表征训练矢量用和码字匕之间的失真，即：A-Id（孙力）=£（%-力）2）-0则码书设计的准则可用下列数学形式表达：最小化AW.XC）wvd（xl,yj）>=0/=O约束条件H'p=l.O,W-I其中W为MXN矩阵,其元素满意，OX1«Si矩阵W可看作训练矢量的聚类结果。依据W,可计算码字:19其中s代表子集s,.中训竦矢吊的数目，或者说是矩阵W第/+1行(MM=OJ,w-1)中非零元素的数目.针对训练矢量集为X=K.xi,-,xm.i).其1.BG算法的详细步骤如M步骤I：给定初始码拈C©=.y："y”,y灯，令迭代次数=0,平均失真D'”8,给定相时误差门限s()<s<l)步骤2：用码书Cg中的各码字作为质心，依据最佳划分原则把训练矢量柒X划分为Ar个胞腔Sm=s1'j,s>,S,M.S7满意S*=卜Id(v.y*)=mind(v.y'"1).veX)步既3：计算平均失真D->=±ynind(x.,y推断相对误差是否满意(D,-'tD,n')D,n,若满意,则停止算法,一书CW就是所求的码书.否则,转步骤4.步骤4：依据最佳眄书条件,计算各胞腔的质心，即UHD_1.yvs1,n,乙0，由这N个新质心)，；"”=0.1.-,/V-I形成新码lC(*.置”=+1,转步骤2。三、试验设备、仪部及材料操作系统：Windowsxp:软件：MAT1.AB四、试Ift步M(依据实际操作过程)1.号书的设计ckurall;dau=doubl<Hdata255;的行数和列数imshowXdata);%显示隙Sfi图dau=imcad('canraman.(if%归化Ilguf以1)像调入朦始图像ImmEize(dam：%求出图佻VUbPiDl(121KIilleCKi始图便)SUbPIo«122);frj=hnend1=1+1：mhist(da<a>:&Ma2=ZCros(Ml工iz_wonb：尸1：Imeeft方图)dau!(i>1><n4j)三dai>(iJ>：=;elsexiz_wnrd=4;%设置码字的大endA=zcro»(MZ_w0ni.I);r=r+l;小endr=l;endsiz_book=512;为设置印书的Ml=tlr(m*v,siz-word):tort=l:m*nend大小r=nxi<mnsz(r>-<hlal();CtXkjXK>k=ZefW(Siz_book.dalal=zcrow(m*nj);ifr>Oifr=xiz.wnrdsiz_w(>rd);fori=):mMI=MI+I;dau2(l.f>=A;2.编码%1.BG口注起先B=zcrosiz.xMX.l);MIUi.r)=l.(hClSC%初始化到书B=<h(a2(i.:);end三!:A=ZCrOei(SiZ_W(MdI):=0:codc_book1(j.l>=0.0:r=l;A=IXMfeJHHXendA=ZCfWiGiZ-WnrdJ);tcp=O.O:c<xle_bcx>kI=ZcmMsizJxMikAiendfori=1:siz_book*siz_w(xdforl=ksiz-½xxxiz.word);endA(r)*datal(i>:forj=l:siz_bookcp=0.0;ifr=ix-W0<dhrp=lep*AUABn)A2:h*l=l:»z_wiwdfurj=ksiz.kjkc<xlc_b(»k(l,：X=A;end(cp=O.O:(Vrl=l:siz_wnrd1=1+1：r=l;fori=kMIr=l:furj=2:xiz.booklep=lep4<c<x!e.lxx>kI<j.i)ccJeC5CCndJbOokI(jJ)=c<XIJbCwkI(jJxwk(jJ>>A2;r=r+:A=OodCJXWk(j：上.l)*MIUGj)*da(a2(i.l);endedendende11sum(AB>2);tq>-lep4MIU<i.j);i,U!p'siz,book<0.(MXXMIU=ZcmMMIiz_b<x>k);iftcmp<tcpendt=）；r=j；ifwp>0endC=Ue=1cmp;CodC_book=CodjbookI;whilet三=1elcixkjxx*I<j.lKcdJb(XIkl(jendfori=hMIend.ycp:3.解码%编码后图像复Kl过程endendCfKldnu3=zcroMMl.siz_uwd>dau5=zcroMmj);endfori=1:MIfbri=kmjl=modltcp.siz_»Mb:11gurc<2>forj=1:%tz_lxx>kforj=knifji=Obnilow<uin8(daia5»:%U*示ifMIUg=Itcp=(i-rn÷j;jIFiJWonh如R图像t=j;endtiilcC矢JtJIt化明码后K朦的endiI=n<XM(cp)siz_wonj):Baflneli111()<ha5(ij)=flooc(<hia3(iIjI)tc2Sdata3(i.