信源编码技术-作业2-哈夫曼编码

最新推荐文章于 2023-07-18 15:19:16 发布

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本文介绍了使用哈夫曼编码进行图像压缩的实验，包括对原始图像、差值图像的编码以及利用不同码本的编码效果。实验数据显示，对源图像进行哈夫曼编码能有效减小文件大小，差值图像的编码进一步提高了压缩率。此外，利用Sensin图像生成的码本对其他图像进行编码，虽然在某些情况下压缩效果不如自身码本，但展示了码本共享的可能性。

信源编码技术-作业2-哈夫曼编码

1. 哈夫曼编码实验

针对所给的Sena、Sensin和Omaha三幅图像的说明（参见项目readme）：

每张图像均为256x256的灰度图。

Sena	Sensin	Omaha

*使用YUV Player打开源图像，下载地址：https://github.com/latelee/YUVPlayer

针对所给程序命令参数的说明：

1.1 利用自身码本对源图像进行编码

在调试->调试属性->配置属性->调试->命令参数中输入

-i ..\images\sensin.img -o .\out\sensin.huff

编码后文件大小差异如下图所示：

	源图像大小	编码后大小	压缩率
sena	64.0 KB	56.1 KB	87.66 %
sensin	64.0 KB	58.7 KB	91.72 %
omaha	64.0 KB	57.0 KB	89.06 %

1.2 对差值图像进行编码

1）将源图像转换为差值图像

图中每行的第一个像素保留原值，其余像素使用后向差分计算。对差值进行8bit量化，得到的差值图像如下图所示（以sena为例）。

差值图像

DPCM程序

/* Your codes here */
#include <iostream>
#include <fstream>

using namespace std;
#define Width 256
#define Height 256

int main()
{
    // 打开要读入的文件
    ifstream File_in;
    File_in.open("../images/sensin.img", ios::in | ios::binary);
    if (!File_in) {
        cout << "Can't open the input imgage!";
        return 0;
    }

    // 打开要输出的差值文件
    ofstream File_out;
    File_out.open("out/sensin_diff.img", ios::out | ios::binary);
    if (!File_in) {
        cout << "Can't open the output imgage! ";
        return 0;
    }

    unsigned char* grey_buff = NULL;
    unsigned char* diff_buff = NULL;
    grey_buff = new unsigned char[Width * Height];
    diff_buff = new unsigned char[Width * Height];

    // 读入每个像素点的灰度
    File_in.read((char*)grey_buff, Width * Height);

    //第一列直接赋值
    for (int i = 0; i < Width * Height; i = i + Width) {
        diff_buff[i] = grey_buff[i];
    }
    // 其余列求差赋值
    for (int i = 0; i < Height; i++) {
        for (int j = 1; j < Width; j++) {
            int diff = grey_buff[i * Width + j] - grey_buff[i * Width + j - 1];
            // 对差值进行8bit量化
            diff = (int)(diff + 255) / 2.0;
            diff = diff > 255 ? 255 : diff;
            diff = diff < 0 ? 0 : diff;
            // 赋值   
            diff_buff[i * Width + j] = (unsigned char)diff;
        }
    }

    File_out.write((char*)diff_buff, Width * Height);

    File_in.close();
    File_out.close();

    delete[] grey_buff;
    delete[] diff_buff;
	return 0;
}

2）编码

在调试->调试属性->配置属性->调试->命令参数中输入

-i ..\images\sensin_diff.img -o .\out\sensin_diff.huff

编码后文件大小差异如下图所示：

	残差图像大小	残差图像编码后大小	压缩比	源图像压缩-压缩比
sena	64.0 KB	25.2 KB	39.38 %	87.66 %
sensin	64.0 KB	30.1 KB	41.03 %	91.72 %
omaha	64.0 KB	44.6 KB	69.69 %	89.06 %

1.3 利用Sensin图像生成的码本给其他文件进行编码

1）生成码本

在调试->调试属性->配置属性->调试->命令参数中输入

-i ..\images\sensin.img -o .\out\sensin.huff -s .\out\sensin.code

2）编码

在调试->调试属性->配置属性->调试->命令参数中输入

-i ..\images\bookshelf1.img -o .\out\bookshelf1_by_sensin_code.huff -c .\out\sensin.code

	源图像大小	编码后大小（自身码本）	编码后大小（sensin码本）
bookshelf1	64.0 KB	59.5 KB	70.8 KB
sena	64.0 KB	25.2 KB	59.2 KB

利用sensin码本编码的文件大小远高于利用自身码本编码的文件大小。