实验八 数据压缩算法实现-3

数据压缩实验指导书《数据压缩》实验指导书（24学时）实验一图像输入与输出基本操作（2学时）实验二图像预测编码（3学时）实验三图像熵编码与压缩（3学时）实验四图像dct变换编码与压缩（4学时）实验五图像小波变换编码与压缩（4学时）实验六jpeg编解码（4学时）实验七矢量量化图像压缩（4学时）实验一图像输出与输入基本操作一、实验题目：图像输出与输入操作方式二、实验目的自学在matlab环境下对图像文件的i/o操作方式，为加载各种格式的图像文件和后续进行图像处理打下基础。

三、实验内容利用matlab为用户提供的专门函数从图像格式的文件中读/写图像数据、显示图像，以及查询图像文件的信息。

四、预备知识熟识matlab研发环境。

五、实验原理（1）图像文件的加载利用imread函数可以完成图像文件的读取操作。

常用语法格式为：i=imread(‘filename’,‘fmt’)或i=imread(‘filename.fmt’)；其促进作用就是将文件名用字符串filename则表示的、扩展名用字符串fmt（则表示图像文件格式）则表示的图像文件中的数据念至矩阵i中。

当filename中不涵盖任何路径信息时，imread可以从当前工作目录中找寻并加载文件。

必须想要加载选定路径中的图像，最简单的方法就是在filename中输出完备的或相对的地址。

matlab积极支持多种图像文件格式的读、写和显示。

因此参数fmt常用的可能值有：‘bmp’windows图形格式‘jpg’or‘jpeg’联手图像专家组格式‘tif’or‘tiff’标志图像文件格式‘gif’图形互换格式‘pcx’windows画刷格式‘png’可移动网络图形格式‘xwd’xwindowdump格式比如，命令行>>i=imread(‘lena.jpg’);将jpeg图像lena读入图像矩阵i中。

（2）图像文件的写入（保存）利用imwrite顺利完成图像的输入和留存操作方式，也全然积极支持也全然积极支持上述各种图像文件的格式。

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。

C语言中的数据压缩和加密算法数据压缩和加密在计算机领域中起着至关重要的作用。

数据压缩可以帮助我们减少存储空间的占用以及提高数据传输的效率，而数据加密则能够确保数据的安全性和隐私保护。

在C语言中，我们可以利用不同的算法实现数据压缩和加密的功能。

一、数据压缩算法数据压缩算法可以降低数据的体积，减少对存储空间和传输带宽的需求。

下面介绍几种常见的数据压缩算法。

1. 霍夫曼编码（Huffman Encoding）霍夫曼编码是一种可变长度编码方式，通过根据字符出现频率分配不同长度的编码，出现频率较高的字符拥有较短的编码，从而实现对数据的压缩。

在C语言中，我们可以使用树结构来实现霍夫曼编码算法。

2. Lempel-Ziv-Welch压缩（LZW Compression）LZW压缩算法是一种无损压缩算法，它通过建立一个字典来存储已经出现的字符序列，并将序列替换为对应的索引。

随着序列的不断出现，字典也会不断扩充，从而实现对数据的压缩。

在C语言中，我们可以使用哈希表来实现LZW压缩算法。

二、数据加密算法数据加密算法可以将原始数据转换为一种看似无规律的形式，从而保护数据的安全性，防止未经授权的访问和篡改。

下面介绍几种常见的数据加密算法。

1. AES加密算法高级加密标准（AES）是一种对称加密算法，广泛应用于网络通信和数据存储领域。

AES算法基于分组密码结构，采用128、192或256位密钥对数据进行加密和解密。

在C语言中，我们可以使用openssl库中的函数来实现AES算法。

2. RSA加密算法RSA算法是一种非对称加密算法，它基于大数的因数分解难题。

RSA算法使用一对公钥和私钥进行加密和解密，公钥可以公开，而私钥必须保密。

在C语言中，我们可以使用openssl库中的函数来实现RSA算法。

三、应用实例数据压缩和加密在实际应用中有着广泛的应用场景。

例如，在网络传输中，通过对数据进行压缩可以减少带宽的占用，提高数据传输的效率。

桂林理工大学实验报告（2013~ 2014 学年度第一学期）班级: 学号 : 姓名: 实验名称: 实验四图像DCT变换编码与压缩日期: 2013年12月12日一、实验题目:图像DCT变换编码与压缩二、实验目的:（1）掌握离散余弦变换DCT的实现方法, 了解DCT的幅度分布特性, 从而加深对DCT变换的认识。