：)=codc_bonk(t,:);il=1;5);五、试验过程记录（敷提、图表、计辑等）开售学院及试*，电气倍息学院6A222西华高校试验报告(理工类)学生姓名学号成绩学生所在学院电气与电子信息学院年物专业/»信总工程14(3)-1课程名称数据压编与信源编码课程代码6088619试验项目名称基于DeT交换的图像压缩技术项目代码«a_指导被如季耀项目学分试It时间：2017年4月6日一、试验目的利用曲散余弦变换进行图像压缩,二、MlftS三1.DCT变换肉敢余弦变换O)CT是种与黑散傅立叶变换猿密相关的正交变换.8X8的二维离散余弦变换可以将图像的空间表达式转换到频率域,只用少收的数掘点来表达图像,用f(x,y)表示8X8的图像块©素位,F(u,V)表示二维周敢余弦变换后的值,详细衣达式如卜：F(u,)=JC3)Cv博=IJy=of(.×,y)s空号空cos曳番抖(4.1)其反交换如下式：F(,y)=工IoCt,£乙£。0“)。/(3)85汽詈85月产(4.2)其中,C一C簧当U=U=O)c(u)-1.e)'(1(其他情况)(4.3)二维离散余弦变换核具有可分别性,卬可以先对每行进行一维离散余弦变换.再对毋列进行一堆离波余弦变换,因此,二维离附:余弦变换可表示为：F(u,)=1Cmx=0G(x,v)cos(ZU),*n(4.4)G(u.Io=：Cm归;=OG(x,v)cos"*.uA(4.5)假如干脆依据公式计算，其计算盘很大,所以,实际应用中普遍来射快速伸立叶变换(FFT)算法来实现恩放余弦变换的快速算法.2 .量化编码数据压缩中的量化处理,不是时A/D转换城化，而是时正交变换后的数据进行量化处理，曲化输入值的动态范围很大,而量化的将出只旎取仃限个整数，1½化后的数值用较少的比特数便可表示.豉化处理总是把一批输入量化到一个输出级上,这样降低了数值的精度,但削或了数据此.DCT的输出系数中，左上角的数据表示低频重*,人眼比较敬答,应当用钦高的精度来表示，而右下地的数掘可以用较低的精度来农示.因此,我们可以定义一个家化表对不同的数据采纳不同的配化等级，这个信化表可以依据期欤的压缩比进行调整,一般来说,量化去元素侑越大压缩比亚大，当然图像失真度也越大.3 ."Z”字型扫描优化后的数据原来已经可以干脆进行游程编码,但为了提高游程编码的效率，我们必霸尽量增加零游程的长度。基于量化后系数的排列特征,采纳“Z”字里扫描能有效增加缪游程的长度。“Z”字型扫描轨迹如图2.2所示：4,哈夫曼(Huffman)编码及解码哈夫蚣端码是1952年由HUrfman提出的编码方法,基本思想是依据源数据符合出现的概率大小进行编码,出现概率大的符号安排越短的码字，出现概率越小的符号安排越长的码字，从而达到用完1少的比特数表示数据源,标准哈夫岐编码步骤如下：(D统计数据源符号出现的概率,得到不同概率的信息符号；(2) 4数据源符号按概率递减依次排列；(3)把两个最小概率相加作为新符号的概率,并按(2)重排：(4>Sft(I).(2),直到概率为1：(5)在次合并信源时,将合并的信源分别赋“。”和T;(6)找寻从年一信源符号到概率为1处的路径,记录路径上的“0”和“广；(7)从树根起先写出每一符号的“0"、“I”.川标准哈夫亚编码对图像进行编码时效率很高,但须要对原始图像扫描两遍，第一遍要精确统计出fH个像素伯出现的概率，其次遍是建立哈夫曼树并编码,数据压缩和解压逑度较慢,因此,出现了一种改良的哈夫曼编码,它的变长码字不是实时产生而是一个固定的表,在编码和解码过程中不用计算符号概率和排序,干脆查农得到,但这个表必福经过大量的统计工作并细心设计才能达到较高的编码效率。在群态图像压缩国际标准(JPEG标准中,专家组己羟对大量自然图像进行了统计,符到了适合于附态自然图像俄码的哈夫曼表.在实际编码过程中,我们可干脆应用此表进行编码和解码.三、试Iit设备、仪盘及材料操作系统：Windowsxp:软件，MAT1.AB四、试收步Il(依据实际操作过程)!=intfead("ca11erujun.lif)K=PT;l=im2doublcU)%料换图像娅对为双嵇度型.I4(i:i47j:j+7)=K;J=dci2(l):endTdcumx(三)%产生.