【原理】
DPCM是差分预测编码调制的缩写,是比较典型的预测编码系统。在DPCM系统中,
需要注意的是预测器的输入是已经解码以后的样本。之所以不用原始样本来做预测,是
因为在解码端无法得到原始样本,只能得到存在误差的样本。因此,在DPCM编码器中实
际内嵌了一个解码器,如编码器中虚线框中所示。
在一个DPCM系统中,有两个因素需要设计:预测器和量化器。理想情况下,预测器
和量化器应进行联合优化。实际中,采用一种次优的设计方法:分别进行线性预测器和
量化器的优化设计。
【DPCM c++实现】
for(int i=0;i<width;i++)//对Y的预测编码
{
for(int j=0;j<height;j++)
{
if(j==0)//最左侧像素没有左侧像素,用128作为预测值
{
qn=(yBuf[i*height+j]-128)/2;//当前像素值减去预测值128,进行8bit量化,即除以2
pBuf[i*height+j]=(u_int8_t)(qn+128);//qn的值在-127.5~127.5之间,将其抬高128,变成一字节无符号0~255,存入预测误差图像
rBuf[i*height+j]=((int)pBuf[i*height+j]-128)*2+128;//重建值等于量化后再反量化的值加上之前减去的预测值128,结果存入重建图像,反量化的值等于量化后的值减去128再乘以2,会出现负数,不会出现小数,所以先强制转换成int
}
else
{
qn=(yBuf[i*height+j]-rBuf[i*height+j-1])/2;//当前像素值减去预测值(左侧像素得重建值),进行8bit量化,即除以2
pBuf[i*height+j]=(u_int8_t)(qn+128);//qn的值在-127.5~127.5之间,将其抬高128,变成一字节无符号0~255,存入预测误差图像
rBuf[i*height+j]=((float)pBuf[i*height+j]-128)*2+rBuf[i*height+j-1];//重建值等于量化后再反量化的值加上之前减去的预测值128,结果存入重建图像,反量化的值等于量化后的值减去128再乘以2,会出现负数,不会出现小数,所以先强制转换成int
}
}
}
PSNR
double er;
double psnr = 0;
double mse = 0;
for (int i = 0; i < width*height; i++)
{
er=yBuf[i] - rBuf[i];
mse += pow(er, 2);
}
mse = mse / (width*height);
psnr = 10 * log10(255*255 / mse);
printf("psnr=%f",psnr);
【注】
ne u_int8_t unsigned __int8
const int width = 256;
const int height = 256;
变量及缓存的定义
FILE* oFile = NULL;//原始图像
FILE* pFile = NULL;//输出的预测误差图
FILE* rFile = NULL;//输出的重建图
char* oFileName = NULL;//原始图像文件名
char* pFileName = NULL;//预测误差图文件名
char* rFileName = NULL;//重建图文件名
oFileName = argv[1];
pFileName = argv[2];
rFileName = argv[3];
float qn;//差值
u_int8_t* yBuf=NULL;//原始值
u_int8_t* uBuf=NULL;
u_int8_t* vBuf=NULL;
u_int8_t* pBuf=NULL;//预测误差
u_int8_t* rBuf=NULL;//解码值
yBuf = (u_int8_t*)malloc(width * height*sizeof(u_int8_t));
uBuf = (u_int8_t*)malloc(width * height*sizeof(u_int8_t));
vBuf = (u_int8_t*)malloc(width * height*sizeof(u_int8_t));
pBuf = (u_int8_t*)malloc(width * height*sizeof(u_int8_t));
rBuf = (u_int8_t*)malloc(width * height*sizeof(u_int8_t));
打开文件
errno_t err;
err = fopen_s(&oFile,oFileName, "rb");//原始图像
if (err == 0)
{
printf("原始图像文件是 %s\n", oFileName);
}
else
{
printf("原始图像打开失败\n");
}
err = fopen_s(&pFile,pFileName, "wb");//预测误差
if (err == 0)
{
printf("预测误差文件是 %s\n", pFileName);
}
else
{
printf("预测误差文件创建失败\n");
}
err = fopen_s(&rFile,rFileName, "wb");//重建
if (err == 0)
{
printf("重建文件是 %s\n", rFileName);
}
else
{
printf("重建文件创建失败\n");
}
读入YUV
fread(yBuf, sizeof(u_int8_t), width*height, oFile);
fread(uBuf, sizeof(u_int8_t), width*height, oFile);
fread(vBuf, sizeof(u_int8_t), width*height, oFile);
进行DPCM,肌酸PSNR,具体代码在最前面
写入文件
fwrite(pBuf, 1, width * height, pFile);
fwrite(uBuf, 1, width * height, pFile);
fwrite(vBuf, 1, width * height, pFile);
fwrite(rBuf, 1, width * height, rFile);
fwrite(uBuf, 1, width * height, rFile);
fwrite(vBuf, 1, width * height, rFile);
释放内存,关闭文件
free(yBuf);
free(uBuf);
free(vBuf);
free(pBuf);
free(rBuf);
fclose(oFile);
fclose(pFile);
fclose(rFile);
结果如下
噪声图像
PSNR=51
在cmd输入 huffcode -i noise.yuv -o noise.huff -c >noise.txt
原文件大小:96KB
源文件huff:74KB
压缩比:0.77
预测误差文件大小:192kb
预测误差文件huff:101kb