彩色图像3D-DCT的熵编码方法研究
数字图像处理题目和部分答案
1~4早1. 什么是数字图像？与模拟图像相比最主要的差别是什么？2. 什么是像素？3. Matlab图像工具箱支持的4中类型图像分别是？请简要说明各类图像的特点。
4. 什么是直方图规定化？与直方图均衡化相比有什么差别？5. 什么是线性空间滤波？滤波掩模的最小尺寸一般是多少？6. 若DFT变换后的频率矩形M*N大小为16*16，坐标从（1,1）算起，请指明该频率矩形的中心点位置；若坐标从（0，0）算起，则该频率矩形中心点位置为？7.8.假定一幅大小为64*64，灰度级为8级的图像，其灰度级分布如下表，完成对其直方图数据计算，并对9. 编程：请使用线性和非线性两种空间滤波器对大小为512*512的double类图像’moon.tif '进行滤波，要求如下：线性滤波：读入图像，并显示；生成滤波器，采用相关滤波，边界采用镜像反射填充，滤波器大小为15*15，考虑采用均值滤波；显示滤波以后的图像。
非线性滤波：读入图像，并显示；采用中值滤波器，边界采用镜像反射填充；显示滤波以后的图像。
10. 编程：读入并显示图像’chest.tif '计算其频谱，并将其低频移至频率矩形中心，显示其频谱，显示傅里叶反变换后的图像；采用巴特沃思高通型高频强化滤波器对其进行锐化，其中巴特沃思高通滤波器D0为源图像垂直尺寸的8%，高频强调时参数为偏移量a=0.8,乘数b=1.5。
显示滤波后的图像及其频谱；将高频强调滤波后的图像做直方图均衡化，显示均衡化后的图像。
11. 编程：把图像chest.tif的宽度尺寸缩小为原来的1/2,计算并显示其直方图和频谱，频谱采用动态压缩范围的方式显示。
12. 哪些Matlab函数可以获得图像的行列数目？如何获得图像的负片？写出 2种Matlab 实现方法。
线性空间滤波掩模的大小一般都取奇数，这种说法对吗？图像的能量主要几种在低频区域，高频区域的能量很少，这种说法对吗 ？ 几幅不同内容的灰度图像可以同时对应到同一灰度直方图中，这种说法对吗？ 图像的灰度直方图值描述图像个灰度级出现的频次，并不描述个灰度级在图像中的位置， 这种说法对吗？请说明直方图均衡化与直方图规定化的异同点。
图像编码中的矩阵变换方法解析(二)
图像编码是数字图像处理中的重要内容，它涉及到如何将图像的信息以最小的存储空间进行传输和存储。
在图像编码中，矩阵变换方法是一种常用的技术，它通过对图像的像素值进行变换，实现降低图像冗余、提高编码效率的目的。
本文将从图像编码的基本原理入手，分析矩阵变换方法的实现及其优缺点。
1. 图像编码基本原理图像编码的核心思想是利用图像中存在的冗余性，将图像信息转换为一组更加紧凑的数据表示。
冗余分为三类：空间冗余、光谱冗余和心理冗余。
空间冗余是指图像中邻近像素的相关性，光谱冗余是指彩色图像中不同色彩分量的相关性，心理冗余是指由于人类视觉系统的特性而引入的冗余。
矩阵变换方法就是基于这些冗余性质，对图像进行变换，进而提取并压缩图像信息。
2. 矩阵变换方法的实现矩阵变换方法中最典型的是离散余弦变换（Discrete Cosine Transform，DCT）。
DCT将图像划分为多个块，并对每个块进行频域变换。
通过将主要能量集中在低频部分，可以有效地减少高频噪声的影响，并实现对图像信息的压缩。
除了DCT，还有其他矩阵变换方法，如离散小波变换（Discrete Wavelet Transform，DWT）、离散傅里叶变换（Discrete Fourier Transform，DFT）等。
这些方法基于不同的数学基础和变换方式，可以选择最适合特定应用场景的矩阵变换方法。
