MATLAB霍夫曼编码数字图像压缩系统

资 源 简 介

本项目利用MATLAB实现了基于霍夫曼编码的数字图像无损压缩系统。通过分析图像像素分布特征，自动生成最优霍夫曼编码树，显著减小文件体积，同时保留完整图像信息。系统提供完整的压缩与解压流程，适用于教学和研究场景。

详 情 说 明

基于霍夫曼编码的数字图像压缩系统

项目介绍

本项目是一个完整的数字图像压缩解决方案，核心在于应用霍夫曼编码算法对图像数据进行高效压缩。系统通过分析图像像素值的分布特征，动态构建最优的霍夫曼编码树，将出现频率高的像素值用较短的二进制码表示，频率低的用较长的码表示，从而实现整体数据量的缩减。该系统支持对标准格式图像进行压缩，生成紧凑的二进制压缩文件，并能无损地解压还原出原始图像，在保证视觉质量的同时，显著降低存储和传输开销。

功能特性

• 广泛格式支持：支持输入常见的BMP、PNG、JPG格式图像文件。
• 高分辨率处理：最大可处理4096×4096像素的高分辨率图像。
• 多色彩模式兼容：支持8位灰度图像和24位真彩色（RGB）图像的压缩与解压。
• 高效霍夫曼编码：采用优化的霍夫曼树构建算法，确保编码效率最优。
• 完整压缩流程：提供从图像分析、频率统计、编码映射到二进制数据流生成的一站式压缩功能。
• 可靠解压还原：实现压缩数据的准确解码，确保还原图像与原图一致。
• 详细性能报告：输出压缩比、原始文件大小、压缩后文件大小等关键性能指标。
• 辅助分析信息：可选生成编码码表、像素频率分布图等统计信息，便于分析与调试。

使用方法

1. 准备图像：确保待压缩的图像文件符合系统的格式、尺寸和色彩模式要求。
2. 运行主程序：启动系统的主程序入口。
3. 选择操作模式：根据提示选择“压缩”或“解压”功能。
4. 指定输入文件：在压缩模式下，选择需要压缩的源图像文件；在解压模式下，选择已有的 .huff 压缩文件。
5. 执行与输出：

* 压缩操作：系统自动完成压缩，生成同名的 .huff 压缩文件以及一份文本格式的压缩性能报告。用户可选择是否生成解压验证图像和编码统计信息文件。 * 解压操作：系统读取 .huff 文件，将其还原为原始图像并保存。

1. 查看结果：在指定输出目录查看生成的文件。

系统要求

• 操作系统：Windows 10 / 11 或主流Linux发行版 (如Ubuntu 18.04+) 或 macOS 10.14+。
• 软件环境：MATLAB R2018b 或更高版本。
• 内存：建议至少 4 GB RAM（处理大尺寸图像时建议 8 GB 或以上）。
• 磁盘空间：需有足够的空间存储原始图像、压缩文件及临时文件。

文件说明

主程序文件作为整个系统的控制核心和用户交互界面，负责协调各项功能的执行流程。其主要能力包括：解析用户输入的命令行参数或交互指令，根据用户选择启动图像压缩或解压任务；在压缩过程中，调用相关模块读取图像数据、统计像素频率、构建霍夫曼树、生成编码并输出压缩文件及报告；在解压过程中，则负责读取压缩文件头信息、重建霍夫曼树、解码数据流并重构图像。此外，它也管理着性能报告的生成与显示，以及可选辅助文件的创建。