数据压缩实验四：DPCM编码

一、基本原理

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。

二、实验流程

1. 读入BMP文件，转化为YUV文件并提取Y分量；

2. 对该灰度图像进行预测，预测器的输入为上一个样点的重建值，计算预测误差；

3. 对预测误差进行8bit均匀量化；

4. 对量化后的预测误差进行反量化，求重建值；

5. 将预测误差图像写入文件，并将该文件输入实验三的Huffman编码器，得到输出码字的必要信息；将原始灰度图像输入Huffman编码器，得到码字必要信息并比较两种系统（DPCM+熵编码和仅进行熵编码）之间的编码效率。

三、关键代码分析

在实验二BMP2YUV的基础上加一段代码 ：

        qBuf = (unsigned char *)malloc(height*width);reBuf = (unsigned char *)malloc(height*width);int temp;for (int j = 0; j<height; j++)  {for (int i = 0; i<width; i++){if (i == 0)  {//每列第一个元素保持原来的样值不变，只是变换相应的数据类型temp= (*(yBuf + j*width + i) - 128) / 2 + 128;//计算量化误差*(qBuf + j*width + i) = (unsigned char)temp;temp = ((*(qBuf + j*width + i) - 128) *2) + 128; //计算重建值*(reBuf + j*width + i) = (unsigned char)temp;}else{    //当前差值信号为当前样值与上个预测样值的差值 并进行了量化temp= (*(yBuf + j*width + i) - *(reBuf + j*width + i - 1)) / 2+ 128;*(qBuf + j*width + i) = (unsigned char)temp;//当前重建信号为 反量化后的差值信号与上一个重建信号的和temp= ((*(qBuf + j*width + i) - 128) *2) + *(reBuf + j*width + i - 1);*(reBuf + j*width + i) = (unsigned char)temp;}}}fwrite(reBuf, 1, width * height, reFile);  //写入文件fwrite(qBuf, 1, width * height, qFile);

四、实验结果

以下依次为原始灰度图像、预测误差图像、重建图像：

原始图像概率分布                                                                   预测误差图像概率分布

自己找的图：

从以上几幅图可以看出重建图像和原始图像在并没有太大的差别，量化误差的概率分布集中分布在中间部分。

文件压缩比的对比：

从上表可以看出DPCM+熵编码的压缩比普遍比直接进行熵编码的压缩比要高，压缩效果要更好。

五、实验中出现的问题

转化成的YUV灰度图像比BMP文件要大，经过检验发现了两个问题：

（1）在YUV文件输出时没有注释掉输出U分量和V分量的代码

（2）打开文件时类型写错了，应该是“wb”而不是“ab+”