測控技術(shù)畢業(yè)論文開題報告

時間：2021-04-12 17:57:22 開題報告我要投稿

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　　1課題的意義：

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　　隨著現(xiàn)代信息社會對通信業(yè)務(wù)要求的不斷增長,圖像通信與通信網(wǎng)容量的矛盾日益突出。特別是具有龐大數(shù)據(jù)量的數(shù)字圖像通信,更難以傳輸與存儲,極大地制約了圖像通信的發(fā)展,已成為圖像通信發(fā)展中的“瓶頸”問題[1]。圖像壓縮編碼的目的就是要以盡量少的比特數(shù)表征圖像,同時保持復原圖像的質(zhì)量,使它符合特定應(yīng)用場合的要求。

　　視頻測井系統(tǒng)則是采用視頻的手段獲取井下的信息，為了減少實時傳輸?shù)膱D像信息量，需要對圖像進行壓縮。而圖像壓縮算法就是在一定的逼真度的要求下盡可能使用最少的代碼比特數(shù)來表達圖像，以壓縮圖像的儲存量，擴大傳輸容量，提高傳輸速度，從圖像處理的研究中可以看到圖像的象點之間有很大的相關(guān)性，因此它有很大的冗余性可以進行壓縮。為此進行圖像的編碼與壓縮具有很大的潛力。數(shù)字圖像壓縮不但在傳輸上有其重要性，而且在圖像數(shù)據(jù)的存方面也越來越顯出其重要性[2]。尤其是在視頻測井中，它獲取的信息量非常大，測每一口井都要尋取成百上千的圖片，每張圖片為1024*1024個像素，每個像素6到8 bit，這些圖像數(shù)據(jù)要保存幾年供單位索取轉(zhuǎn)錄。如果能壓縮一半，就可以少造一棟樓房，少用一半磁帶，具有很大的經(jīng)濟價值。當然信息量盡可能少丟失。

　　圖像信息壓縮的可能性存在于圖像本身之中，其中，明顯可以利用的一點是圖像各像素點之間的相關(guān)性。由于圖像總是對一些物體的再現(xiàn)，而物體上的各像素的灰度值之間有著極大的相關(guān)性。如果把這些像素之間的關(guān)系信息提取出來，以一定的方法加以清除，那就可以壓縮總的信息量。從統(tǒng)計的觀點來說各像素之間的灰度分布遠非獨立的，圖像的這種壓縮的潛力是很大的，當前所采用的各種壓縮方法離壓縮的.極限還很遠。挖掘這種潛力將會給圖像的傳輸和儲存帶來極大的方便。而挖掘這種潛力最常用的方法是JPEG2000和JPEG，JPEG2000和JPEG相比優(yōu)勢明顯，且向下兼容，因此可取代傳統(tǒng)的JPEG格式因而可以被更廣泛的應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)、彩色拷貝、打印、掃描、數(shù)字攝影、遙感、醫(yī)學圖像、數(shù)字圖書館、數(shù)字存檔以及移動圖像通信等領(lǐng)域。

　　2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀：

　　2.1圖像壓縮的發(fā)展史

　　1948年提出電視信號數(shù)字化后，圖像壓縮編碼的研究工作就宣告開始了。在這項技術(shù)發(fā)展的早期，限于客觀條件，僅對幀內(nèi)預測法和亞取樣內(nèi)查復原法進行研究，對視覺特性也做了一些極為有限但可貴的研究工作。1966年J.B.O Neal對比分析了DPCM和PCM并提出了用于電視的實驗數(shù)據(jù)。1969年進行了線性預測編碼的實際實驗。1969年舉行首屆圖像編碼會議。70年代開始進行了幀間預測編碼的研究。80年代開始對運動估值和模型編碼進行研究。進入90年代，ITU-T和ISO制定了一系列圖像編碼國際建議，如H.261、JPEG、MPEG-1、H.262、H.263、MPEG-4等。變換編碼是1968年H.C.Andrews等人提出的，采用的是二維離散傅立葉變換，此后相繼出現(xiàn)用其他變換方法的變換編碼，其中包括二維離散余弦變換。雖然jpeg有很多優(yōu)點，但是其他的數(shù)據(jù)格式也有他們各自的優(yōu)點。比如說如果要打印圖像，特別是打印高質(zhì)量的圖像，TIFF格式是更為合適的選擇[3]。

