实验四——DPCM编码

一.实验原理

    DPCM是差分预测编码调制的缩写，是比较典型的系统。在DPCM系统中，需要注意的是预测器的输入是已经解码以后的样本。之所以不用原始值来做预测，是因为在解码端无法得到原始样本，只能用存在误差的解码之后的数据，因此DPCM编码器中实际内嵌了一个解码器。
    在一个 DPCM系统中，有两个因素需要设计：预测器 和量化。理想情况下系统中，预测器和量化采取联合优化的方式。而在实际的系统中采用的是次优方式：分别进行线性预测器和量化器的优化设计。

    信源的相邻符号通常是相关的，预测编码就是利用信源相邻符合之间的相关性来进行压缩，根据某一模型利用以往的样本值对新样本进行预测，然后将样本的实际值与其预测值相减得到一个误差值，最后对这一误差值进行编码，如果模型足够好，且样本序列在时间上相关性较强，则误差信号的幅度将远远小于原始信号，从而得到较大的数据压缩。

二.实验框图

虚线方框中的内容就为编码器中内嵌的解码器。

三.DPCM+量化使信号产生的三种失真

（1）粒状噪声（Granular noise）：平坦区域的随机噪声

对于小信号的量化区间过于大了，减小小信号的量化区间可以解决此类的问题，一般采用的是非均匀量化或者是压缩扩张法，即所谓的“小信号细量化，大信号粗量化”。

（2）Edge busyness：抖动的边缘

平坦区向斜率过载区过渡产生的信号失真。
（3）斜率过载（Slope overload）：边缘模糊

信号的量化区间过于小了，需要增大信号的量化区间。

四.代码分析

main主函数

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <malloc.h>
#include <math.h>
#include "dpcm.h"
#include <windows.h>


#define u_int8_t	unsigned __int8
#define u_int		unsigned __int32
#define u_int32_t	unsigned __int32

#pragma pack(1)
	BITMAPFILEHEADER File_header;
	BITMAPINFOHEADER Info_header;
	long frameWidth ;			/* --width=<uint> */
	long frameHeight ;		/* --height=<uint> */

unsigned char rectify(unsigned char x)
	{
		if (x<0) x=0;
		if (x>255) x=255;
		return x;
	}

int BMP2YUV(char *url,char *url_out1,char *url_out2,int num)
{
	
	FILE *bmpFile=NULL;
	FILE *pFile=NULL;//存储重建图像值
	FILE *eFile=NULL;//存储差值
	bool flip = TRUE;/* --flip */
	unsigned int i;
	unsigned char* bmpBuf = NULL;
	unsigned char* pBuf = NULL;//存储重建图像值
	//int eBuf;
	unsigned char* eBuf_p = NULL;//存储差值
	unsigned char* yBuf = NULL;//仅对亮度进行预测编码
	unsigned char* uBuf = NULL;
	unsigned char* vBuf = NULL;
	u_int32_t videoFramesWritten = 0;
	bmpFile=fopen(url,"rb+");
	pFile=fopen(url_out1,"wb+");
	eFile=fopen(url_out2,"wb+");
	//判断文件头是否读取正确
	  if(fread(&File_header,sizeof(BITMAPFILEHEADER),1,bmpFile) != 1)
	{
		printf("read file header error!");
		exit(0);
	}
	  //判断是否为bmp文件
	if (File_header.bfType != 0x4D42)
	{
		printf("Not bmp file!");
		exit(0);
	}
	else
	{	printf("this is a bmp\n");
	}
	//判断信息头是否读取正确
if(fread(&Info_header,sizeof(BITMAPINFOHEADER),1,bmpFile) != 1)
	{	
		printf("read info header error!");
		exit(0);
	}
	//	end read header

	//判断长宽高是否读取正确，并赋值
	if (((Info_header.biWidth/8*Info_header.biBitCount)%4) == 0)
		frameWidth= Info_header.biWidth;
	else
		frameWidth = (Info_header.biWidth*Info_header.biBitCount+31)/32*4;
	if ((Info_header.biHeight%2) == 0)
		frameHeight = Info_header.biHeight;
	else
		frameHeight = Info_header.biHeight + 1;
	printf("The width is %d\n",frameWidth);
	printf("The height is %d\n",frameHeight);
	/* open the BMP file */
	if (bmpFile == NULL)
	{
		printf("cannot find bmp file\n");
		exit(1);
	}
	else
	{
		printf("The input bmp file is open\n"/*, bmpFileName*/);
	}

	/* open the pfile */
	if (pFile == NULL)
	{
		printf("cannot find p file\n");
		exit(1);
	}
	else
	{
		printf("The out