视音频课程设计.docx
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视音频课程设计
《视音频信号处理课程设计》
（2013/2014-1第19周）
指导教师：
肖荣、张海翔
浙江理工大学信息学院
2014年1月
视音频信号处理课程设计
任务书
一、设计目的：
1．掌握视音频系统方案设计的一般方法，主要包括系统分析、系统设计的组织和实施。
2．掌握音频信号处理和图像数据处理方法和技术。
3.掌握视频的预测编码处理的编程技术，并能独立完成一般小型视音频信号处理系统的程序设计、调试运行等工作。
3．培养把所学知识运用到具体实践对象，并能提出详细解决方案的能力。
二、任务要求：
1.请设计一种处理视频（连续图像）数据的压缩和解压算法，并编程实现，实现语言为C/C++。
2.图像的原始数据文件为BMP文件，图像数据请自行获取，所处理的图像帧数不能少于10帧。
输出的编码文件格式请自行定义。
3.压缩算法的环节必须包括运动估计和运动补偿、熵编码，变换编码（比如DCT变换）为建议环节，不是必须环节。
4.解压算法需要能够从压缩数据恢复图像数据。
5.请计算你所完成压缩算法的压缩性能（压缩比）以及图像质量（PSNR）。
三、结果形式：
1、算法流程设计：
关于所设计的视频压缩解压算法流程的详细描述。
2、算法源代码。
3、原始图像文件。
4、算法性能分析报告：
主要包括压缩算法的压缩性能（压缩比）以及图像质量的实验计算结果。
5、上机正常运行。
四、成绩考核：
1．课程设计态度（30分）。
2．递交的课程设计报告（60分）。
3、上机运行情况（10分）。
评分按任务项具体要求的基本要求为标准，总分100分。
总成绩折合以五级制成绩计（优秀、良好、中、及格、不及格）。
要求同学们独立完成，发现抄袭的，经查实后以0分计。
五、工作进度：
（共1周）
时间
实践内容
授课地点
指导教师
日期
周次
星期
1.6
19
一
视音频系统方案设计
10-308
张海翔/肖荣
1.7
19
二
音频信号处理
10-308
张海翔/肖荣
1.8
19
三
图像数据处理
10-308
张海翔/肖荣
1.9
19
四
视频的预测编码处理
10-308
张海翔/肖荣
1.10
19
五
视音频系统整体设计
10-308
张海翔/肖荣
1.10
19
五
答辩、考核
10-308
张海翔/肖荣
《视音频信号处理课程设计》设计报告
目录
一、算法流程设计：
5
二、算法源代码：
5
三、原始图像文件：
5
四、算法性能分析：
5
五、结果分析、结论与体会：
5
六、参考文献及资料：
5
1、算法流程设计：
视像数据的压缩算法
MPEG-1视像（MPEG-1Video）压缩视像数据的基本方法可以归纳成两个要点
在空间方向上，采用与JPEG类似的算法来去掉空间冗余数据
在时间方向上，采用移动补偿（motioncompensation）算法来去掉时间冗余数据
视像数据结构
把视像片段看成由一系列静态图像（picture）组成的视像序列（sequence）
把视像序列分成许多像组（groupofpicture，GOP）
把像组中的每一帧图像分成许多像片（slice），每个像片由16行组成
把像片分成16行×16像素/行的宏块（macroblock，MB）
把宏块分成若干个8行×8像素/行的图块（block）
使用子采样格式为4:
2:
0时，一个宏块由4个亮度（Y）图块和两个色度图块（Cb和Cr）组成
预测图像P的压缩编码算法
算法原理
预测图像P的编码以宏块（MB）为基本编码单元，一个宏块定义为像素的图块，一般取16×16
预测图像P使用两种类型的参数表示
当前要编码的图像宏块与参考图像的宏块之间的差值
宏块的移动矢量（motionvector,MV）
BMP文件组成
BMP文件由文件头、位图信息头、颜色信息和图形数据四部分组成。
1.BMP文件头
BMP文件头数据结构含有BMP文件的类型、文件大小和位图起始位置等信息。
2.位图信息头
3.颜色表
颜色表用于说明位图中的颜色，它有若干个表项，每一个表项是一个RGBQUAD类型的结构，定义一种颜色。
4.位图数据
位图数据记录了位图的每一个像素值，记录顺序是在扫描行内是从左到右,扫描行之间是从下到上。
具体流程
1.进行主框架的搭建，即main函数的编写，获取视频的帧数及相应的图片，并声明bmp图片的读入和写出的函数、残差计算运动估计函数以及游程编码和解码函数，并在main函数相关位置调用readwrite（）函数。
2.bmp图片的读写函数的功能进行编写,在本函数中设立一个switch语句进行用户操作判断，若用户选择压缩操作，则将指定文件读入，并进行运动估计及游程编码的操作，最后将压缩后的信息写在.raw文件中。
3.编写差值计算函数，即diff（）函数，在函数中，第一帧图像的残差值为自身，而后的图片的残差图像为当前图像与前一帧图像的差值，
4.将所得到的残差值进行编码，由于残差值有较多的0，则这里使用游程编码，并将结构写入到.raw文件中。