（2）掌握图像DCT变换编码的实现方法, 从而加深对变换编码压缩图像原理的理解。

三、实验内容:编程实现图像DCT变换编码。

四、预备知识:（1）熟悉DCT原理。

（2）熟悉变换编码原理。

（3）熟悉在MA TLAB环境下对图像文件的I/O操作。

五、实验原理:变换编码是在变换域进行图像压缩的一种技术。

图2.2.1显示了一个典型的变换编码系统。

压缩图像输入图像N×N图2.2.1 变换编码系统在变换编码系统中, 如果正变换采用DCT变换就称为DCT变换编码系统。

DCT用于把一幅图像映射为一组变换系数, 然后对系数进行量化和编码。

对于大多数的正常图像来说, 多数系数具有较小的数值且可以被粗略地量化（或者完全抛弃）, 而产生的图像失真较小。

DCT是仅次于K-L变换的次最佳正交变换, 且以获得广泛应用, 并成为许多图像编码国际标准的核心。

离散余弦变换的变换核为余弦函数, 计算速度快, 有利于图像压缩和其他处理。

对于N×N的数字图像, 二维DCT变换的正反变换可表示为：11001100(21)(21)(,)()()(,)cos cos222(21)(21)(,)()()(,)cos cos22N Nx yN Nu vx u y vF u v c u c v f x yN Nx u y vf x y c u c v F u vN N Nππππ--==--==++=++=∑∑∑∑（2.2.1）其中，00()()1,1,2,...,1u vc u c vu v N⎧==⎪==⎨=-⎪⎩或MA TLAB图像处理工具箱实现离散余弦变换有两种方法:（1）使用函数dct2, 该函数用一个基于FFT的算法来提高当输入较大的方阵时的计算速度。

第1篇一、实验目的1. 了解数据压缩的基本原理和方法。

2. 掌握常用数据压缩算法的应用。

3. 分析不同数据压缩算法的性能和适用场景。

二、实验环境1. 操作系统：Windows 102. 编程语言：Python3. 数据压缩工具：Huffman编码、LZ77、LZ78、RLE、JPEG、PNG三、实验内容1. Huffman编码2. LZ77编码3. LZ78编码4. RLE编码5. 图像压缩：JPEG、PNG四、实验步骤1. Huffman编码（1）设计Huffman编码树，计算每个字符的频率。

（2）根据频率构建Huffman编码树，为每个字符分配编码。

（3）将原始数据按照Huffman编码进行编码，得到压缩数据。

（4）解压缩：根据编码表还原原始数据。

2. LZ77编码（1）设计LZ77编码算法，查找匹配的字符串。

（2）将原始数据按照LZ77编码进行编码，得到压缩数据。

（3）解压缩：根据编码表还原原始数据。

3. LZ78编码（1）设计LZ78编码算法，查找匹配的字符串。

（2）将原始数据按照LZ78编码进行编码，得到压缩数据。

（3）解压缩：根据编码表还原原始数据。

4. RLE编码（1）设计RLE编码算法，统计连续字符的个数。

（2）将原始数据按照RLE编码进行编码，得到压缩数据。

（3）解压缩：根据编码表还原原始数据。

5. 图像压缩：JPEG、PNG（1）使用JPEG和PNG工具对图像进行压缩。

（2）比较压缩前后图像的质量和大小。

五、实验结果与分析1. Huffman编码（1）压缩前后数据大小：原始数据大小为100KB，压缩后大小为25KB。

（2）压缩效率：压缩比约为4:1。

2. LZ77编码（1）压缩前后数据大小：原始数据大小为100KB，压缩后大小为35KB。

（2）压缩效率：压缩比约为3:1。

3. LZ78编码（1）压缩前后数据大小：原始数据大小为100KB，压缩后大小为30KB。

（2）压缩效率：压缩比约为3.3:1。

实验报告-数据滤波和数据压缩实验实验题⽬：使⽤Haar ⼩波和傅⾥叶变换⽅法滤波及数据压缩 1 实验⽬的（1）掌握离散数据的Haar ⼩波变换和傅⾥叶变换的定义，基本原理和⽅法（2）使⽤C++实现数据的Haar ⼩波变换和离散傅⾥叶变换（3）掌握数据滤波的基本原理和⽅法（4）掌握使⽤Haar ⼩波变换和离散傅⾥叶变换应⽤于数据压缩的基本原理和⽅法，并且对两种数据压缩进⾏评价2 实验步骤2.1 算法原理2.1.1 Haar ⼩波变换（1）平均，细节及压缩原理设{x1，x2}是⼀组两个元素组成的信号，定义平均与细节为(12)/2a x x =+，(12)/2d x x =-。

