DCT圖像壓縮及LabVIEW實現

闞鈺淇，徐熙平

（長春理工大學 光電工程學院，吉林 長春 130000）

現今社會是一個科技與信息高速發展的時代，人們廣泛應用圖像來記錄數據并存儲信息。隨著互聯網以及多媒體的飛速發展，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據傳遞盡可能多的圖像信息的過程成為了重要的研究內容[1]。

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

1 離散余弦變換

離散余弦變換（DCT）與傅里葉變化相關，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的形式，然后進行二維傅里葉變換，最終結果僅包含余弦項[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，系數經常為零，并且人眼對其失真的敏感度較低，因此，經常通過量化而舍去。然后，對余下的數據量進行進一步減少，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]。圖像壓縮流程結構圖如圖1所示[6]。

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

3 LabVIEW程序實現

本設計采用LabVIEW軟件編程實現圖像壓縮的算法。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構，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，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，它為所選圖像開辟一個緩沖區，接著，通過IMAQ ReadFile函數讀取一幅圖像，再應用IMAQ ImageToArray函數將該圖像信息轉化成相應的數組，最終將此二維數組傳遞到While循環中的事件結構里，進行下一步的操作。對于程序中的事件結構，共包括三層：第一層用到了兩個重要函數，分別為image dct. vi以及image idct. vi，它們為程序功能的核心，作用是圖像的DCT變換以及DCT反變換，是程序運行的關鍵。在第二層及第三層事件結構中，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

第二層順序結構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，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系數以及恢復的圖像，如圖5所示。從結果可以看出，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量[8]。

5 結 論

DCT算法易于實現，而LabVIEW軟件編程又簡單易懂，操作靈活，具備個性化設置的優勢，因此，該設計可以廣泛應用在工業、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 實驗結果Fig. 5 Experiment result

[1] 羅晨. 基于DCT的圖像壓縮及MATLAB實現[J].電子設計工程,2011,19(18):168-170.LUO Chen.The realization of Matlab by image coding compression algorithm on DCT[J].Electronic Design Engineering, 2011,19(18):168-170.

[2] 沈潔，杜宇人，殷玲玲,等. 基于DCT變換的圖像壓縮技術研究[J].信息技術,2006,(10):133-134.SHEN Jie,DU Yu-ren,YIN Ling-ling,et al. Research on technique of image compression based on DCT[J].Information Technology, 2006,(10):133-134.

[3] 羅建國. 基于DCT算法變換的圖像壓縮技術研究[J].科技廣場,2008:119-120.LUO Jian-guo.The analysis and implementation of the image compression based on DCT transformation[J].Sience Mosiac,2008:119-120.

[4] 王軍敏，杜豪杰.基于DCT的圖像壓縮算法及快速實現[J].平頂山學院學報,2012,27(2):65-69.WANG Jun-min,DU Hao-jie. Image compression algorithm based on DCT and fast implementation[J].Journal of Pingdingshan University, 2012,27(2):65-69.

[5] 徐小明. 基于DCT變換的彩色的圖像壓縮應用研究[J].宜春學院學報,2010,32(8):15-16.XU Xiao-ming. Research on application of image compression based on DCT[J].Journal of Yichun College,2010,32(8):15-16.

[6] 趙蔚，郭樹旭. DCT壓縮域圖像數據處理[J].吉林大學自然科學學報,2001,(4):64-68.ZHAO Wei,GUO Shu-xu.Image processing in DCT compressed domain[J].Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Jilinensis,2001,(4):64-68.

[7] 陳樹學，劉萱.LabVIEW寶典[M].北京：電子工業出版社，2011.

[8] 吳術路. 基于DCT的JPEG圖像壓縮及實現[J].青海師范大學學報,2010(3),39-41.WU Shu-lu.DCT-based JPEG image compression and implementation[J].Journal of Qinghai Normal University:Natural Science,2010(3);39-41.