数字媒体压缩技术

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1、数字媒体基础数字媒体压缩技术教学目标：（1）了解数字媒体数据压缩的原因。（2）理解数字媒体数据压缩技术的不同分类。（3）掌握通用的数据压缩编码算法。（4）了解各种数字媒体数据压缩的标准。学习内容：1数据压缩及分类2通用的数据压缩技术3数字媒体压缩标准1.1压缩的可能性与信息冗余经过数字化处理后的图形、图像、视频和音频等媒体信息的数据量非常大，如果不进行数据压缩，计算机系统就无法对它进行存储、交换和传输。1）数字图像2）数字视频3）数字音频（数据量的计算）1数据压缩及分类1.1压缩的可能性与信息冗余数据能够被压缩的主要原因在于媒体数据中存在数据的信息冗余

2、。信息量包含在数据之中，一般的数据冗余主要体现在：1）空间冗余2）结构冗余3）时间冗余4）视觉冗余5）知识冗余6）信息熵冗余1数据压缩及分类1.2数据压缩分类按信息压缩前后比较是否有损失进行划分：无损压缩指使用压缩后的数据进行重构（还原或解压缩），重构后的数据与原来的数据完全相同。常用的无损压缩算法有霍夫曼(Huffman)算法和LZW算法。也称为可逆编码。有损压缩指使用压缩后的数据进行重构，重构后的数据与原来的数据有所不同，但不影响人对原始资料表达的信息造成误解。也称为不可逆编码。按数据压缩编码的原理和方法进行划分：统计编码：主要针对无记忆信源，根据

3、信息码字出现概率的分布特征而进行压缩编码，寻找概率与码字长度间的最优匹配。预测编码：是利用空间中相邻数据的相关性来进行压缩数据的。变换编码：是将图像时域信号转换为频域信号进行处理。分析–合成编码：是指通过对源数据的分析，将其分解成一系列更适合于表示的“基元”或从中提取若干更为本质意义的参数，编码仅对这些基本单元或特征参数进行。无记忆信源【无记忆信源】（1）存在一个或多个基本符号集；（2）将多个基本符号集做笛卡儿积，形成一定长度的联合概率空间；（3）运用外力的功（电动势）将单个符号或一定长度的符号序列从随机事件转化成必然事件，或者说，将一个随机系统转化成

4、一个必然系统；并且回退到原始空间中来，该原始空间的概率分布不因为事件的发生而改变。【有记忆信源】（1）存在一个或多个基本符号集；（2）将多个基本符号集做笛卡儿积，形成一定长度的联合概率空间；（3）运用外力的功（电动势）将单个符号或一定长度的符号序列从随机事件转化成必然事件，或者说，将一个随机系统转化成一个必然系统；不能回退到原始空间中来，即原始空间的概率分布因为事件的发生而改变。按照媒体的类型进行压缩划分：图像压缩标准：JPEG等声音压缩标准：MP3运动图像压缩标准：MPEG、H.26x系列、AVS目录2通用的数据压缩技术行程编码字典编码熵编码等PCM

5、DMDPCM通用的压缩方法具有压缩比低、通用性强等特点无损压缩技术有损压缩技术目录2.1编码的理论基础数据压缩技术的理论基础是信息论。根据信息论的原理，可以找到最佳数据压缩编码方法，数据压缩的理论极限是信息熵。熵是信息量的度量方法，它表示某一事件出现的消息越多，事件发生的可能性就越小，数学上就是概率越小。信息与信息量信息量是指信源中某种事件的信息度量或含量。一个事件出现的可能性愈小，其信息量愈多，反之亦然。若pi为第i个事件的概率为0≤pi≤1，则该事件的信息量为一个信源包括的所有数据叫数据量，而数据量中包含有冗余信息。信息量=数据量-冗余量信息熵信息

6、熵就是将信源所有可能事件的信息量的平均。设从N个数中选定任一个数xj的概率为p(xj)，假定选定任意一个数的概率都相等，即p(xj)＝1/N，则I(xj)＝log2N＝-log21/N＝-log2p(xj)=I[p(xj)]上式中，p(xj)是信源X发出xj的概率。I(xj)的含义是信源X发出xj这个消息（随机事件）后，接收端收到信息量的量度。信息熵(续)信源X发出的xj(j=1,2,…,n)共n个随机事件的信息量的统计平均，即H(X)=E{I(xj)}=H(X)称为信源X的“熵”，即信源X发出任意一个随机变量的平均信息量。其中，等概率事件的熵最大，假

7、设有N个事件，此时熵为：H(X)＝＝信息熵(续)当P(x1)＝1时，P(x2)＝P(x3)＝…＝P(xj)＝0，此时熵为H(X)＝－P(x1)＝0由上可得熵的范围为：0≤H(X)≤信息熵(续)在编码中用熵值来衡量是否为最佳编码。若以Lc表示编码器输出码字的平均码长，其计算公式为：Lc＝（j=1,2,…,n）其中：P(xj)是信源X发出xj的概率，L(xj)为xj的编码长。信息熵(续)平均码长与信息熵之间的关系为：Lc≥H(X)有冗余，不是最佳。Lc＜H(X)不可能。Lc＝H(X)最佳编码（Lc稍大于H(X)）熵值为平均码长Lc的下限。2.2霍夫曼编码霍

8、夫曼编码（Huffman）是运用信息熵原理的一种无损编码方法，这种编码方法根据源数据各信号发生