毕业论文课题相关文献综述

文 献 综 述

1.前言

随着多媒体技术的发展，在多媒体存储技术和通信技术中图形图像运用的越来越多。人们对于图像的传输的速率和质量的要求也越来越高。因此，研究图像的压缩和解压缩算法具有很强的理论和现实意义。JPEG算法是国际通用标准，对连续色调、多级灰度、静止图像的数字图像进行压缩编码。JPEG算法适用范围广泛，除用于静态图像编码外，还推广到电视序列的帧内图像压缩。故对其算法原理的理解以及JPEG文件的解压缩实现在动态处理图像中有一定的使用价值。

2.研究现状

图像压缩编码从20世纪40年代末开始进行系统研究以来，迄今已有60多年的历史。70年代后，有关图像压缩编码以及解码的文献日益增多。进入90年代后相继提出了一系列图像压缩编码标准。在目前多媒体通信采用的技术中，JPEG标准以其显著的压缩效率和较低的图像质量损失而获得了广泛的应用。目前网站上80%的图像都是采用的JPEG压缩标准。虽然最近更高压缩率以及更多新功能的新一代图像压缩技术JPEG2000已经诞生^[1]。其目标是进一步改进目前压缩算法的性能，以适应低带宽，高噪声的环境及医疗图像，电子图书馆，以及传真等方面的应用。对于有较好的图像质量，较低的比特率或者是一些特殊功能的要求时，JPEG2000将是较好的选择。但是事实表明，随着JPEG系统产品的不断优化，在大多数场合下，JPEG标准就可以满足要求了。而且，JPEG的低复杂度，低成本的优点也是别的压缩标准无法取代的。在未来很长的时间内，JPEG仍然是主流的压缩标准。目前，JPEG压缩标准的实现大多采用专用集成电路ASIC实现。该方案实现单一的JPEG编码功能比较容易，集成度也较高，但功能单一，升级拓展困难。更加灵活的方案是利用可编程DSP，采用各种优化算法实现JPEG编码功能。使系统升级和功能拓展可以通过软件升级来实现，具有较高的灵活性和适应性^[2]。本文以C语言编程实现JPEG图像的解压过程，通过TMS320F28027 DSP微控制器将JPEG图像转换为位图图像，即JPEG图像解压算法的实现。

3.原理及实现

JPEG包含两种基本压缩方法，各种不同的操作模式。第一种是有损压缩，它是以DCT（Discrete Cosine Transform）为基础的压缩方法。第二种为有损压缩，又称预测压缩方法。其中第一个压缩方法有三个范畴：基线顺序过程、基于DCT的扩展过程和无失真过程^[3]。其中的基线顺序过程是JPEG最基本的压缩过程。符合JPEG标准的软硬件编码器都必须支持和实现这个过程。另外两个过程是可选扩展，对一些特定的应用项目有很大的价值。本课题只研究最基本的压缩过程，即基线顺序过程的解压实现。其编码流程如下图^[4]所示：

图1：基于DCT压缩编码步骤

图2：基于DCT解压缩编码步骤

在编码过程中，首先将输入图像颜色空间转化后分解为8*8大小的数据块，然后用正向二维DCT把每个块转变成64个DCT系数值，其中一个数值是直流（DC）系数,即8*8空域图像子块的平均值，其余的63个是交流（AC）系数，接下来对DCT系数进行量化，最后将变换得到的量化的DCT系数进行编码和传送，形成压缩后的图像格式。在解码过程中，先对已编码的量化的DCT系数进行解码，然后进行DCT反变换求逆量化，并把DCT系数转化为8*8样本像块，最后将操作完成后的块组合成一个单一的图像。这样就完成了图像的压缩和解压缩的过程^[5]。下面对JPEG压缩和解压缩的步骤做个详细的说明：

1.色彩模型。

JPEG的图片使用的是YCrCb颜色模型，而不是计算机上常用的RGB。YCrCb更适合图形的压缩，因为人眼对图片上的亮度Y的变化远比色度C的变化敏感。这使得我们在采样的时候可以对Y信号进行全采样，对Cr，Cb信号进行部分采样，这样在图像预处理的时候就可以得到一定的压缩率。在压缩和解压缩的过程中，必须将RGB颜色模式与YCrCb颜色模式进行相互转化^[6]。