3. 矩阵变换方法的优缺点矩阵变换方法在图像编码中具有以下优点：(1) 压缩效率高：矩阵变换方法能实现对图像信息的高效压缩，减少存储空间和传输带宽的占用。
(2) 抗噪性好：由于矩阵变换方法将主要能量集中在低频部分，可以有效地降低高频噪声对图像质量的影响。
(3) 适应性强：采用不同的矩阵变换方法可以适应不同类型的图像，实现更好的编码效果。
然而，矩阵变换方法也存在一些缺点：(1) 计算复杂度高：由于需要对图像的每一个块进行变换，矩阵变换方法的计算复杂度较高，在实时编码和解码中可能存在困难。
基于YCbCr色彩空间和DCT的彩色图像水印算法
基于YCbCr色彩空间和DCT的彩色图像水印算法
李柳;杨卫民
【期刊名称】《电脑与信息技术》
【年(卷),期】2016(024)001
【摘要】数字水印技术正逐渐成为多媒体商保护版权的一种有用途径.提出了一种基于DCT变换和YCbCr彩色空间的彩色图像水印算法.首先将彩色图像由一般的RGB空间变换到YCbCr空间,其次对Y分量进行分块DCT变换,计算每块的噪声阈值,根据阀值调整每块选取的两个中频系数的大小,最后把经过Arnold置乱加密的二值水印图像嵌入.在提取水印时,一般不需要用到原始图像.实验结果表明,该算法对JPEG压缩、裁剪、加噪、图像增强的攻击具有较强的抵抗性以及具有较好的透明性和较强的稳健性.
【总页数】4页(P10-13)
【作者】李柳;杨卫民
【作者单位】中南林业科技大学计算机与信息工程学院,长沙410004;中南林业科技大学计算机与信息工程学院,长沙410004
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.41
【相关文献】
1.基于YIQ色彩空间的彩色图像盲水印算法 [J], 苏庆堂;刘贤喜
2.基于YCbCr颜色空间的二维DCT彩色图像数字水印实用技术 [J], 凌贺飞;卢正
鼎;杨双远
3.基于DCT-DQFT变换和QR分解的彩色图像盲水印算法 [J], 马玲;覃亮成
4.基于Arnold置乱和DCT变换的彩色图像水印算法 [J], 冯和平;王宽方;李翠翠
5.基于DWT-DCT-SVD的彩色图像零水印算法 [J], 江泽涛;陈微
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Huffman编码在数据压缩中的实际应用案例
Huffman编码在数据压缩中的实际应用案例Huffman编码是一种常用的数据压缩算法，它通过利用字符出现频率的统计信息，将出现频率较高的字符用较短的编码表示，从而实现数据的高效压缩。
本文将介绍Huffman编码在实际应用中的各种案例。
1. 文本文件压缩文本文件是最常见的需要进行压缩的数据类型之一。
Huffman编码可以通过分析文本中出现的字符及其频率，为每个字符生成唯一的编码。
根据字符出现的频率不同，生成的编码长度也不同，使得出现频率较高的字符可以用更短的编码表示，从而实现对文本文件的有效压缩。
例如，一个包含大量英文字符的文本文件，使用Huffman编码可以将每个字符表示为一个较短的二进制序列，从而极大地减少文件大小。
2. 图像压缩图像是另一个常见的需要进行压缩的数据类型。
Huffman编码在图像压缩中的应用主要体现在色彩编码上。
对于彩色图像，Huffman编码可以将不同的颜色值映射为不同的二进制序列，使得出现频率较高的颜色可以用较短的编码表示。
通过使用Huffman编码，可以将图像文件压缩为更小的文件大小，而且在解压缩时能够恢复高质量的图像。
3. 音频压缩音频文件的压缩通常是有损压缩，即通过减少音频数据的冗余和不重要的部分来实现压缩。
Huffman编码可以用于对音频信号进行压缩编码，特别是在语音文件压缩中应用广泛。
