pca在人脸信息压缩中的应用
摘 要 人脸识别，是根据人们的一些脸部的特征，用来进行识别人们身份的一种现代化得高科技识别技术。人脸识别首先需要我们用一些硬件设备例如摄像机或者摄像头来采集我们所需要的一些图像信息或者视频信息，与此同时，可以自动的跟踪到我们所学要的人脸，进而我们对用硬件设备采集到的这些图像信息进行基础处理以及分析，这也就是我们经常所说的人脸识别或者是人脸面部识别。而人脸图像的压缩技术就是我们在处理人脸识别时的一个重要的环节。 人脸图像的压缩技术有很多，本文主要就隔行抽取，最近邻插值算法以及PCA的图像压缩技术进行了论述。隔行抽取就是将特征向量每隔几行进行抽取，以达到降低特征向量维数的效果。最近邻插值算法通过一些变换，使得变换之后的像素灰度值接近于距离他较近的原始像素的灰度值，通过这样的变换来压缩和放大我们所需改变的图像。PCA是通过求它的投影矩阵，用高维的特征去乘以这个投影矩阵，从而可以将高维特征的维数降到需要的维数，然后实现图像的压缩。 本文将上述的三种不同的压缩方法分别进行了对比实验，得到了相应的实验数据。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题背景 1
1.2图像压缩的发展现状 1
1.3本文的主要内容 4
1.4本文内容章节安排 4
第二章 人脸识别中的几种压缩技术 5
2.1 隔行抽取 5
2.2最近邻插值算法 6
2.3 PCA 7
第三章 实验步骤 12
3.1介绍 12
3.2分析 15
3.2.1隔行抽取 15
3.2.3最近邻值算法 16
3.2.3 PCA 18
3.3实验结果 21
结束语 23
致谢 24
参考文献 25
第一章 绪论
1.1课题背景
随着各种各样的信息，包括多媒体、视频图象、文档映象等信息的出现，数据的压缩成了人们处理信息的一个非常重要课题。数据压缩的目的主要是讲数据进行压缩达到使数据占据更小的存储空间，并且传输起来所用的时间也更短。数据之所以可以被压缩，是因为数据中包含着很多重复无用的信息，压缩就是将这些信 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
息用相对较少的一些符号或者来代码进行代替，从而达到数据压缩的目的。
在我们实际的生活之中，各种各样的信息都有着许许多多的多余数据，我们把这样的数据称为数据冗余。举个列子，在一幅图像中的画面背景包括蓝天、绿地和建筑，这里面很多像素是相同的。如果逐点一次储存，就会浪费掉许多的空间，我们称之称为空间冗余。又例如，在动画与电视的相邻序列中，只有运动的物体会有一些变化，仅存储差异部分即可，这称为时间冗余。出来时间冗余，还有结构，视觉冗余等等，这些冗余就是为什么数据可以被压缩的原因所在。
总而言之，压缩的理论实在信息的这些理论上建立起来的。从信息的角度看，压缩就是去删除信息中的冗余，也就是去删除确定的或者可以推断得出的信息，将那些我们不能确定的信息保留下来，也就是说用一种可以相对来说比较接近于信息的本质的形式来将那些重复多余的信息替换掉，而这样的信息说到底就是所谓的信息量。
1.2图像压缩的发展现状
上个世纪八十年代后，ISO、IE以及ITU陆续制定了各种各样的数据压缩与通信的意见和标准。
（1）静止图像压缩标准：JPEG标准&JPEG 2000 标准。
1.JPEG 标准
JPEG 全名为Joint Photographic Experts Group，是一个在国际标准组织（ISO）下从事静止图像压缩标准制定的委员会。JPEG标准从1986年正式开始制订，1988年决定采用以图像于1991质量最好的ADCT（Adaptive Discrete Cosine Transform）方式为基础的算法作标准，同年3月提出10918号标准“连续色调静止图像的数字压缩编码”，即JPEG标准。当计算一些相对较为简单的情况下，也可以做到失真不明显，压缩保持比较高的水准。
PEG采用4种编解码方式：串行DCT(Discrete Cosine Transform)方式、渐进浮现式DCT方式、无失真方式和分层方式。由于JPEG具有良好的品质，这让他它在很短的时间里就获得相当大的成就。近年来，随着多媒体被越来越广泛的邻域所应用，传统的JPEG压缩技术不足以让人们对多媒体影像资料的要求得到满足。由于这种原因，新一代的静止影像技术就产生了，JPEG2000相对来说可以压缩的更小，并且有着许多其他的新功能。
2.JPEG2000
JPEG2000，正式名称为“ISO 15444”，亦是由JPEG组织负责制定。它在1997年3月，开始计划实施，直到2000年，基本编码系统的相关规定和标准的最终协议草案才被提正式的提出。JPEG2000和JPEG又很多差异，最大的差异是它放弃了JPEG原有采用的以DCT为主的区块编码方式，而改用DWT的多分辨率编码方式。JPEG2000的新特征有：