雒DeT变换矩阵ClXial=(1611101624405!61：figure:1212141926586055;imn*Xl4>1413162440576956;ImH"原图像先141722295187SO62;Bblkpfixr(1.K.S|.PIxP2,.T.>182237566810910377;%itWPCT.矩阵T及JI转置是DCT函数PIX*P2的243555648110411392;等敷49647887103121120IOh三k=lII100007292959K112l10399);1I100OOOCri=1:8:200I1000000forj=l:8:20010000000P=I(ki÷7J÷7);00000000=*r11w;OOOOO(X)OI«i:i+7,j:j+7>=K;00000000K=Kal;M化00000000)KQM(K)<003)=0:%.(f(tK.用来压IftDCT泰只留下DCT系数中左上角l3<ij÷7jzj÷7>=K:的10个endB2=blkpn)c(B,l88J,PI*只保用DCT变狭的IOend个系数figure;12二blkproc<B2J88.,Pltx*P2>.T.T>%用构图像n4uw(!2):figuretidcfDC变换后的娱域图像上显示DCT变换后的菽酸imhnXl)图像IhkdS始图侬为fori=1:8:200furcIurj=1:8:200im%h!2kP=l3(i:H7j:j+7).*a1;%反砧化m*lE缩图像尢figureIinshow(J);figure五、试过程记录(敷据、图双、计算衡mesh<J)%而出J的立体网状图ColoibaiChonz')%在水平条方向用不同的颜色衣小曲面的i度六、试收结果分析及问探讨西华高校试验报告(理工类)开森学院及试看*:电气值息学院6A207试验时间：2017年4月6日学生姓名学生所在学院学号电气与电子信息学院成绩年Ct/专业/班信总工程14(3)-1课程名称数据压第与信日课程代码6088619试题项目名稼基于小波嫂的图项目代码tt三指导教师李康项目学分一、试验目的利用小波变换进行图像乐缩.二、试验朦理正交基在传统的信号表示中被广泛地来纳，如傅氏变换.基函数的正交性使相应的表示系数能容易地用内枳计算，然而，这些变换一般揭示的是信号的整体性质，碓以表示其局部特性，小波变换发展了局部化思想，是一种信号的时间-尺度(时间-频率)分析方法，它具有多辨别率分析的特点，而且在时短两域都具有表征信号局部特征的实力，是一种窗口大小固定不变但其形态可变更，时间窗和频车窗都可以变更的时痂局部化分析方法.即在低频部分具有校高的频率辨别力和较低的时间辨别力，在高频部分具有较高的时间辨别力和较低的领率辨别力，很适合于探测正常信号中夹带的瞬态反常现象并展示其成分，所以被誉为分析信号的显出镜，利用连续小波变换进行动态系统故障检测与诊断具有良好的效果，若记出小波为W(t),伸缩和领移因子分别为a和b,则由母小波中(C)生成的小波为：()(0=*,(v)a,hGR-aO其中，母小波I)必霜满意下列条件：C=1.畔*d3<8积3)为的傅氏变换.1.«IftH对应于傅氏分析中的傅氏汲数、傅氏变换、快速博氏变换，在小波分析中也有相应的小波级数、小波cal=(5*cal;sbplo<(223)jmage(cal)colornap(nwp);axissquareIiHC('第一次压缩)；disp<'笫一次压缩图像的大小为：whos('ca)%保曲小波分解其次层低频信息，进行图像的压缩，此时压缩比更大%其次层的低领信息即为ca2,显示其次层的低颇信息ca2=app<ef2(c.s.'bior3.7'.2);%首先对其次层信忠进行麻化编码ca2=wcodema<(ca2.440,'ntat'.0)：%变更图像的高度ca2=O.25*ca2;SUbPlO<(224);image(ca2):colormap(nap>:axissquareIitleC其次次压缩工disp('其次次压缩图像的大小为：WhaSrCa2')4ft出结果如下所示：压缗前图像X的大小：NameSizeBytesClassX256x256524288doublearrayGrandt<.Xalis65536elementsusing524288bytes第一次压缩图像的大小为：NameSizeBytesClasscaI135x135145800doublearrayGrandtotalis18225elementsusing145800bytes其次次压缩图像的大小为：NameSizeBytesClassca275x7545(XM)doublearrayGrandl<idis5625elementsusing45000bytes五、试过程记录（依据、图赛、计算制