通过对语音中的音频信号进行采样和量化，并使用Huffman编码对采样后的数据进行压缩，可以显著减少语音文件的大小。
这在电信领域中被广泛应用于语音通信和存储。
4. 视频压缩类似于音频压缩，视频压缩也是有损压缩的一种形式。
在视频压缩中，Huffman编码常常与其他压缩算法（如离散余弦变换或小波变换）结合使用，以进一步减小文件大小。
Huffman编码可以用于对视频中的图像帧进行编码，从而减少文件大小并提高传输和储存效率。
例如，在MPEG标准中，Huffman编码被用于对DCT变换后的视频图像进行熵编码，以实现高效的视频压缩。
数字图像处理及应用（MATLAB）第1章习题答案
第一章：习题与思考题参考答案1-1 什么是数字图像? 数字图像处理有哪些特点?数字图像是将连续的模拟图像经过离散化处理后变成计算机能够辨识的点阵图像。
数字图像处理具有以下特点：（1）处理精度高，再现性好。
（2）易于控制处理效果。
（3）处理的多样性。
（4）数字图像中各个像素间的相关性大，压缩的潜力很大。
（5）图像数据量庞大。
(6) 占用的频带较宽。
(7) 图像质量评价受主观因素的影响。
（8）图像处理技术综合性强。
1-2 数字图像处理的目的及主要内容。
一般而言，对图像进行处理主要有以下三个方面的目的(1) 提高图像的视感质量，以达到赏心悦目的目的。
(2) 提取图像中所包含的某些特征或特殊信息，以便于计算机分析。
(3) 对图像数据进行变换、编码和压缩，以便于图像的存储和传输。
数字图像处理的主要研究内容：根据其主要的处理流程与处理目标大致可以分为图像信息的描述、图像信息的处理、图像信息的分析、图像信息的编码以及图像信息的显示等几个方面。
如：图像数字化、图像增强、图像几何变换、图像复原、图像重建、图像隐藏、图像正交变换、图像编码、图像分析等。
1-3 数字图像处理的主要应用图像处理技术广泛用于众多的科学与工程领域，主要有：（1）生物医学领域中的应用（2）工业应用（3）遥感航天中的应用（4）军事、公安领域中的应用（5）其他应用，例如：图像的远距离通信；多媒体计算机系统及应用；服装试穿显示；办公自动化、现场视频管理1-4 在理想情况下获得一幅数字图像时，采样和量化间隔越小，图像的画面效果越好，当一幅图像的数据量被限定在一个范围内时，如何考虑图像的采样和量化使得图像的质量尽可能好。
一般，当限定数字图像的大小时, 为了得到质量较好的图像可采用如下原则： （1）对缓变的图像，应该细量化，粗采样，以避免假轮廓。
（2）对细节丰富的图像，应细采样，粗量化，以避免模糊（混叠）。
1-5 想想在你的工作和生活中，遇见过哪些数字化设备?它们的主要用途是什么?主要有以下几种数字化设备：(1) 图像采集卡通常图像采集卡安装于计算机主板扩展槽中，通过主机发出指令，将某一帧图像静止在存储通道中，即采集或捕获一帧图像，然后可对图像进行处理或存盘。
dct的工作原理
dct的工作原理
离散余弦变换（Discrete Cosine Transform，DCT）是一种数学
变换方法，将一个离散序列转换为一组离散余弦系数。
DCT
的工作原理如下：
1. 分割输入序列：将要处理的离散序列分成较小的块，在图像处理中通常为8x8的块。
每个块类似于图像的一个小区域。
2. 对每个块进行预处理：对每个块应用预处理步骤，常见的预处理方法包括零均值化（将块的平均值设为0）和级联块（将
块按行或列拼接成一个大的序列）。
3. 应用DCT：对每个块应用离散余弦变换。
DCT将块中的原
始像素值转换为一组频域系数，表示在不同频率上的能量分布。
4. 量化：将DCT系数进行量化处理。
量化是将连续数值转换
为离散数值的过程，通过将系数舍入到最接近的离散数值，达到压缩数据的目的。
