第05章 多媒体数据压缩

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1、多媒体实用教程第五章多媒体数据压缩October20075.1数据压缩基本概念5.1.1为什么要数据压缩【例5.1】计算没有压缩前音频、静态图像和高清晰数字电视视频数据量。•(1)音频数据量对于音频信息来说，如果按CD音质（CD-DA）对原始音频进行不经压缩的数字化，采样频率为44.1kHz、量化精度为16bit、双声道立体声，则每分钟的数据量为：44.1×103×16×2×60÷8÷220=10.1MB这样，一张CD-ROM光盘按650MB的容量来计算，只能存放1个小时的CD音乐。5.1数据压缩基本概念•(2)静态图像数据量

2、目前数码相机主流的分辨率500万像素（2576×1932dpi），如果按24位色深来表达，则存储这张图片所需的磁盘空间为：5000000×24÷8÷220=14.3MB则一张128MB的存储卡，只能存储8张照片。5.1数据压缩基本概念•(3)高清晰数字电视视频数据量以计划中的高清晰数字电视视频数据为例，其最高分辨率达1920×1152（25帧/s）（采用MPEG-2的MP＠HL编码方案），则其每秒钟视频数据量高达：1920×1152×24÷8÷220×25=158.2MB这样，一张CD-ROM光盘按650MB的容量来计算，只能

3、存放4s的高清晰电视节目。•通过数据压缩手段，以压缩形式存储和传输信息，既节约了存储空间，又提高了通信干线的传输效率，同时也使计算机实时处理音频、视频信息，以保证播放出高质量的视频、音频节目成为可能。5.1数据压缩基本概念5.1.2多媒体数据压缩的可能性•图像信息之所以能进行压缩是因为信息本身通常存在很大的冗余量（数据压缩的基础）。•人的视觉和听觉对某些信号（如颜色，声音）不那么敏感的生理特性，至使信息被压缩之后还不知不觉，也不至对压缩后的信息产生误解。正因为如此，可以在允许保真度的条件下压缩待存储的图像数据。•CPU性能不断

4、提高，也为数据压缩提供了有利条件。5.1数据压缩基本概念5.1.3多媒体数据压缩的发展•1．经典压缩编码技术三大经典编码方法:预测编码、变换编码和统计编码.经典编码技术又可以称为“第一代”编码技术.•2．“第二代”压缩编码方法•第二代”编码技术不局限于信息论的框架，而是要充分利用人的视觉生理、心理和图像信源的各种特征，实现从“波形”编码到“模型”编码的转变，以便获得更高压缩比。其压缩比多在30:1至70:1之间，甚至更高。•“第二代”编码方法主要有：基于分形的编码、基于模型的编码、基于区域分割的编码和基于神经网络的编码等。5.

5、1数据压缩基本概念5.1.4多媒体数据压缩分类•多媒体数据压缩方法根据不同的依据可产生不同的分类:•根据信息有无损失可分为：无损压缩、有损压缩。•根据其作用域在空间于或频率域上分为：空间方法、变换方法和混合方法。•根据是否自适应分为：自适应性编码和非自适应性编码。5.1数据压缩基本概念图数据压缩编码分类的一般方法；差分脉冲调制编码（DPCM）自适应差分脉冲调制编码（ADPCM）预测编码帧间预测编码离散余弦变换（DCT）K-L变换小波变换哈夫曼编码游程长度编码算术编码LZW编码矢量量化编码子带编码分形编码JPEGMPEG混合编码

6、H.2615.1数据压缩基本概念5.1.5多媒体数据压缩性能的评价标准多媒体数据压缩性能的评价标准：•(1)压缩比压缩比是指文件原始大小和经压缩后文件大小之间的比例。作为压缩率的衡量指标，压缩的倍数越高越好。•(2)压缩质量虽然有损压缩可获得较大的压缩比，但压缩比过高，还原后的图像质量就可能降低。人们在追求高压缩比的同时，又希望确保压缩的质量。•(3)压缩与解压缩的速度压缩和解压缩的速度是压缩系统的两项单独的性能度量。5.1数据压缩基本概念【例5.2】某风景图片JPEG2000与JPEG静态图像压缩质量比较。5.2常用压缩编码

7、多媒体数据的压缩编码技术有：熵编码行程编码词典编码预测编码变换编码5.2常用压缩编码5.2.1熵编码•数据压缩技术的理论基础就是信息论。信息论中的信源编码理论解决的主要问题：（1）数据压缩的理论极限。（2）数据压缩的基本途径。•根据信息论的原理，数据压缩的理论极限是信息熵。•熵编码是一种基于统计的、可变码长的压缩编码方法，是根据消息出现概率的分布特性而进行的，将出现概率最多的信息赋予最短的编码，将出现概率较少的信息赋予较长的编码，以缩短平均编码长度，熵编码是无损数据压缩编码。5.2常用压缩编码【例5.3】计算字符串“

8、aabbaccbaa‖的熵编码的位数。•该字符串长度为10，字符a、b、c分别出现了5、3、2次，则a、b、c、在信息集中出现的概率分别为0.5、0.3、0.2，它们的信息量分别为：Ilog（0.5）1bita2Ilog（0.3）1.737bitb2Ilog（