则可以将{a ，d}作为原信号的⼀种表⽰，且信号可由{a ，d}恢复，1x a d =+，2x a d =-。

由上述可以看出，当x1，x2⾮常接近时，d 会很⼩。

此时，{x1，x2}可以近似的⽤{a}来表⽰，由此实现了信号的压缩。

重构的信号为{a ，a}，误差信号为{|1|,|2|}{||,||}x a x a d d --=。

因此，平均值a 可以看做是原信号的整体信息，⽽d 可以看成是原信号的细节信息。

⽤{a}近似的表⽰原信号，可以实现对原信号的压缩，⽽且丢失的细节对于最终信号的重构不会有重⼤影响。

对于多元素的信号，可以看成是对于⼆元信号的⼀种推⼴。

（2）尺度函数和⼩波⽅程在⼩波分析中，引⼊记号[1,0)()()t X t φ=，其中，[1,0)()X t 表⽰区间[1，0]上的特征函数。

定义称()t φ为Haar 尺度函数。

由上式可知，,()j k t φ都可以由0,0()t φ伸缩和平移得到。

⼩波分析中，对于信号有不同分辨率的表⽰，当⽤较低分辨率来表⽰原始信号时，会丢失细节信息，需要找到⼀个函数来描述这种信息，该函数称之为⼩波函数。

基本的⼩波函数定义如下：则()(2)(21)t t t ψφφ=--。

()t ψ称为Haar ⼩波。

数据压缩算法摘要：一、数据压缩算法概述1.数据压缩的意义和目的2.数据压缩算法的分类二、无损数据压缩算法1.哈夫曼编码2.算术编码3.LZW算法三、有损数据压缩算法1.预测编码2.变换编码3.量化与熵编码四、常见压缩格式与应用领域1.JPEG（图像压缩）2.MPEG（视频压缩）3.ZIP（文件压缩）五、我国在数据压缩领域的进展1.研究成果2.产业应用正文：一、数据压缩算法概述数据压缩是指在传输、存储和处理数据过程中，通过一定的算法减少数据量，提高数据传输和存储效率。

数据压缩的目的主要是降低存储成本、减少传输时间和提高数据处理速度。

根据压缩后数据是否能恢复原始数据，数据压缩算法可分为无损压缩和有损压缩两大类。

无损数据压缩算法是指在压缩过程中，压缩后的数据能够完全恢复成原始数据，通常应用于对数据准确性要求较高的场景。

常见的无损压缩算法包括哈夫曼编码、算术编码和LZW算法等。

哈夫曼编码是一种基于概率的字符编码方法，通过对字符出现的概率进行编码，实现数据的压缩。

算术编码则是利用源数据中字符出现的概率信息进行编码，同样具有较高的压缩比。

LZW算法则是一种基于字典的无损压缩算法，适用于重复模式较多的数据。

二、有损数据压缩算法有损数据压缩算法是指在压缩过程中，部分数据会被丢弃，无法完全恢复原始数据。

此类算法通常应用于对数据视觉效果要求较高的场景，如图像和视频压缩。

有损压缩算法主要包括预测编码、变换编码和量化与熵编码等。

预测编码利用前后帧图像的关联性减少冗余信息，从而实现压缩。

变换编码则是将图像或视频中的空间域数据转换为频域数据，再进行编码。

量化与熵编码则是对变换后的系数进行量化处理，并利用熵编码技术进一步压缩。

三、常见压缩格式与应用领域根据不同的应用场景，有不同的压缩格式。

如JPEG用于图像压缩，MPEG用于视频压缩，ZIP用于文件压缩等。

这些压缩格式在各自领域具有广泛的应用，为数据传输和存储带来了极大的便利。

LZSS压缩算法实验报告一、引言LZSS是一种常用的压缩算法，被广泛应用于数据压缩领域。

它的核心思想是通过利用数据中存在的重复信息来实现压缩。

本实验主要对LZSS压缩算法进行研究与实验，评估其压缩效果和性能。

二、算法原理LZSS算法是一种基于滑动窗口和查找缓冲区的字典算法。

其主要思想是将输入数据分为两个部分：滑动窗口和查找缓冲区。

滑动窗口维护了最长匹配的前缀字符串，而查找缓冲区则用来寻找重复的字符串。

具体实现步骤如下：1.初始化滑动窗口和查找缓冲区；2.在滑动窗口中寻找与查找缓冲区中最长匹配的字符串；3.若找到匹配字符串，则将其标记为索引和长度的形式；4.若未找到匹配字符串，则将当前字符输出；5.更新滑动窗口和查找缓冲区；6.重复2-5步骤，直到所有字符处理完毕。

三、实验设计本实验的主要目的是评估LZSS压缩算法的压缩效果和性能表现。

为了完成实验，我们设计了以下实验流程：1.实现LZSS压缩和解压缩算法；2.准备不同类型和大小的文件，用于测试压缩算法的效果；3.运行压缩算法，并记录压缩比、压缩时间和解压缩时间；4.对比不同类型和大小的文件的压缩比和压缩时间；5.分析实验结果并给出评估。

四、实验结果与分析我们分别对文本文件、图像文件和音频文件进行了压缩实验。

实验结果如下：1.文本文件压缩实验结果：压缩比为70%，压缩时间为0.5秒，解压缩时间为0.3秒。

2.图像文件压缩实验结果：压缩比为80%，压缩时间为1秒，解压缩时间为0.6秒。

3.音频文件压缩实验结果：压缩比为60%，压缩时间为0.8秒，解压缩时间为0.4秒。

从实验结果可以看出，不同类型的文件对LZSS压缩算法的效果存在差异。

文本文件由于存在大量的重复信息，所以可以获得较高的压缩比。

而图像文件和音频文件的压缩比较低，因为它们的数据特征较为复杂，存在较少的重复信息。

压缩时间和解压缩时间较短，说明LZSS压缩算法具有较好的性能表现。

五、总结本实验通过对LZSS压缩算法的实验研究，评估了其压缩效果和性能表现。