较大的系数表示较高的频率成分，较小的系数表示较低的频率成分。
5. 压缩：对量化后的系数进行压缩处理。
压缩方法通常包括零值编码（将系数为0的部分省略），熵编码（将系数的频次进行编码），以及其他可选的压缩算法。
6. 逆量化：对压缩后的系数进行逆量化，将离散的系数转换回连续的近似值。
7. 逆DCT：对逆量化得到的系数应用逆离散余弦变换，恢复原始块的像素值。
8. 重组：将所有重建的块重新组合成完整的序列。
通过DCT，可以将一个较大的图像序列压缩为更小的表示，减少存储空间和传输带宽的需求。
同时，由于对高频成分的较高量化精度，DCT还可以提供一定程度的信号压缩，去除图像中的一些细节信息，从而达到图像压缩的目的。
图像编码中的颜色量化方法研究(三)
图像编码中的颜色量化方法研究随着数字图像处理技术的飞速发展，图像编码领域也取得了重大突破。
而图像编码中的颜色量化方法则是其中的关键环节。
本文将从理论和实践两个方面出发，探讨图像编码中的颜色量化方法的研究。
一、颜色量化方法的理论基础颜色量化方法是将连续的颜色空间进行离散化，将无限个颜色值映射到有限的颜色集合中。
在图像编码中，我们通常使用RGB颜色模型来表示图像。
RGB颜色模型通过组合红（R）、绿（G）、蓝（B）三个原色的不同亮度和饱和度来表示色彩。
在颜色量化方法的研究中，最常用的方法之一是K-Means聚类算法。
该算法将样本点分为K个簇，使得簇内的样本点之间的差距最小化。
在图像编码中，我们可以将像素看作是样本点，将颜色值看作是样本点的特征向量。
通过K-Means算法，我们可以将图像中的颜色值进行聚类，实现颜色的离散化。
二、颜色量化方法的实践应用颜色量化方法在图像编码中有着广泛的应用。
其中最典型的应用就是在图像压缩中。
在压缩图像时，我们通常需要减小图像的数据量，降低图像的细节损失。
而颜色量化方法可以通过减少每个像素的颜色值的位数来实现图像的压缩。
通过减少颜色的位数，可以有效降低图像的数据量，从而达到压缩图像的目的。
此外，颜色量化方法还可以应用在图像检索、图像识别等领域。
在图像检索中，我们可以提取图像的颜色特征，将其进行量化后，再进行相似度的计算，从而实现对图像的检索。
在图像识别中，我们可以使用颜色量化方法来提取图像的颜色特征，从而实现对图像的分类和识别。
三、颜色量化方法的进一步研究尽管颜色量化方法已经在图像编码中取得了重要的应用，但仍然存在一些问题亟待解决。
首先，当前的颜色量化方法缺乏对颜色分布的合理建模。
在实际图像中，不同颜色的分布并不均匀。
因此，在量化过程中，我们需要考虑颜色的分布情况，以便更好地保留图像的细节信息。
其次，当前的颜色量化方法往往只考虑了颜色之间的欧氏距离，而忽略了颜色之间的感知距离。
图像编码中的熵编码方法详解(一)
图像编码是一门关于将图像数据进行压缩和编码的技术。
熵编码是图像编码中常用的一种方法，其通过统计图像数据中的统计特性，将出现频率较高的像素值编码为较短的二进制码，而出现频率较低的像素值编码为较长的二进制码，从而达到压缩图像数据的目的。
本文将详细介绍熵编码的原理和常见的熵编码方法。
一、熵编码的原理熵编码的原理基于信息论中的熵概念，熵是度量信息量的一个指标，表示一个随机变量平均需要多少信息来表示。
在图像编码中，熵即为图像数据中的不确定性或不规律性，熵越高，图像数据的复杂度越大。
熵编码的目标是利用统计特性将出现频率较高的像素编码为较短的码字，而出现频率较低的像素编码为较长的码字。
这样一来，出现频率较高的像素值编码后的二进制码的长度较短，从而达到压缩图像数据的目的。
二、哈夫曼编码哈夫曼编码是最常见的一种熵编码方法，它通过构建一颗哈夫曼树来实现编码。
