1、111本科毕业设计（论文）资料题 目 名 称： 基于小波变换的图像 压缩系统的实现 学 院（部）： 计算机与通信学院 专 业：学 生 姓 名：班 级：指导教师姓名：最终评定成绩：湖南工业大学教务处（2009 届）本科毕业设计（论文）基于小波变换的图像压缩系统的实现学 院（部）： 计算机与通信学院 专 业： 通信工程 学 生 姓 名：班 级：指导教师姓名：最终评定成绩：2009 年 6 月 湖南工业大学本科毕业设计（论文）I毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和
2、致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日 期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 湖南工业
3、大学本科毕业设计（论文）II摘 要随着计算机与数字通信技术的迅速发展,特别是网络和多媒体技术的兴起,大数据量的图像信息会给存储器的存储容量、通信信道的带宽以及计算机的处理速度增加极大的压力。为了解决这个问题,必须进行压缩处理。对图像编码和解码算法的研究,已经受到人们越来越多的关注,图像编码领域已经出现了许多成熟的算法,主要可分为像素编码、预测编码变换编码以及其他方法。近几年来,随着小波变换的成熟,其在图像编码领域的应用越来越突出。本论文主要研究基于小波变换的图像压缩技术,重点论述了图像编码技术部分，对其中的图像编码如差值脉冲编码，预测编码，离散余弦变换以及小波变换做了详细的分析，并详细论述了图
4、像小波压缩模块的设计过程，最后通过实例对一些算法进行了具体的说明，设计了友好的图形用户界面，方便用户观察结果，更好的理解算法，基于小波变换的图像处理工具箱实现系统的主要功能，系统界面友好，交互性强。关键词：图像压缩技术，图像编码, 压缩系统 ,小波变换,图形用户界面湖南工业大学本科毕业设计（论文）IIIABSTRACTWith the rapid development of computer and digital communication technology, large volume image data can bring pressure in the memory capaci
5、ty, bandwidth of communication channel and computer processing speed, to solve the problem, data compress is needed. More and more people pay attention on the study of image code and decode algorithm. Essentially, image code use less symbols to express data information as more as possible with certa
6、in and combination. The field of image coding have been a number of sophisticated algorithms ，it can be divided into pixel coding, predictive coding transform coding, as well as other methods. In recent years, wavelet transform are more and more prominent in the application, with the maturity of ima
7、ge coding.The paper major research emphasis on the image encoding part of the image coding based on wavelet transform image compression technology, such as the difference of pulse coding, predictive coding, discrete cosine transform and wavelet transform analysis in detail and discussed in detail wa
8、velet image compression module of the design process, and finally through the example of the algorithm on some specific details of the design of a friendly graphical user interface, user-friendly observation, a better understanding of algorithms, based on wavelet transform image processing toolbox t
9、o achieve system main function, the system user-friendly, interactive.Keywords: image compression technology，image coding ,compression system，wavelet transform, graphical user Interface湖南工业大学本科毕业设计（论文）IV目录第 1 章 绪论 .11.1 论文研究的背景及意义 .11.2 论文的主要研究工作 .11.3 论文的结构 .2第 2 章 图像压缩编码 .32.1 数字图像 .32.2 图像编码技术 .3
10、2.2.1 图像压缩编码的必要性与可行性 .32.2.2 图像压缩编码的技术指标 .52.2.3 数据压缩方法 .72.3 静态图像压缩编码标准 .112.3.1 JPEG.112.3.2 JPEG 2000.11第 3 章 小波分析理论 .143.1 小波理论的发展 .143.2 小波变换理论 .153.3 多分辨率分析 .17第 4 章 基于小波变换的图像压缩 .184.1 小波图像压缩概述 .184.1.1 小波图像压缩的特点 .184.2 小波图像压缩中小波基的选取 .194.2.1 小波基特征分析 .194.2.2 常用小波函数特征 .214.3 小波基函数选择的原则 .234.4
