s1093304 作業6

一、作業說明

主題: Run-Length Based Image Compression 練習

附件中為三張利用將晶片高度以色彩視覺化後的圖片。請設計一個基於 Run-Length 的壓縮方法，對圖檔作無失真壓縮後儲存成新檔案。部落格上應敘述你的壓縮方法，提供壓縮檔之格式，並計算三張圖的平均壓縮率(compression ratio)。

二、開發環境

• Windows 10
• Visual Studio Code 1.76.1
• Python 3.9.15
• OpenCV 4.6.0

三、實作過程

• 首先訂定讀取原圖檔案路徑、壓縮檔檔案路徑、解壓縮圖片路徑
  

  圖一、原圖檔案路徑、壓縮檔檔案路徑(存成dat檔)、解壓縮圖片路徑
  
  
• 對3個bmp檔進行壓縮後，分別計算三張圖片的壓縮率和平均壓縮率 (壓縮率 = 原圖大小 / 壓縮檔大小)

  

  圖二、壓縮圖片將其存成dat檔，並計算壓縮率

  
  
• 其中，compress_image()是進行圖片壓縮的函式，此函式主要執行以下三步驟
1. 讀取圖片並取得其圖片長寬。
2. 使用cv2.split()將圖像拆成三通道後，分別執行run_length_encode()方法對圖片進行壓縮。
3. 並將壓縮的值以逗點隔開再加上圖片的長寬資訊後，存成dat檔。
   圖三、將要讀取的原圖
   
   
• 其中run_length_encode()的執行流程如下
1. 透過groupby將 data 列表中連續重複的元素分組，相同的元素被放在一起形成一個 group
2. 遍歷每個group，並將 group 的長度（即連續出現的次數）和 group 的元素值（val）組成一個子列表
3. 每個子列表的意思為[連續的元素值個數, 元素]，ex:[2485284, 0]代表有連續2485284個0
4. 所有子列表蒐集成encoded_data後(可當作二維陣列)，再將該二維陣列攤平成一維後回傳
   

   圖四、run_length_encode()
   

   圖五、encoded_data的結構，例如其中[2485284, 0]代表有連續2485284個0
   
   
• 三張圖片壓縮後的壓縮率如下，分別為2.468、1.433、2.690，三張圖的平均壓縮率為2.197
  

  圖六、三張圖的壓縮率與平均壓縮率

  圖七、上排為原圖檔案大小(大小都是13.9MB)，下排為對應的壓縮檔大小(分別為5.66、9.75、5.19MB)

  

  圖八、壓縮檔內的資料，第一行為圖片的高與寬，第二行開始存放壓縮資料，內容為[連續次數, value]循環下去

• 接著進行解壓縮，使用decompress_image()函式，主要執行以下4步驟
1. 讀取dat檔並取得圖像的高和寬
2. 解壓縮，由於每一對的第一個元素表示數值的重複次數，第二個元素表示數值本身，根據重複次數 count 將數值 value 重複添加到 channel 列表中
3. 使用 reshape 方法將數組的形狀調整為 (image_height, image_width)，最後生成包含所有通道數據的列表，並將其作為參數傳遞給 cv2.merge 把解壓縮後的通道數據合併成完整的圖像
4. 最後使用cv2.imwrite()將解壓縮後的圖像寫入到指定的輸出路徑。
   

   圖九、decompress_image()解壓縮
   
   
• 最後使用np.array_equal()來比較解壓縮的圖片和原圖是否相等，實際結果為相等
  

  圖十、比對解壓縮後的圖片和原圖是否相等
  

  圖十一、解壓縮的圖片和原圖相同

  

  圖十二、解壓縮後的圖
  
  
  影片Demo