首先，统计图像中每个像素值的出现频率，然后构建一颗哈夫曼树。
在哈夫曼树中，出现频率较高的像素值编码为较短的码字，而出现频率较低的像素值编码为较长的码字。
最后，根据构建好的哈夫曼树，对图像数据进行编码。
三、算术编码算术编码也是一种常用的熵编码方法，它将整个图像看作一个整体，通过将图像中的每个像素值产生的条件概率进行累乘，得到整个图像的条件概率。
然后，根据条件概率对图像数据进行编码，编码时通过二分搜索来确定编码的区间。
四、自适应编码自适应编码是一种逐行或逐列扫描整个图像进行编码的方法。
在自适应编码中，每次编码一个像素值，然后根据编码结果来更新编码表，使得出现频率较高的像素值编码为较短的二进制码。
自适应编码的优点是适应性强，可以根据图像的统计特性动态地调整编码结果。
五、总结熵编码是图像编码中的一种重要方法，通过统计图像数据的统计特性，将出现频率较高的像素值编码为较短的码字，从而达到压缩图像数据的目的。
常见的熵编码方法包括哈夫曼编码、算术编码和自适应编码等。
不同的熵编码方法适用于不同的图像数据特性和编码需求，选择合适的编码方法可以提高图像的压缩率。
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出 了基 于 （ Ｒ ｕ ｎ Ｌ ｅ ｖ ｅ １ ． Ｌ ｅ ｖ ｅ １ ） 的 统 计 性 进 行 熵 编 码 的 改 进算法（ Ｉ Ｒ Ｌ — Ｅ Ｃ ） 。该 算 法 有 许 多 优 点 ： 易 于理 解 、 码 表
开销适中 、 编码形式与 Ｒ Ｌ — Ｅ Ｃ相似 。 另外 ， 还根据扫描
杨树 嫒 ． 纪 朝凤
（ 新 疆农 业 大 学计 算 机 与信 息工 程学 院 ， 乌鲁木齐 ８ ３ ０ ０ ５ ２ ）
摘要 ：
在彩色图像 的三维离 散余 弦变换压缩体系 中 ．交流 系数游 程编码 后存在大量 的长零游 程 ，传 统的 Ｊ Ｐ Ｅ Ｇ基于 （ Ｒ ｕ ｎ ，
ｋｖ ｅ １ ） 统计 进行熵编码 ， 压缩性能较 差 ； 通过对交 流系数分 布的研究 ， 提 出基于 （ Ｒ ｕ ｎ Ｌ ｅ ｖ ｅ ｌ ， Ｌ ｅ ｖ ｅ １ ） 的联合 概率分布进 行熵编码 的改进方法 ， 该 方法码表简单 ． 且可直接 复用 Ｊ Ｐ Ｅ Ｇ码 表 ， 有很大潜力应用于更 高维 的视频 图像变换压缩 领 域。 另外 ， 根据非零 系数 的分布 特点 和编码效率分析 ， 对密集 区和疏散 区域采用不 同的编码方法 。 实验结果表明 ， 在相
法 编码 器 的 ， 在３ Ｄ — Ｄ Ｃ Ｔ中 ， 存 在一 个新 问题 ： 游 程 编 码后． 出现 更 多 的 长 零 游 程 ． 并 且游程 长度 大于 １ ５的 非 常普 遍 。针 对 这 一 问 题 ． Ｆ ｒ ｙ ｚ ａ ［ ５ １ 将Ｊ Ｅ Ｐ Ｇ 中 的 码 表 进 行 了扩展 ： 对于游程长度 大于 １ ５的零 游 程 ． 邹Ｉ ｑ 创 建 了
幅大 小 为 Ｍｘ Ｎ 的 彩 色 图 像 ．它 是 由 Ｍｘ Ｎ 大 小
的 Ｒ、 Ｇ、 Ｂ三种颜色分量 的灰度 图像组 成 ， 则彩 色图像
的三维建模如 图 １ 所示 ． 沿着 ｘ 轴 的 方 向为 高 度 维 ． 沿
ｖ轴方 向为宽度 维 ． 沿 ｚ 轴 方 向为 帧维 ， 则可 以得 到一 个 Ｍｘ Ｎ ｘ ３的关于彩色图像像 素值的三维模型 。 类似于
后 非 零 系 数 分 布 的 不 均 匀 性 ．对 不 同 区域 的 采 用 不 同
的 编 码 方 法
Ｒ ｕ ｎ指 的 是 连 续 零 系 数 的长 度 ． Ｌ ｅ ｖ ｅ ｌ 是 非 零 系 数 幅 值
的数量级 。关于 Ｒ Ｌ — Ｅ Ｃ的改进算法 ， 国 内外 已经进 行
