数据压缩实验报告

实验一常见压缩软件的使用

一、实验目的

使用一些常见的压缩软件，对数据压缩的概念、分类、技术和标准形成初步的认识和理解。

二、实验要求

1．认真阅读实验指导书，按实验步骤完成实验内容。

2．实验过程中注意思考实验提出的问题，并通过实验解释这些问题。

3．通过实验达到实验目的。

三、实验环境

计算机硬件：CPU处理速度1GHz以上，内存258M以上，硬盘10G以上

软件：Windows操作系统2000或XP。

四、实验内容

1．使用WinZip或WinRAR两种压缩软件分别对文本文件(.txt,.doc)、程序源代码文件(.c)、数据文件(.dat)、二进制目标代码文件(.obj)、图像文件(.bmp)、音频文件(.wav)和视频文件(.avi,.wmv)进行压缩，分别计算出压缩率，判断这两种压缩软件采用的是可逆压缩还是不可以压缩，猜测其可能用到了那些压缩（编码）技术？

2．使用jpegimager、TAK和BADAK分别进行图像、音频和视频的压缩，体验其压缩效果。3．使用bcl程序对文本文件、程序源代码文件、数据文件、二进制目标代码文件、图像文件等进行多种统计编码技术的压缩，包括香农-费诺(shannon-fano)编码、霍夫曼(huffman)编码、游程编码rle、字典编码lz等，记录每种压缩方法对不同类型文件的压缩效果并进行比较，结合所学知识，解释其中的原因。

五、实验步骤

1、下载并打开WinZip和WinRAR两种压缩软件

2、分别新建两个文档：qqjj.winzip 和winrar。添加所要压缩的文件：文本文件(.txt,.doc)、程序源代码文件(.c)、数据文件(.dat)、二进制目标代码文件(.obj)、图像文件(.bmp)、音频文件(.wav)和视频文件(.avi,.wmv)进行压缩，如图所示：

3、WinZip压缩软件可以直接看出各文件的压缩率，而winrar压缩软件不能直接看出各文件的压缩率，要在winrar压缩软件的屏幕上只显示一个压缩文件时，右健该压缩文件，点击显示信息方可看到该压缩文件的压缩率。例如black的压缩率，如图所示：

用类似的方法可以看到其它文件的压缩率。Microsoft.txt为48%,outline.doc为18%,shannonfano.c为25%,,shannonfano.obj为39%,tu.bmp为1%,star.wav为95%,clock.avi 六、实验结论

WinZip和WinRAR两种压缩软件采用的是可逆压缩，WinRAR是通过牺牲压缩效率来增强压缩比的！winzip在现有压缩文件里再添加文件比WINRAR更快。追求速度选WINZIP，追求功能选WINRAR 。

七、实验总结

通过这次实验，懂得使用一些常见的压缩软件，对数据压缩的概念、分类、技术和标准形成初步的认识和理解。以及体会到一些常用压缩软件的优势。

实验二、霍夫曼编解码

一、实验目的

1．掌握r元Huffman编码的方法；

2．了解Huffman编码效率及冗余度的计算；

3、了解用matlab实现Huffman编码的方法。

二、实验要求

掌握了解霍夫曼编码的原理和过程

三、实验内容（叙述操作过程，提交主要程序段）

打开软件。输入以下程序，保存运行即可得到实验结论。

function [h,l]=huffman(p)

p=[0.1 0.3 0.05 0.09 0.21 0.25];

if (length(find(p<0))~=0)

error('Not a prob,negative component');

end

if (abs(sum(p)-1)>10e-10)

error('Not a prob.vector,component do not add to 1')

end

n=length(p);

q=p;

m=zeros(n-1,n);

for i=1:n-1

[q,l]=sort(q); %对q排序，排序结果存放在q中，元素位置存放在l中

m(i,:)=[l(1:n-i+1),zeros(1,i-1)];

q=[q(1)+q(2),q(3:n),1];

end

for i=1:n-1

c(i,:)=blanks(n*n);

end

c(n-1,n)='0'; %c存放编码，开始编码

c(n-1,2*n)='1'; %先设置第一次的两个分支，2*n是为了拉开每个编码的距离，以便观看，可查看c的变化

for i=2:n-1 %继续编码

c(n-i,1:n-1)=c(n-i+1,n*(find(m(n-i+1,:)==1))...

