DCT圖像壓縮及LabVIEW實現(xiàn)

闞鈺淇，徐熙平

（長春理工大學 光電工程學院，吉林 長春 130000）

現(xiàn)今社會是一個科技與信息高速發(fā)展的時代，人們廣泛應用圖像來記錄數(shù)據(jù)并存儲信息。隨著互聯(lián)網(wǎng)以及多媒體的飛速發(fā)展，在傳遞圖像信息時不僅希望能提高它的便捷性、高效性與實時性，同時還希望盡可能地保證質(zhì)量，以達到以較小的比特率以及較小的空間傳輸圖像的目的。于是，圖像壓縮這個用最小數(shù)據(jù)傳遞盡可能多的圖像信息的過程成為了重要的研究內(nèi)容[1]。

本文主要依據(jù)的是離散余弦變換（DCT），它是一種有損壓縮編碼技術(shù)，由于它是實數(shù)域的余弦變換，所以計算速度較快[2]。而軟件開發(fā)平臺選擇虛擬儀器LabVIEW，這種圖形化編程語言有助于程序設計，而且調(diào)試過程簡單，編程周期短，適合應用在圖像壓縮環(huán)節(jié)中。

1 離散余弦變換

離散余弦變換（DCT）與傅里葉變化相關(guān)，相當于長度大概兩倍的離散傅里葉變換[3]。之所以稱之為離散余弦變換，是因為它采用圖像邊界褶翻將圖像變換成偶函數(shù)的形式，然后進行二維傅里葉變換，最終結(jié)果僅包含余弦項[4]。二維離散余弦變換的公式為：

反之，二維離散余弦反變換的公式為：

式中，x, y, u, v=0、1、2…N-1.

2 DCT圖像壓縮

在DCT圖像壓縮過程中，先將整體圖像分成8×8像素塊，再對每一個像素塊進行DCT變換，導致低頻分量集中在左上角部分，高頻分量集中在右下角部分。其中，低頻分量包含圖像的主要信息，而高頻分量由于較小，系數(shù)經(jīng)常為零，并且人眼對其失真的敏感度較低，因此，經(jīng)常通過量化而舍去。然后，對余下的數(shù)據(jù)量進行進一步減少，最后，使用無失真編碼來壓縮圖像。解壓縮時，除了解碼與逆量化外，先對每一個壓縮塊做DCT反變換，最后拼接重建，得到一幅完整的圖像[5]。圖像壓縮流程結(jié)構(gòu)圖如圖1所示[6]。

圖1 圖像壓縮流程Fig . 1 Image compression flowsheet

3 LabVIEW程序?qū)崿F(xiàn)

本設計采用LabVIEW軟件編程實現(xiàn)圖像壓縮的算法。其程序圖如圖2所示。

圖2 圖像壓縮程序設計Fig. 2 Image compressing programme design

在此程序中，存在一個兩層的層疊式順序結(jié)構(gòu)，第一層是程序的主要部分，作用是完成圖像的壓縮與重建。如圖2所示，首先是文件對話框函數(shù)，用來打開存儲在任意路徑里的圖像，其中，前面板上有顯示具體路徑及原始圖像的控件。其次是IMAQ Create函數(shù)，它為所選圖像開辟一個緩沖區(qū)，接著，通過IMAQ ReadFile函數(shù)讀取一幅圖像，再應用IMAQ ImageToArray函數(shù)將該圖像信息轉(zhuǎn)化成相應的數(shù)組，最終將此二維數(shù)組傳遞到While循環(huán)中的事件結(jié)構(gòu)里，進行下一步的操作。對于程序中的事件結(jié)構(gòu)，共包括三層：第一層用到了兩個重要函數(shù)，分別為image dct. vi以及image idct. vi，它們?yōu)槌绦蚬δ艿暮诵模饔檬菆D像的DCT變換以及DCT反變換，是程序運行的關(guān)鍵。在第二層及第三層事件結(jié)構(gòu)中，運用模式設置的局部變量、clear or set. vi以及布爾常量，控制圖像壓縮的模式，如圖3所示。

圖3 模式設置程序設計Fig. 3 Modes setting programme design

第二層順序結(jié)構(gòu)主要是用于程序的初始化，一旦按下停止鍵，程序立刻恢復到默認狀態(tài)，強度控件清屏，一切設置均取消[7]。其程序如圖4所示。

4 實驗結(jié)果分析

運行該程序，將一名為hat的圖像載入，并隨機設置模式控件，得到了DCT系數(shù)以及恢復的圖像，如圖5所示。從結(jié)果可以看出，壓縮后的圖像略有失真，但是整體良好。如果將模式設置為全部清除，恢復圖像強度圖將變黑且圖像消失，反之，如果按下全部設置按鈕，恢復圖像效果最好。其中，MSE顯示控件起到誤差說明的作用。應用LabVIEW實現(xiàn)DCT圖像壓縮的方法簡單，編程思路清晰，保證較高的壓縮比，又保證了較好的壓縮質(zhì)量[8]。

5 結(jié) 論

DCT算法易于實現(xiàn)，而LabVIEW軟件編程又簡單易懂，操作靈活，具備個性化設置的優(yōu)勢，因此，該設計可以廣泛應用在工業(yè)、教學以及日常生活中。

圖4 程序初始化設計Fig . 4 Programme initializing design

圖5 實驗結(jié)果Fig. 5 Experiment result

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