　　JPEG壓縮技術(shù)可以說是所有圖像壓縮技術(shù)的基礎(chǔ)。如MJPEG(Motion JPEG)就是在JPEG基礎(chǔ)發(fā)展起來的動態(tài)圖像壓縮技術(shù)，它只單獨的對某一幀進行壓縮，而基本不考慮視頻流中不同幀之間的變化。使得可獲取清晰度很高的視頻圖像，而且可靈活設(shè)置每路的視頻清晰度和壓縮幀數(shù)。其壓縮后的畫面還可任意剪接。但它的缺陷也非常明顯，其一，丟幀現(xiàn)象嚴重、實時性差，在保證每路都必須是高清晰的前提下，很難完成實時壓縮;其二，壓縮效率低，存儲占用空間較大。后來又出現(xiàn)了多層式JPEG(ML-JPEG)壓縮技術(shù)，它采取漸層式技術(shù)，先傳輸?shù)徒馕龅膱D檔，然后再補送更細節(jié)的壓縮資料，使畫面品質(zhì)改善。這種方式所需的時間雖然與原先的方式一樣。但由于可以先看到畫面，所以使用者會覺得這種方式較好。

　　而在靜止圖像壓縮中，還有其他不少的標準正在發(fā)展。如微軟今年3月份透露，該公司不久將向國際標準組織提交一個新的圖片格式，并表示其新格式可以提供更高的圖像質(zhì)量和更好的壓縮能力，即HD Photo格式[4]。微軟希望能用它的格式來取代現(xiàn)在通用的JPEG格式。微軟稱，HD Photo簡潔的運算法則可以減少圖像在壓縮過程中受到的損失，即便圖片大小僅有JPEG的一半，也將具有更高的質(zhì)量。這種格式此外還能夠同時支持“無損”和“有損”兩種圖片數(shù)據(jù)壓縮方法，這兩種方法可以對圖像質(zhì)量的產(chǎn)生不同的效果。微軟稱，HD Photo可以對色平衡和曝光設(shè)置進行調(diào)節(jié)，且不會像發(fā)生其它位圖格式經(jīng)常遇到的數(shù)據(jù)丟失或減少現(xiàn)象。無論HD是否可以取代JPEG，而JPEG在數(shù)字圖像壓縮發(fā)展中所做出的貢獻是舉足重輕的

　　經(jīng)過幾十年的發(fā)展，圖像編碼技術(shù)業(yè)已成熟，一些國際建議的制定極大地推動了圖像編碼技術(shù)的實現(xiàn)和產(chǎn)業(yè)化，從而推動圖像編碼技術(shù)以更快的速度發(fā)展，目前的研究方向有兩個： 1.更好地實現(xiàn)現(xiàn)有的圖像編碼國際建議研制出集成度更高、性能更好的圖像編碼專用芯片，使編碼系統(tǒng)成本更低、可靠性更高。解決好現(xiàn)有的圖像編碼系統(tǒng)開發(fā)中的技術(shù)問題。例如：提高圖像質(zhì)量、提高抗碼能力等。 2.對圖像編碼理論和其他圖像編碼方法的研究目前已經(jīng)提出和正在進行研究的圖像編碼方法有：多分辨率編碼、基于表面描述的編碼、模型編碼、利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的編碼、利用分形幾何的編碼、利用數(shù)學形態(tài)學的編碼等等。目前靜止圖像的壓縮算法以JPEG(Joint Photographic Experts Group)和JPEG2000為主。

　　JPEG是第一個被廣泛接受的單色和彩色靜止圖像壓縮標準，它的名字源于“Joint Photographic Experts Group(聯(lián)合圖像專家組)”，它是由ISO/和CCITT協(xié)同工作的機構(gòu)，這個機構(gòu)的工作成果是ISO的國際標準ISO/IEC10918-1(連續(xù)色調(diào)靜止圖像的數(shù)字壓縮和編碼，digital compression and coding of continuous tone still images)和ITU-T的建議T.81。JPEG標準草案于1991年公布，1992年正式批準為國際標準，以后這個工作組的進一步增強和擴展形成了ISO 10918-3和ITU-T建議T.81。

　　JPEG的核心算法是DCT變換編碼，其壓縮性能基本反映了20世紀80年代末圖像壓縮的技術(shù)水平。但自從JPEG制定后的近10年，許多更有效的圖像壓縮技術(shù)已經(jīng)得到發(fā)展，如小波變換方法、分形方法、區(qū)域劃分方法等。其中，發(fā)展最成熟和性能及通用性最好的靜止圖像壓縮方法是小波變換方法[5]。正因如此，制定了第二代靜止圖像壓縮標準，即JPEG2000，它的核心技術(shù)正是小波變換編碼。其核心編解碼器采用小波變換、算術(shù)編碼及嵌入式分層組織，較以往的靜止圖像壓縮標準復雜，它在同一個碼流中實現(xiàn)了無損和有損壓縮、分辨率和信噪比的累進性以及隨機訪問等優(yōu)良特性。JPEG2000作為JPEG的升級版，其壓縮率比JPEG高約30%左右，同時支持有損和無損壓縮[6]。JPEG2000格式有一個極其重要的特征在于它能實現(xiàn)漸進傳輸，即先傳輸圖像的輪廓，然后逐步傳輸數(shù)據(jù)，不斷提高圖像質(zhì)量，讓圖像由朦朧到清晰顯示。此外，JPEG2000還支持所謂的"感興趣區(qū)域" 特性，可以任意指定影像上感興趣區(qū)域的壓縮質(zhì)量，還可以選擇指定的部分先解壓縮。

