实验四 图像编码实验——霍夫曼编码、香农-弗诺编码及行程编码

实验四图像编码实验——霍夫曼编码、香农-弗诺编码及行程编码一、实验条件

PC机数字图像处理实验教学软件大量样图

二、实验目的

1、熟悉图像霍夫曼编码和香农-弗诺编码的基本原理，了解编程实现的具体

步骤，观察编码表，比较编码效率；

2、熟悉图像行程编码的的基本原理，了解PCX文件的结构及利用行程编解

码实现PCX文件存取的具体过程，比较编码前后的图像；

3、了解LZW编解码、GIF文件结构和预测DPCM编解码的基本原理，观察

图像编解码效果。

三、实验原理

1、霍夫曼编码和香农-弗诺编码的基本原理及编程实现步骤

关于霍夫曼编码和香农-弗诺编码的基本原理可以查阅实验系统中的相关文字说明，这里只介绍编程实现的程序流程图，以霍夫曼编码为例：

2、行程编码的的基本原理及PCX文件的结构

行程编码（Run Length Coding，RLC）的原理非常简单：将图像每行中灰度值相同的相邻象素用一个计数值和该灰度值来代替。例如：aaaabbccccd，可以表示为4a2b4c1d。如果图像中存在大面积灰度值相同的区域，那么采用行程编码的效率是惊人的，但是如果图像中每个相邻点的灰度值各不相同，此时用行程编码不但不能压缩，反而会使图像数据大幅度增加。

PCX格式文件采用行程编码进行图像压缩。PCX文件结构非常简单，仅分为文件头和图像压缩数据两个部分（如果是256色文件，则还要有一个256色调色板存于文件尾部），本系统涉及的PCX文件包括文件头、图像像据和调色板三部分。PCX文件结构的详细信息可以查阅有关书籍，这里不再赘述。

四、实验内容

霍夫曼编码

香农-弗诺编码

行程编解码及PCX文件存取：从图库中选择图像, 执行图像编码→行程编解码→存为PCX文件, 指定文件名并保存。执行图像编码→行程编解码→读取PCX文件，打开刚刚保存的PCX文件，比较解码图像和原图像, 结合直方图观察解码图像和原图像的差影图像, 分析并说明行程编码的特点, 指出行程编码在什么情况下的压缩效率最高。

LZW编解码及GIF文件存取：从图库中选择灰度图像, 执行图像编码→LZW编解码→存为GIF文件, 指定文件名并保存。执行图像编码→LZW编解码→读取GIF文件，打开刚刚保存的GIF文件，比较解码图像和原图像, 结合直方图观察解码图像和原图像的差影图像, 分析并说明LZW编码的特点, 指出LZW编码在什么情况下的压缩效率最高。

预测DPCM编解码及IMG文件存取：从图库中选择灰度图像, 执行图像编码→DPCM预测编解码→存为IMG文件, 指定文件名并保存。执行图像编码→DPCM预测编解码→读取IMG文件，打开刚刚保存的IMG文件，比较解码图像和原图像, 结合直方图观察解码图像和原图像的差影图像, 分析并说明DPCM 预测编解码的特点, 指出DPCM预测编解码在什么情况下的压缩效率最高。注意：

1、所有实验项目均针对8位BMP灰度图像进行处理；

2、本次实验的重点是霍夫曼编码和香农-弗诺编码，其它编码方法只作一般性了

解。

五、实验步骤

以图像霍夫曼编码和香农-弗诺编码为例说明实验的具体步骤，其它实验项目的步骤与此类似。

1、打开计算机，在系统桌面上双击“数字图像处理实验教学软件系统”的可执

行文件“图象处理”的图标，进入实验系统；

2、执行文件→打开，在OPEN对话框中选择待处理的图像，按【OK】后系统显示

出图像；

3、执行查看→图像基本信息，将显示图像基本信息对话框，如图所示；

4、执行查看→灰度直方图，查看图像的灰度直方图，如图所示；

步骤3示意图步骤4示意图

5、执行图像变换→正交变换→傅立叶变换，查看图像的频率域分布情况，如图

所示；

步骤5示意图

6、执行图像编码→霍夫曼编码表，弹出的对话框显示霍夫曼编码信息，如图所

示；

7、结合霍夫曼编码原理，详细查看分析霍夫曼编码表及图像熵、平均码字长度

和编码效率等信息；

8、执行图像编码→香农-弗诺编码表，弹出的对话框显示香农-弗诺编码信息，如

图所示；

9、结合香农-弗诺编码原理，详细查看分析香农-弗诺编码表及图像熵、平均码字

长度和编码效率等信息；

10、比较霍夫曼编码和香农-弗诺编码的平均码字长度和编码效率等信息。

步骤6示意图步骤8示意图

六、思考题

1、图像行程编码、LZW编码和DPCM预测编码分别在什么情况下压缩效率

最高？

2、本次实验涉及的编码方法中，哪些属于无损编码，哪些属于有损编码？