① JPEG2000是基于JPEG的改进版本，拥有较好的低比特率性能，特别是在对有很多细节的图像以0.25bpp的比特率进行压缩时，总的来说，它的压缩率要比JEPG高出三成左右。
② JPEG2000同时支持有损和无损压缩。而JEPG不能支持无损压缩。
③ JPEG2000能实现渐进传送。首先他把图像外围的形状进行传输，然后把图像的一些细节逐步的进行传输，而在接收端重新的组成新的图像时，让图像从一开始模糊的显示然后变到清晰得显示出来，而不像JPEG那样只是从图像上方到下方，从图像的左房到右方来进行显示。
④ JPEG2000可随意的制定图像上我们需要的区域的压缩质量，同时也可以选择需要的重要部分先解压缩，进而实现有重点的处理。
（2）运动图像压缩标准
MPEG(Moving Picture Experts Group)运动图像专家组成立于1988年，专门从事运动图像和伴音编码的标准制定。MPEG首要需要处理的三个问题就是要分别制定1.5Mb/s，10Mb/s，40Mb/s的压缩编码标准，即MPEG1、MPEG2、MPEG3，后因MPEG2的功能使MPEG3多余，故MPEG3被撤消。从1994年开始，MPEG4开始制定，他制定的目的是为了完成低码率的音/视频压缩编码。
MPEG1首次提出实在1991年11月，次年11月就正式的通过了草案，并于1993年8月份正式公布。它主要适用于1.5Mb/s速率的一些存储在数字媒体中的一些运动中的画面，以及在伴音的压缩编码也有应用。MPEG1要求较高的压缩比，将图像序列的时间冗余度删除，并且同时可以让多媒体等随机存取。它有三种不同的图像类型，分别是I图像，P图像以及B图像，它们分别使用不同的编码，分别是内部编码，预测编码以及双向预测编码。
在1994年制定了MPEG2，他的设计原因是为了高级工业标准的图像质量，并且可以获得更高的传输率。它使得压缩比有了很大提升，提高了音频以及视频质量，分块DCT和帧间运动补MPEG2所能提供的传输率在3～10Mb/s间，这也成为了它的最主要最为关键的技术，另一方面，它的偿预测技术分辨率可达到720×486。可提供的很高的音质标准，这个标准可以达到广播和CD级别的标准；此外，向下兼容MPEG1，这就让很多MPEG2解码器可播放MPEG1格式的数据，如VCD,广播、以及有线电视网等等很多的邻域；MPEG2可提供压缩比的范围很广，所以它可以满足不同画面质量、存储容量以及带宽的要求。
MPEG4作为新标准是对数字音/视频的数据进行压缩、通信、存取以及操作管理等所提出的，并提供一种通用的技术解决方案来适应于不同通信环境。专家组对MPEG深入研究了计算机、通信以及以电视等信息领域中的消费电器后，并且认为MPEG4应提供的新方式用于通信，其中心主要围绕AV信息存储、处理以及操作展开，可以实现交互性、高压缩比以及通用存储性等的应用。结构上，它应具有适应并满足不断发展可，并且不断地更新技术。由于MPEG4的中心是在内容与交互性建立起来的，它对低码率范围没有特别的要求。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题背景 1
1.2图像压缩的发展现状 1
1.3本文的主要内容 4
1.4本文内容章节安排 4
第二章 人脸识别中的几种压缩技术 5
2.1 隔行抽取 5
2.2最近邻插值算法 6
2.3 PCA 7
第三章 实验步骤 12
3.1介绍 12
3.2分析 15
3.2.1隔行抽取 15
3.2.3最近邻值算法 16
3.2.3 PCA 18
3.3实验结果 21
结束语 23
致谢 24
参考文献 25
第一章 绪论
1.1课题背景
随着各种各样的信息，包括多媒体、视频图象、文档映象等信息的出现，数据的压缩成了人们处理信息的一个非常重要课题。数据压缩的目的主要是讲数据进行压缩达到使数据占据更小的存储空间，并且传输起来所用的时间也更短。数据之所以可以被压缩，是因为数据中包含着很多重复无用的信息，压缩就是将这些信 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
息用相对较少的一些符号或者来代码进行代替，从而达到数据压缩的目的。
在我们实际的生活之中，各种各样的信息都有着许许多多的多余数据，我们把这样的数据称为数据冗余。举个列子，在一幅图像中的画面背景包括蓝天、绿地和建筑，这里面很多像素是相同的。如果逐点一次储存，就会浪费掉许多的空间，我们称之称为空间冗余。又例如，在动画与电视的相邻序列中，只有运动的物体会有一些变化，仅存储差异部分即可，这称为时间冗余。出来时间冗余，还有结构，视觉冗余等等，这些冗余就是为什么数据可以被压缩的原因所在。
总而言之，压缩的理论实在信息的这些理论上建立起来的。从信息的角度看，压缩就是去删除信息中的冗余，也就是去删除确定的或者可以推断得出的信息，将那些我们不能确定的信息保留下来，也就是说用一种可以相对来说比较接近于信息的本质的形式来将那些重复多余的信息替换掉，而这样的信息说到底就是所谓的信息量。