-(n-2):n*(find(m(n-i+1,:)==1)));

c(n-i,n)='0';

c(n-i,n+1:2*n-1)=c(n-i,1:n-1);

c(n-i,2*n)='1';

for j=1:i-1

c(n-i,(j+1)*n+1:(j+2)*n)=c(n-i+1,...

n*(find(m(n-i+1,:)==j+1)-1)+1:n*find(m(n-i+1,:)==j+1));

end

end

for i=1:n %将最终的编码放在h中，ll存放每位的编码长度

h(i,1:n)=c(1,n*(find(m(1,:)==i)-1)+1:find(m(1,:)==i)*n);

ll(i)=length(find(abs(h(i,:))~=32));

end

l=sum(p.*ll); %计算平均码长

r元（r=3）霍夫曼编码参考程序：

clear

p=[0.1 0.3 0.05 0.09 0.21 0.25];

r=3;

N=length(p);

q=[p(1:N),zeros(1,ceil((N-r)/(r-1))*(r-1)+r-N)];

n=length(q);

A=(n-r)/(r-1)+1;

m=zeros(A,n);

for i=1:A

[q,l]=sort(q);

m(i,:)=[l(1:n-2*(i-1)),zeros(1,2*(i-1))];

q=[sum(q(1:r)),q(r+1:n),ones(1,r-1)];

end

for i=1:A

c(i,:)=blanks(n*n);

end

c(A,n)='0';

c(A,2*n)='1';

c(A,3*n)='2';

for i=1:(A-1)

c(A-i,1:n-1)=c(A-i+1,n*(find(m(A-i+1,:)==1))...

-(n-2):n*(find(m(A-i+1,:)==1)));

c(A-i,n)='0';

c(A-i,n+1:2*n-1)=c(A-i,1:n-1);

c(A-i,2*n)='1';

c(A-i,2*n+1:3*n-1)=c(A-i,1:n-1);

c(A-i,3*n)='2';

for j=1:2*i

c(A-i,(j+2)*n+1:(j+3)*n)=c(A-i+1,n*(find(m(A-i+1,:)...

==j+1)-1)+1:n*find(m(A-i+1,:)==j+1));

end

end

for i=1:N

h(i,1:n)=c(1,n*(find(m(1,:)==i)-1)+1:find(m(1,:)==i)*n)

ll(i)=length(find(abs(h(i,:))~=32))

end

H=-sum(p.*log2(p))

l=sum(p.*ll)

Q=H/(l*log2(r))

四、实验结论

h =

20

ll =

2

h =

20

1

ll =

2 1

h =

20

1

211

ll =

2 1 3

h =

20

1

211

212

ll =

2 1

3 3

h =

20

1

211

212

22

ll =

2 1

3 3 2

h =

20

1

211

212

22

ll =

2 1

3 3 2 1

H =

2.3549

l =

1.5900

Q =

0.9344

五、实验总结

掌握r元Huffman编码的方法；了解Huffman编码效率及冗余度的计算和用matlab实现Huffman编码的方法。

实验三附加、MATLAB的图像操作

一、实验目的

1掌握MATLAB的常规操作以及对图像的操作；

2掌握MATLAB的基本编程。

二、实验要求

了解掌握MATLAB

三、实验内容（叙述操作过程，提交主要程序段）

打开MATLAB，输入以下程序，把相关图片放入C盘中，修改相应的后缀各，运行即可得出实验结论。

2、显示有格式图像lenna.bmp

i1=imread('c:\dpcm.jpg'); %注意图片放置的位置，是否固定？

i1=rgb2gray(i1); %有什么作用？

i1=imcrop(i1,[20 20 160 160]); %有何作用？区域是否可以改变？剪切后得到的矩形的尺寸一般和设定的区域是不一样的，要包括周围的像素点，所以一般会比设定的区域要大，可观察一下m,n值

I=double(i1);

[m,n]=size(i);

p=zeros(m,n);%存放预测值

y=zeros(m,n);%存放差值

y(1:m,1)=i(1:m,1);

p(1:m,1)=i(1:m,1);

y(1,1:n)=i(1,1:n);

p(1,1:n)=i(1,1:n);

y(1:m,n)=i(1:m,n);

p(1:m,n)=i(1:m,n);

p(m,1:n)=i(m,1:n);

y(m,1:n)=i(m,1:n);%以上语句是何用途？

for k=2:m-1;

for s=2:n-1;

y(k,s)=(i(k,s-1)/2+i(k-1,s)/4+i(k-1,s-1)/8+i(k-1,s+1)/8);

p(k,s)=round(i(k,s)-y(k,s));

end

end

p=round(p);

subplot(3,2,1),imshow(i1);title('原灰度图像');

subplot(3,2,2),imshow(y,[0 256]);title('利用相邻块线性预测后的图像');

subplot(3,2,3),imshow(abs(p),[0 1]);title('编码的绝对残差图像');

j=zeros(m,n);

j(1:m,1)=y(1:m,1);

j(1,1:n)=y(1,1:n);

j(1:m,n)=y(1:m,n);

j(m,1:n)=y(m,1:n);

for k=2:m-1;

for s=2:n-1;

j(k,s)=p(k,s)+y(k,s);

end

end

for r=1:m

for t=1:n

d(r,t)=round(i(r,t)-j(r,t));

end

end

subplot(3,2,4),imshow(abs(p),[0 1]);title('解码用的残差图像');

subplot(3,2,5),imshow(j,[0 256]);title('使用残差和线性预测重建后的图像'); subplot(3,2,6),imshow(abs(d),[0 1]);title('解码重建后图像的误差');

四、实验结论

五、实验总结

通过这次实验，熟悉了MATLAB软件的操作环境并掌握了MATLAB的常规操作以及对图像的操作；还掌握了MATLAB的基本编程。