VC图象的深层开发软件设计与实现
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密 惠 保
摘要
本论文主要介绍了JPEG的编码和解码过程。该程序的编码部分能把一张BMP格式的图象进行JEPG编码，压缩成以二进制形式保存的文件；通过相应的解码程序又可以把图象解压缩出来。在图象传送过程中，我们经常采用JPEG格式对静态图象进行编码。JPEG基本系统是一种有损编码，无法完全恢复出原图象，信息有一定的丢失，称为有损压缩。尽管我们希望能够无损压缩，但是通常有损压缩的压缩比(即原图象占的字节数与压缩后图象占的字节数之比，压缩比越大，说明压缩效率越高)比无损压缩的高。JPEG编码先把图象色彩RBG变成亮度Y和色度Cr、Cb，它利用人的视觉对色度不敏感的特点，减少一部分色度数据，以达到压缩。
JPEG采取多种编码方式，包含有行程编码(Run Length Coding)和哈夫曼(Huffman)编码，有很高的压缩比。在编码前，先对数据进行分块，离散余弦变换（DCT）及量化，保留能量大的低频信号，丢弃高频信号以达到压缩。解码时，进行熵解码，反量化，反离散余弦变换（IDCT）。
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关键字：JPEG;有损压缩;行程编码;哈夫曼编码
第一章 绪论1.1 研究的动机和目的
信息时代，人们对使用计算机获取信息、处理信息的依赖性越来越高。计算机系统面临的是数值、文字、语言、音乐、图形、动画、静图像、电视视频图像等多种媒体。数字化的视频和音频信号的数量之大是惊人的，对于电视画面的分辨率640×480的彩色图像，30帧/s，则一秒钟的数据量为：640×480×24×30＝
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大数据量的图像信息会给存储器的存储容量，通信干线信道的带宽，以及计算机的处理速度增加极大的压力。单纯靠增加存储器容量，提高信道带宽以及计算机的处理速度等方法来解决这个问题是不现实的，这时就要考虑压缩。
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1.2 研究的背景
随着多媒体技术的快速发展，静止图像的应用越来越广泛。它的应用主要集中在图像的存储和图像的传输两方面，从具体应用中我们可以发现静止图像占用了越来越多的资源。在这样的背景条件下，静止图像的压缩成为了一个研究的热点。
目前静止图像的压缩算法以JPEG（JointPhotographicExpertsGroup）和JPEG2000为主。
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JPEG是第一个被广泛接受的单色和彩色静止图像压缩标准，它的名字源于“Joint Photographic Experts Group(联合图像专家组)”，它是由ISO/和CCITT协同工作的机构，这个机构的工作成果是ISO的国际标准ISO/IEC10918-1（连续色调静止图像的数字压缩和编码，digital compression and coding of continuous tone still images）和ITU-T的建议T.81。JPEG标准草案于1991年公布，1992年正式批准为国际标准，以后这个工作组的进一步增强和扩展形成了ISO 10918-3和ITU-T建议T.81。
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JPEG是一种采用预测编码(DPCM)、离散余弦变换(DCT)以及熵编码，以去除冗余的图像和彩色数据的有损压缩格式，能够将图像压缩在很小的储存空间，图像中重复或不重要的资料会被丢失，因此容易造成图像数据的损伤。尤其是使用过高的压缩比例，将使最终解压缩后恢复的图像质量明显降低，如果追求高品质图像，不宜采用过高压缩比例。但是JPEG压缩技术十分先进，它用有损压缩方式去除冗余的图像数据，在获得极高的压缩率的同时能展现十分丰富生动的图像，也即可以用最少的磁盘空间得到较好的图像品质。而且 JPEG是一种很灵活的格式，具有调节图像质量的功能，允许用不同的压缩比例对文件进行压缩，支持多种压缩级别，压缩比率通常在10：1到40：1之间，压缩比越大，品质就越低；相反地，压缩比越小，品质就越好。比如可以把1．37Mb的BMP位图文件压缩至20．3KB。当然也可以在图像质量和文件尺寸之间找到平衡点。JPEG格式压缩的主要是高频信息，对色彩的信息保留较好，适合应用于互联网，可减少图像的传输时间，可以支持24bit真彩色，也普遍应用于需要连续色调的图像。
第二章 图像压缩理论基础及开发流程2.1 图像压缩
压缩的理论基础是信息论。从信息论的角度来看，压缩就是去掉信息中的冗余，即保留不确定的信息，去掉确定的信息(可推知的)，也就是用一种更接近信息本质的描述来代替原有冗余的描述。这个本质的东西就是信息量(即不确定因素)。
压缩可分为两大类：第一类压缩过程是可逆的，也就是说，从压缩后的图象能够完全恢复出原来的图象，信息没有任何丢失，称为无损压缩；第二类压缩过程是不可逆的，无法完全恢复出原图象，信息有一定的丢失，称为有损压缩。选择哪一类压缩，要折中考虑，尽管我们希望能够无损压缩，但是通常有损压缩的压缩比(即原图象占的字节数与压缩后图象占的字节数之比，压缩比越大，说明压缩效率越高)比无损压缩的高。
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图象压缩一般通过改变图象的表示方式来达到，因此压缩和编码是分不开的。图象压缩的主要应用是图象信息的传输和存储，可广泛地应用于广播电视、电视会议、计算机通讯、传真、多媒体系统、医学图象、卫星图象等领域。
第三章 需求分析3.1 需求分析的任务
通过需求分析要确立软件设计的任务，即系统要实现的功能，进而划分出实现特定功能的模块。然后将其有机的结合起来，即构成了可以实现特定功能的目标系统。
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3.2 系统功能分析
1)从BMP格式图像的文件中(未压缩)读出图像，并能显示。
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[资料来源：http://think58.com]2)将BMP图像数据以JPEG标准压缩，保存为*.JPG文件。
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3)要求能读出jpg文件，并显示在界面上。
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3.3 系统需求分析的步骤
1)需求获取：由于社会的发展对时间和空间的追求，需要对在信息交流中扮演重要角色的图像进行压缩。
2)需求提炼, 分析建模：即建立常用的控制流图、状态转换图、类对象关系及行为图。
3)需求描述：编写SRS-软件需求规格说明书。
4)需求验证。
3.4 系统功能模块设计
根据系统功能的要求，可将系统分解成几个功能模块来分别设计，功能流程图如下。JPEG的压缩原理其实上面介绍的那些原理的综合，博采众家之长，这也正是JPEG有高压缩比的原因。其编码器的流程如下。
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