chapter4多媒体数据压缩与编码技术

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1、第第44章章多媒体数据压缩与编码技术多媒体数据压缩与编码技术本章提要4.1多媒体数据压缩技术概述4.2常用的数据压缩编码方法4.3音频压缩标准在多媒体系统中，为达到令人满意的图像、视频画面的质量和听觉效果，必须解决视频、图像和音频信号数据的大量存储和实时传输问题。数字化了的视频信号和音频信号的数据量非常大。例如，一幅具有中等分辨率(640×480)的真彩图像（24bit/像素），数据量约为7.37Mbit/帧，若要达到每秒25帧的现实要求，每秒所需的数据量为184Mbit另一方面，视频、图像和声音这些媒体确实又具有很大的压缩潜力，数据的冗余很大。例如，位图图像的像素之间

2、无论在行方向和列方向上都有很大相关性。因此，在允许一定限度的失真前提下，能够对图像数据进行压缩。4.1.1数据冗余的类型图像、视频和音频中存在的数据冗余类型一般有以下几种：(1)空间空余•同一幅图像中，规则物体或规则背景具有相关性，这些相关性使其数字化图像具有数据冗余。(2)时间冗余•图像序列中相邻帧图像之间有较大的相关性，一帧图像中的某物体或场景可以由其它帧图像中的物体或场景重构出来。音频的先后样值之间也同样有时间冗余。(3)信息熵冗余•当信源符号的统计概论已知时，分配给第i个码元的比特数b(y)=-logp才能达到最优编码，但实际中符ii号发生的概率难以准确预测，比特分

3、配达不到最佳，存在信息冗余。(4)视觉冗余•人眼并不能察觉图像的所有变化，人的视觉能分辨26灰度等级，而一般图像的量化采用的是28灰度等级，存在视觉冗余。(5)听觉冗余•人耳对不同频率声音的敏感性是不一样的，并不能察觉所有频率的变换，对某些频率不必特别关注，因此存在听觉冗余。(6)其它冗余：结构冗余•图象有非常强的纹理结构•如草席图结构上存在冗余知识冗余等•图像的理解与某些基础知识有关•例:人脸的图像有同样的结构：嘴的上方有鼻子，鼻子上方有眼睛，鼻子在中线上……4.1.2数据压缩方法的分类针对多媒体数据冗余类型的不同，相应地有不同的压缩方法。根据解码后的数据是否与原始

4、数据一致，压缩方法可分为有失真编码和无失真编码。在此基础上，根据编码原理，大致分为：预测编码变换编码统计编码分析—合成编码混合编码和其他一些编码方法其中统计编码为无失真编码，其它为有失真编码。预测编码•根据离散信号之间存在着一定关联性的特点，利用前面一个或多个信号预测下一个信号进行，然后对实际值和预测值的差（预测误差）进行编码。如果预测比较准确，误差就会很小。在同等精度要求的条件下，就可以用比较少的比特进行编码，达到压缩数据的目的。4.1.3数据压缩技术的性能指标评价一种数据压缩技术的性能指标好坏主要有3个关键的指标：压缩比•输入数据量同输出数据量之比例：512

5、×480，24bit/pixel输入＝737280Bytes，输出15000Bytes压缩比＝737280/15000＝49图像质量•无损压缩(winrar)和有损压缩；mp3,jpeg,rm,rmvb,wma,wmv等是有损压缩。对图像质量的评估主观尺度客观尺度1^2•均方误差：E(x(i)x(i))nni2信噪比：SNR10lgx(dB)2r2x峰值信噪比：PSNR10lgmax(dB)2r其中，x(n)为原始图像信号序列，x^(n)为重建图像信号，x为x(n)的峰值。max^22E{[x(n)x(n)]}r22E[x(n)]x压缩和解

6、压速度•动态视频要求实时编码、解码。软件或专用硬件实现。•动态图象中，压缩、解压速度要求更严格。本章提要4.1多媒体数据压缩技术概述4.2常用的数据压缩编码方法4.3音频压缩标准4.2.1DPCM和ADPCM编码DPCM（差分脉冲编码调制）和ADPCM（自适应差分脉冲编码调制）是两种典型的预测编码，适于声音和图像数据的压缩。如JPEG。DPCMPCM即为脉冲编码调制，将原始的模拟信号经过时间采样，然后对每一样值进行量化。DPCM不是对每一样值都进行量化，而是预测下一个样值，并量化当前已知的实际样值和预测值之间的差，达到压缩的目的。图中：x(n)为采样的图像或声音数据；

7、x~(n)是x(n)的预测值；d(n)=x(n)-x~(n)是实际值同预测值的差值；d^(n)是d(n)的量化值；x~(n)是引入了量化误差的x(n)。d^(n)x(t)x(n)d(n)采样⊕量化●压缩后数据-x~(n)x^(n)+预测器⊕+DPCM编码框图~x(n)0121123344…x(1)0,x^(n)0012112334…~d(j)x(j)x(j),j1d(n)011-1011010…通过比较x(n),d(n)，可见编码系统输出的d(n)的幅度变小了