一：實驗原理

1.DCPM編碼原理

DPCM是差分預測編碼調製的縮寫，是比較典型的預測編碼系統。DCPM編碼是對模擬信號幅度抽樣的差值進行量化編碼的調製方式，這種方式是用已經過去的抽樣值來預測當前的抽樣值，對它們的差值進行編碼。在DPCM系統中，需要注意的是預測器的輸入是已經解碼以後的樣本。之所以不用原始樣本來做預測，是因爲在解碼端無法得到原始樣本，只能得到存在誤差的樣本。因此，在DPCM編碼器中實際內嵌了一個解碼器，下面分別是編碼器系統框圖和解碼器系統框圖，可以看出，虛線框中框出的即爲編碼器中內嵌的解碼器。

上圖中，xn爲輸入的信號，通過與預測值相減得到預測誤差dn，dn經量化後得到d^n。d^n一方便送到信道進行傳輸，另一方面用於更新預測值。

在一個DPCM系統中，有兩個因素需要設計：預測器和量化器。理想情況下，預測器和量化器應進行聯合優化。實際中，採用一種次優的設計方法：分別進行線性預測器和量化器的優化設計。本次實驗中，採用固定預測器和均勻量化器。，預測器採用左側預測，量化器採用8比特均勻量化，通過對一個256級的灰度圖像（或者彩色圖像的亮度部分）進行DPCM編碼，驗證DCPM編碼的編碼效率。

二：實驗流程及代碼分析

實驗流程框圖：

關鍵代碼分析：

本實驗工程目錄如下：

Huffman編碼器工程目錄如下：（Huffman編碼上一實驗已給出，這裏不再贅述）

該DCPM編碼實驗主要包括一個主文件和一個rgb2yuv函數文件，是在實驗2的基礎上經添加相關代碼，添加的代碼下面將一一給出，rgb2yuv函數在之前實驗2中已給出，這裏不再贅述。

main.cpp文件中：

/*初始化變量*/

		//定義變量
		char* bmpFileName = NULL;
		char* yuvFileName = NULL;
		/*add by yangyulan*/
		char* yuv1FileName = NULL;//用於存儲重建圖像的文件
		char* qFileName = NULL;//用於存儲量化誤差圖像的文件
		/*end by yangyulan*/
		bmpFileName = argv[1];
		yuvFileName = argv[2];
		/*add by yangyulan*/
		yuv1FileName = argv[3];
		qFileName =  argv[4];
		u_int8_t* q = NULL;//指向量化誤差buffer的指針
		/*end by yangyulan*/
		u_int8_t* rgbBuf = NULL;
		u_int8_t* yBuf = NULL;
		u_int8_t* uBuf = NULL;
		u_int8_t* vBuf = NULL;

/*打開文件*/

		/*add by yangyulan */
		FILE *yuv1File=  fopen(yuv1FileName, "ab");
		if (yuv1File  == NULL) 
		{
			printf("can not find yuv file\n");
			exit(1);
		}
		FILE *qFile=  fopen(qFileName, "ab");
		if (qFile  == NULL) 
		{
			printf("can not find q file\n");
			exit(1);
		}
		/*end by yangyulan*/

/*開闢緩衝區*/

	/*add by yangyulan*/
		q = (u_int8_t*)malloc(width*height);
		
		/*end by yangyulan*/

/*將原圖像進行rgb2yuv處理並輸出灰度文件後，進行如下DPCM編碼處理*/

/*add by yangyulan*/
			for ( int i = 0; i < height; i++)
			{
				float yp=128;//yp爲預測值
				for (int j = 0; j < width; j++)
				{
					float m=(float)*(yBuf+i*width+j)-yp;//差值
					m/=2;//量化
					*(q+i*width+j)=(u_int8_t)(m+128);//量化誤差
					//m*=2;//反量化
					*(yBuf+i*width+j)=(u_int8_t)(m+yp);//重建後的樣本
					yp=(float)*(yBuf+i*width+j);//更新預測值
				}
			}
		

				//將重建後的值寫入文件
				fwrite(yBuf, 1, width*height, yuv1File);

				++videoFramesWritten;
				//將量化誤差寫入文件
				fwrite(q,1,width*height,qFile);
			/*end by yangyulan*/

三：實驗結果

本實驗經DCPM編碼後共生成三個yuv文件：原圖像文件，經DPCM編碼後重建圖像文件和量化誤差文件。

原圖像	預測誤差圖像	重建圖像

從上圖可以看出，經過DPCM編碼之後的重建圖像比未經編碼的原圖像質量有所下降，原因在於在對預測誤差的8比特量化引起了量化誤差。

圖像文件（包括原圖像和DPCM編碼後的預測誤差圖像）經Huffman編碼後的概率分佈圖和壓縮比：

原圖像	預測誤差圖像	原圖像概率分佈	預測誤差圖像概率分佈	原圖像壓縮比	預測誤差圖像壓縮比
				2.220	1.107
				1.103	1.524
				1.156	2.681
				1.121	2.500