　　3、研究內(nèi)容：

　　3.1撰寫合理通順的開題報告一份;

　　3.2翻譯1.5萬字符的英文資料;

　　3.3學習MALAB圖像處理軟件和JPEG圖像壓縮算法

　　3.4主要設(shè)計研究內(nèi)容及關(guān)鍵技術(shù)

　　JPEG壓縮格式是目前圖像處理領(lǐng)域里面用得最廣泛的一種圖像壓縮方式，本畢業(yè)設(shè)計將進行就JPEG標準對測井圖像進行編、解碼的研究。主要內(nèi)容包括：

　　A.從BMP格式圖像的文件中(未壓縮)讀出圖像，并能顯示。

　　B.將BMP圖像數(shù)據(jù)以JPEG標準壓縮，保存為*.JPG文件。

　　C.要求能讀出jpg文件，并顯示在界面上其中，JPEG的壓縮實現(xiàn)主要分成四個步驟：

　　a.顏色模式轉(zhuǎn)換及采樣;

　　b.DCT變換(離散余弦變換);

　　c.量化;

　　d.編碼(有算術(shù)編碼和霍夫曼編碼兩種，這里采用霍夫曼編碼)。

　　4.所采用的方法、手段以及步驟：

　　本設(shè)計擬采用MATLAB來實現(xiàn)。程序?qū)崿F(xiàn)的各個步驟如下：

　　4.1、讀取測井的BMP圖像信息，獲取圖像行像素和列像素數(shù)值。從Cimage類中可得到Width(圖像寬度)和hight(圖像高度)的數(shù)值。

　　4.2、得到Pwidth*Phight后便得知BMP圖像的像素點大小，而數(shù)據(jù)矩陣(三基色，RGB矩陣)的大小是Pwidth*Phight*3，因為每一個像素點都含有RGB三個數(shù)據(jù)，我們要處理的是數(shù)據(jù)矩陣而不是像素點矩陣。所以，新建數(shù)組的大小是(Pwidth*3)*Phight。

　　4.3、接下來，把這一個矩陣(包含BGR)拆分成三個獨立的B、G、R矩陣，得到三個新的矩陣(只包含B的矩陣，只包含G的矩陣，只包含R的矩陣)，簡稱為B矩陣、G矩陣、R矩陣(大小為Pwidth*Phight)，用程序?qū)崿F(xiàn)拆分，只要依次取原矩陣的第1、4、7、10、13......個資料即得到B矩陣，依次讀取第2、5、8、11......個數(shù)據(jù)即得到G矩陣，依次讀第3、6、9、12......個資料即得到R矩陣。得到B、G、R矩陣后再利用顏色轉(zhuǎn)換公式很容易就可得到Y(jié)CbCr矩陣。

　　4.4、進行二維DCT變換

　　4.5、量化

　　讀取Y矩陣中第一個8*8塊，與量化系數(shù)矩陣中對應(yīng)的相乘，得到的值覆蓋回原矩陣，然后做第二個8*8塊，一直到做完全部8*8塊，然后做CbCr矩陣的量化，用另外一個系數(shù)矩陣。

　　4.6、“之”字形掃描

　　4.7、霍夫曼編碼

　　霍夫曼編碼時必須判斷一個個DC(AC)的值，以及轉(zhuǎn)換成二進制代碼后的碼長，再去對照霍夫曼編碼表進行編碼，比如對一個DC值編碼，首先得先判斷該DC的值在哪段范圍內(nèi)，在某一段范圍內(nèi)的數(shù)值，其二進制代碼長相等。并要讓程序知道該DC的值到底為多少，然后才能進行編碼。

　　4.8、壓縮過程完成以后，接下去要做的工作便是碼串存貯。

　　5.階段進度計劃：

　　第1-3周：開題報告及翻譯(三周)

　　第4-6周：學習論文相關(guān)知識(三周)

　　第7-8周：設(shè)計流程圖(二周)

　　第9-12周：各模塊程序(三周)

　　第13-15周：完整程序及報告(三周)

　　第16周：打印版報告(一周)

　　6.參考的有關(guān)文獻和書籍:

　　[1]趙立初,施鵬飛,俞勇,周煦潼.模板圖像匹配中的亞像元定位新方法[J].紅外與毫米波學報，1999,23(5):11-23.

　　[2]張家田, 嚴正國, 胡長嶺, 馬虎山.井下視頻成像測井技術(shù)[N].儀器儀表學報，2007,28(4):32.

　　[3]劉直芳，王運瓊，朱敏.數(shù)字圖像處理與分析[M].北京：清華大學出版社，2006:116-143.