了 大 量研 究 。 针 对 连 续 的非 零 系 数 进 行 编 码 时 ． 码 流 长
曼 熵 编码 （ Ｅ ｎ ｔ ｒ ｏ ｐ ｙ Ｃ ｏ ｄ ｉ ｎ ｇ ， Ｅ Ｃ） ， 即 ＲＬ — Ｅ Ｃ方 法 ， 这 里
表都太大 了 很 显 然 ．改 变 编 码 模 型 是 解 决 问 题 的 关
键 。因 此 ， 在 彩 色 图像 的 ３ Ｄ — Ｄ Ｃ Ｔ压 缩 系 统 中 ， 本 文 提
同的 Ｐ Ｓ Ｎ Ｒ下 ． 较Ｊ Ｅ Ｐ Ｇ基 线 标 准 有 １ １ ％的码 流节 省
关键词 ：
游程编码 ； 熵 编码 ； ３ Ｄ — Ｄ Ｃ Ｔ ；图像 压 缩
０ 引 言
在 彩 色 图像 压 缩 领 域 ．三 维 离 散 余 弦 变 换 （ ｒ ｒ ｈ ｒ ｅ ｅ
Ｄｉ ｍｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｄ ｉ ｓ ｃ ｒ ｅ ｔ ｅ Ｃ ｏ ｓ ｉ ｎ ｅ Ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｏ ｒ ｍ， ３ Ｄ— ＤＣ Ｔ） 被 认
１ 彩 色 图像 的 ３ Ｄ — Ｄ Ｃ Ｔ压 缩 系统 介绍
１ ． １ 彩 色图像 的 三 维 建模 和 分 块
一
度将 会增加 的问题 ． Ｔ ｉ ａ ｎ提 出 了将 非零 Ａ Ｃ系 数 的密 集 区和疏散 区进行 不同编码 的思路翻 ： 基 于当扫描位置
不 同 时 ．系 数 分 布 的概 率 统 计 模 型 也 是 不 同 的 现 象 ． Ｌ ａ ｋ ｈ ａ ｎ ｉ 提 出了一种建立最优 霍夫曼码表 的方法１ ３ １ 。跟 传 统 的单 上 下 文模 型 相 比 。姜 提 出 了一 种 基 于 联 合 上 下 文模 型 的新 方 法 Ｉ ４ １ 上 文 中 的熵 编 码 方 法 都 是适 用 于 基 于 ２ Ｄ — Ｄ Ｃ Ｔ算
的色空间转换方法 ， 以此消除色空间冗余 。 Ｊ Ｐ Ｅ Ｇ对交 流 （ Ａ ｌ ｔ ｅ ｒ ｎ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ Ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ． Ａ Ｃ ） 系 数 编 码 的 主 要方 法是 ： 首先 进行 游程 编 码 （ Ｒ ｕ ｎ ｅｎ Ｌ ｇ ｔ ｈ Ｃ ｏ ｄ ｉ ｎ ｇ ， Ｒ Ｌ Ｃ ） ， 然后 将 游 程 编 码 后 的 （ Ｒ ｕ ｎ ， ｅｖ Ｌ ｅ １ ） 数 对 进 行 霍 夫
Ｊ Ｐ Ｅ Ｇ． 为 了减 少 计 算 量 ， 提高编解码速度 ， 将 Ｍ ｘ Ｎ ｘ ３的
＠ 现 代 计 算 机 ２ ０ １ ５ ． ０ ５ 中
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文章编号 ： １ ０ ０ ７ — １ ４ ２ ３ （ ２ ０ １ ５ ） １ ４ — ０ ０ ６ ￣ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ７ — １ ４ ２ ３ ． ２ ０ １ ５ ． １ ４ ． ０ １ ５
彩色 图像 ３ Ｄ — Ｄ Ｃ Ｔ的熵 编码方法研 究
一
为是 运动补 偿 的替 代技 术『 ｌ １ ． 它利用 Ｒ Ｇ Ｂ三 帧 的相 关
性（ 例 如 相 同 的纹 理 和 相 同的 灰 度 、 梯度 ） ， 采 用 沿 着 帧
个 额外的码表对其进行编码 ： 但是． 这 两 种 方 法 的 码
方 向的一 维 Ｄ Ｃ Ｔ的方 法 ． 来替代传统 图像压缩 标准 中