1.2图像压缩的发展现状
上个世纪八十年代后，ISO、IE以及ITU陆续制定了各种各样的数据压缩与通信的意见和标准。
（1）静止图像压缩标准：JPEG标准&JPEG 2000 标准。
1.JPEG 标准
JPEG 全名为Joint Photographic Experts Group，是一个在国际标准组织（ISO）下从事静止图像压缩标准制定的委员会。JPEG标准从1986年正式开始制订，1988年决定采用以图像于1991质量最好的ADCT（Adaptive Discrete Cosine Transform）方式为基础的算法作标准，同年3月提出10918号标准“连续色调静止图像的数字压缩编码”，即JPEG标准。当计算一些相对较为简单的情况下，也可以做到失真不明显，压缩保持比较高的水准。
PEG采用4种编解码方式：串行DCT(Discrete Cosine Transform)方式、渐进浮现式DCT方式、无失真方式和分层方式。由于JPEG具有良好的品质，这让他它在很短的时间里就获得相当大的成就。近年来，随着多媒体被越来越广泛的邻域所应用，传统的JPEG压缩技术不足以让人们对多媒体影像资料的要求得到满足。由于这种原因，新一代的静止影像技术就产生了，JPEG2000相对来说可以压缩的更小，并且有着许多其他的新功能。
2.JPEG2000
JPEG2000，正式名称为“ISO 15444”，亦是由JPEG组织负责制定。它在1997年3月，开始计划实施，直到2000年，基本编码系统的相关规定和标准的最终协议草案才被提正式的提出。JPEG2000和JPEG又很多差异，最大的差异是它放弃了JPEG原有采用的以DCT为主的区块编码方式，而改用DWT的多分辨率编码方式。JPEG2000的新特征有：
① JPEG2000是基于JPEG的改进版本，拥有较好的低比特率性能，特别是在对有很多细节的图像以0.25bpp的比特率进行压缩时，总的来说，它的压缩率要比JEPG高出三成左右。
② JPEG2000同时支持有损和无损压缩。而JEPG不能支持无损压缩。
③ JPEG2000能实现渐进传送。首先他把图像外围的形状进行传输，然后把图像的一些细节逐步的进行传输，而在接收端重新的组成新的图像时，让图像从一开始模糊的显示然后变到清晰得显示出来，而不像JPEG那样只是从图像上方到下方，从图像的左房到右方来进行显示。
④ JPEG2000可随意的制定图像上我们需要的区域的压缩质量，同时也可以选择需要的重要部分先解压缩，进而实现有重点的处理。
（2）运动图像压缩标准
MPEG(Moving Picture Experts Group)运动图像专家组成立于1988年，专门从事运动图像和伴音编码的标准制定。MPEG首要需要处理的三个问题就是要分别制定1.5Mb/s，10Mb/s，40Mb/s的压缩编码标准，即MPEG1、MPEG2、MPEG3，后因MPEG2的功能使MPEG3多余，故MPEG3被撤消。从1994年开始，MPEG4开始制定，他制定的目的是为了完成低码率的音/视频压缩编码。
MPEG1首次提出实在1991年11月，次年11月就正式的通过了草案，并于1993年8月份正式公布。它主要适用于1.5Mb/s速率的一些存储在数字媒体中的一些运动中的画面，以及在伴音的压缩编码也有应用。MPEG1要求较高的压缩比，将图像序列的时间冗余度删除，并且同时可以让多媒体等随机存取。它有三种不同的图像类型，分别是I图像，P图像以及B图像，它们分别使用不同的编码，分别是内部编码，预测编码以及双向预测编码。
在1994年制定了MPEG2，他的设计原因是为了高级工业标准的图像质量，并且可以获得更高的传输率。它使得压缩比有了很大提升，提高了音频以及视频质量，分块DCT和帧间运动补MPEG2所能提供的传输率在3～10Mb/s间，这也成为了它的最主要最为关键的技术，另一方面，它的偿预测技术分辨率可达到720×486。可提供的很高的音质标准，这个标准可以达到广播和CD级别的标准；此外，向下兼容MPEG1，这就让很多MPEG2解码器可播放MPEG1格式的数据，如VCD,广播、以及有线电视网等等很多的邻域；MPEG2可提供压缩比的范围很广，所以它可以满足不同画面质量、存储容量以及带宽的要求。
MPEG4作为新标准是对数字音/视频的数据进行压缩、通信、存取以及操作管理等所提出的，并提供一种通用的技术解决方案来适应于不同通信环境。专家组对MPEG深入研究了计算机、通信以及以电视等信息领域中的消费电器后，并且认为MPEG4应提供的新方式用于通信，其中心主要围绕AV信息存储、处理以及操作展开，可以实现交互性、高压缩比以及通用存储性等的应用。结构上，它应具有适应并满足不断发展可，并且不断地更新技术。由于MPEG4的中心是在内容与交互性建立起来的，它对低码率范围没有特别的要求。
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