5.编写游程解码函数，通过编码得到的文件中的数据进行解码，得到解码后的bmp图像。
流程图：
压缩操作解压操作退出操作
2、算法源代码：
main函数：
（程序入口）
intmain（）
{
intxsize=512;//图像宽
intysize=257*3;//图像高
unsignedchar*image;//用于存放读入的图片
unsignedchar*header;//记录文件头
image=（unsignedchar*）malloc（（size_t）xsize*ysize）;
header=（unsignedchar*）malloc（54）;
if（image==NULL）
return-1;
if（header==NULL）
return-1;
readwrite_bmp（image,header,xsize,ysize）;//文件的读入
free（image）;
free（header）;
return0;
}
Readwrite_bmp函数：
（进行操作判断，压缩操作时读入位图信息）
intreadwrite_bmp（unsignedchar*image,unsignedchar*header,intxsize,intysize）
{
inti;
intchoice=-1;
FILE*fp,*ifp;
charfname_bmp[20];
unsignedchar*pre;
pre=（unsignedchar*）malloc（（size_t）xsize*ysize）;//分配空间
for（i=0;iunsignedchar*temp;
temp=（unsignedchar*）malloc（（size_t）xsize*ysize）;
for（i=0;iwhile（choice）
{
printf（"**********************************************\n"）;
printf（"*请选择操作：
*\n"）;
printf（"*1、图像压缩；*\n"）;
printf（"*2、图像解压；*\n"）;
printf（"*3、退出；*\n"）;
printf（"**********************************************\n\n"）;
scanf（"%d",&choice）;
switch（choice）
{
case1:
ifp=fopen（"test.rmvb","wb"）;
for（i=0;i<10;i++）//图像序列
{
sprintf（fname_bmp,"xj%d.bmp",i）;//把格式化的数据写入某个字符串中当前文件名
if（!
（fp=fopen（fname_bmp,"rb"）））
return-1;
fread（header,sizeof（unsignedchar）,54,fp）;//读取文件的header信息
fread（image,sizeof（unsignedchar）,（size_t）（long）xsize*ysize,fp）;//读取图片信息存入image数组中
diff（ifp,header,temp,pre,image,xsize,ysize）;//调用运动估计函数
fclose（fp）;
}
fclose（ifp）;
break;
case2:
runlength_de（pre,temp,header,xsize,ysize）;//解压
break;
case3:
exit（0）;
break;
default:
break;
}
}
free（pre）;
free（temp）;
return0;}
Diff（）函数：
（将各图像进行残差计算）
voiddiff（FILE*ifp,unsignedchar*header,unsignedchar*temp,unsignedchar*pre,unsignedchar*now,intxsize,intysize）
{
inti,j;
unsignedchar*diff;
/*for（i=0;i{
for（j=0;j{
for（intk=3;k>0;k--）{
for（intm=i-k;mfor（intn=j-k;nif（m!
=i||n!
=j）{
cnt=
}
}
}
}*/
diff=（unsignedchar*）malloc（（size_t）xsize*ysize）;//空间申请
for（i=0;i{
for（j=0;j{
diff[i*ysize+j]=now[i*ysize+j]-pre[i*ysize+j];
pre[i*ysize+j]=now[i*ysize+j];//对每张图片计算其残差图像。
首张图片的残差图像为其本身，后续图片的残差图像为当前图像与前一帧图像的差值。
}
}
runlength_en（ifp,diff,header,xsize,ysize）;
free（diff）;
}
Runlength_en（）函数：
（将所得到的残差值进行游程编码）
int
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