《信息论与信源编码》实验报告 - 图文

《信息论与信源编码》实验报告

1、实验目的

(1) 理解信源编码的基本原理； (2) 熟练掌握Huffman编码的方法；

(3) 理解无失真信源编码和限失真编码方法在实际图像信源编码应用中的差异。

2、实验设备与软件

(1) PC计算机系统

(2) VC++6.0语言编程环境

(3) 基于VC++6.0的图像处理实验基本程序框架imageprocessing_S (4) 常用图像浏览编辑软件Acdsee和数据压缩软件winrar。 (5) 实验所需要的bmp格式图像（灰度图象若干幅）

3、实验内容与步骤

(1) 针对“图像1.bmp”、“图像2.bmp”和“图像3.bmp”进行灰度频率统计（即计算图像灰度直方图），在此基础上添加函数代码构造Huffman码表，针对图像数据进行Huffman编码，观察和分析不同图像信源的编码效率和压缩比。

(2) 利用图像处理软件Acdsee将“图像1.bmp”、“图像2.bmp”和“图像3.bmp”转换为质量因子为10、50、90的JPG格式图像（共生成9幅JPG图像），比较图像格式转换前后数据量的差异，比较不同品质因素对图像质量的影响；

(3) 数据压缩软件winrar将“图像1.bmp”、“图像2.bmp”和“图像3.bmp”分别生成压缩包文件，观察和分析压缩前后数据量的差异；

(4) 针对任意一幅图像，比较原始BMP图像数据量、Huffman编码后的数据量（不含码表）、品质因素分别为10、50、90时的JPG文件数据量和rar压缩包的数据量，分析不同编码方案下图像数据量变化的原因。

4、 实验结果及分析

(1)在VC环境下，添加代码构造Huffman编码表，对比试验结果如下： a.图像1.bmp：

图1 图像1.bmp

图像的像素点个数共640×480个，原图像大小为301KB，图像信息熵为5.92bit/符号，通过Huffman编码后，其编码后的平均码长为5.960码元/信源符号，编码效率为99.468%，编码后的图像大小为228.871KB，压缩比为1.342。

b.图像2.bmp：

图2 图像2.bmp

图像的像素点个数共640×480个，原图像大小为301KB，图像信息熵为4.410bit/符号，通过Huffman编码后，其编码后的平均码长为4.444码元/信源符号，编码效率为99.237%，编码后的图像大小为170.634KB，压缩比为1.800。

c.图像3.bmp：

图3 图像3.bmp

图像的像素点个数共640×480个，原图像大小为301KB，图像信息熵为6.709bit/符号，通过Huffman编码后，其编码后的平均码长为6.734码元/信源符号，编码效率为99.628%，编码后的图像大小为258.572KB，压缩比为1.188。 (2)Acdsee处理图像结果对比

a.图像1.bmp

利用Acdsee处理，质量因子分别取10、50、90，所得结果如下所示：

图4.原始BMP图像（301KB） 图5.质量因子为10的JPEG图像(34KB)

图6.质量因子为50的JPEG图像(52KB) 图7.质量因子为90的JPEG图像(141KB)

b.图像2.bmp

利用Acdsee处理，质量因子分别取10、50、90，所得结果如下所示：

图8.原始BMP图像（301KB） 图9.质量因子为10的JPEG图像(32KB)

图10.质量因子为50的JPEG图像(48KB)图11.质量因子为90的JPEG图像(113KB)

c.图像3.bmp

利用Acdsee处理，质量因子分别取10、50、90，所得结果如下所示：

图12.原始BMP图像（301KB） 图13.质量因子为10的JPEG图像(47KB)

图14.质量因子为50的JPEG图像(52KB)图15.质量因子为90的JPEG图像(113KB)

通过人眼对这3组图进行观察对比，每组图像几乎一样，觉察不出有什么不同，但是将这3组幅图像的大小进行对比可以发现BMP格式的图片数据量最大，JPEG格式的图片数据量都比较小，其中质量因子越小，大小也越小，这正是限失真信源编码的基本应用，实现了高效的数据压缩，。

(3)用winrar压缩三幅图像

通过winrar压缩压缩这三幅图像，压缩后文件大小分别为147KB、123KB、217KB，数据压缩比为2.06、2.46、1.39。

因为这三幅图像的熵不一样，也就是说灰度直方图也不一样，这也代表了三副图的可压缩的程度，熵越小，可压缩的程度越大，其中图像2的熵最小，灰度分布最不均匀，所以压缩比最大。图像3的熵最大，灰度分布比较均匀，所以压缩比最小。

(4)数据量对比 针对第一幅图：

原始BMP图像数据量：301KB Huffman编码后的数据量（不含码表）:229KB 品质因素分别为10、50、90时的JPG文件数据量:32KB,54KB,141KB rar压缩包的数据量:147KB

从中可以看出JPG的压缩程度最大，RAR次之，Huffman编码最小 分析：

a.Huffman编码采用统计编码

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