11、小波变换的特点 .24第 5 章 系统的设计和实现 .255.1 系统的特点和功能 .255.1.1 系统模块的功能设计 .25湖南工业大学本科毕业设计（论文）V5.2 系统的详细设计 .265.2.1 离散余弦变换模块 .265.2.2 小波变换模块 .285.3 系统的具体实现及操作 .30第 6 章 结论和展望 .376.1 结论 .376.2 展望 .37参考文献 .39致 谢 .40湖南工业大学本科毕业设计（论文）1第 1 章 绪论1.1 论文研究的背景及意义在人类所接收到的全部信息中，有 70以上是通过视觉得到的。和语音或文字信息相比，图像包含的信息量更大，更直观、更确切，因而具有
12、更高的使用效率和更广泛的适应性，图像信息的处理、存储和传输在社会生活中的作用越来越突出。然而图像经过采样和量化转换成数字信号后，其数据量的巨大已经成为多媒体技术发展中的一个非常棘手问题。尽管随着科学技术的发展，海量存储技术、处理器的速度以及数字通信系统的性能迅猛发展，但高清晰度数字图像数据量对数据存储的能力和数据传输带宽的需求仍然超出了现有技术的能力。同时，在某些图像通信场合下的传输受客观物理条件的限制，难以扩展。例如在深海勘探中利用水声通信技术的水下视频传输，其水声信息所具有的通信带宽是极其有限的。因此，只有对图像进行编码压缩处理，去除图像中大量的冗余信息，大大地压缩图像的数据量，使其适应数
13、字通信信道和存储介质，才是目前解决这一矛盾的一个切实可行的途径。静态图像编码技术的研究发展，对于动态图像编码技术有很大的借鉴作用，本文的研究集中于静态图像的编码技术。小波变换编码技术是在二十世纪九十年代以后兴起的编码方法。一方面，小波编码拥有传统编码的一些优点，能够很好消除图像数据中的统计冗余。另一方面，小波变换多分辨率的变换特性提供了利用人眼视觉特性的良好机制，而且小波变换后的图像数据能够保持原图像在各种分辨率下的精细结构，为进一步去除图像中其他形式的冗余信息提供了便利。因此，小波图像编码在图像编码领域被非常看好。但目前，基于小波变换的图像编码国际标准尚不十分成熟，相应的由纯硬件实现的小波编
14、码的算法相对于传统的基于 DCT 变换的编码方法来说，算法复杂度和灵活性都要大很多。就算法本身而言，还存在着如何有效组织变换系数，应用人眼视觉特性、选取合适小波基等问题。1.2 论文的主要研究工作图像压缩就是利用图像自身存在的相关性消减图像的各种冗余信息，保留对我们有用的信息。小波变换技术以其良好的时间频率局部特性和与人眼视觉特性相符的湖南工业大学本科毕业设计（论文）2变换机制，在图像压缩领域获得了广泛的应用。本论文的重点旨在利用小波变换去掉某些经过小波变换得到的细节分量值，因为人眼视觉特性，对一些细节不是很敏感，对重构图像也没多大的影响。为此本文通过小波变换的提取图像的细节系数，对其进行量化
15、，进而完成图像的压缩。本文给出了小波变换和 DCT 变换的有效实现方法，并进行了编程试验。 本论文还作了以下工作：简述小波的发展状况和小波变换的优势后，首先介绍了数据压缩基础知识，并简单论述了图像数据压缩的必要性和可能性，讨论了图像压缩分类及图像压缩编码的技术指标；其次从数学分析的角度研究了小波变换的理论基础、特点和性质，介绍了多分辨率分析技术；再次对小波变换在图像压缩中的应用进行了有益的探索，给出了基于小波的图像压缩的具体步骤及其流程图，详细地讨论了小波变换用于图像压缩系统时应考率的几个问题；最后，用了 MATLAB编程实现了一个基于小波变换的图像压缩系统，并对各种小波基的特性进行了分析，在
16、系统中选择了小波变换算法作为的图像编码方法。1.3 论文的结构本文共分 6 章，各章的内容安排如下：第 1 章 绪论。简要阐述了本论文的研究背景、意义、主要工作以及结构安排。第 2 章 介绍图像编码技术。包括数据压缩系统组成、图像编码压缩的必要性、图像编码压缩的可行性、图像编码压缩的技术指标、图像数据压缩的方法，包括统计编码，预测编码，变换编码，子带编码，分形编码，模型基图像编码，块截断编码，神经网络图像编码等。第 3 章 对小波变换理论进行了介绍。包括相关的数学背景、小波编码的流程、小波变换的性质等。第 4 章 基于小波变换的图像压缩。对离散余弦变换（DCT）与离散小波变换（DWT ）分别进
17、行了研究，分析了 DWT 优于 DCT 的原因；并介绍了一些常用的小波基的特征以及小波变换的特点。第 5 章 系统的设计和实现。通过编写程序结合图像界面的设计，把系统设计成友好的图形界面，通过系统的实现，能简单的达到图像压缩功能。第 6 章 总结与展望。对本文的工作进行了总结，并探讨了可以继续深入研究的方向。湖南工业大学本科毕业设计（论文）3第 2 章 图像压缩编码2.1 数字图像图像是自然界景物的客观反映。自然界的图像无论在亮度、色彩，还是空间分布上都是以模拟函数的形式出现的，无法采用数字计算机进行处理、传输和存储。在数字图像领域，将图像看成是由许多大小相同、形状一致的像素(Picture
18、Element 简称 Pixel 组成)用二维矩阵表示。图像的数字化包括取样和量化两个主要步骤。在空间将连续坐标离散化的过程为取样，而进一步将图像的幅度值整数化的过程称为量化。2.2 图像编码技术数据压缩就是以较少的数据量表示信源以原始形式所代表的信息，其目的在于节省存储空间、传输时间、信号频带或发送能量等。其组成系统如图 2.1 所示。过程应尽量保证去除冗余量而不会减少或较少减少信息量，即压缩后的数据要能够完全或在一定的容差内近似恢复。完全恢复被压缩信源信息的方法称为无损压缩或无失真压缩，近似恢复的方法称为有损压缩或有失真压缩。2.2.1 图像压缩编码的必要性与可行性1图像压缩编码的必要性采用数字技术会使信号处理技术性能大为提高，但其数据量的增加也是十分惊人的。图像数据更是多媒体、网络通信等技术重点研究的压缩对象。不加压缩的图像数图 2.1 数据压缩系统组成图信道解码信源解码信宿信道编码信源编码通信线路或存储介质信源
