数字化后的视频和音频等媒体信息具有海量性

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1、数字化后的视频和音频等媒体信息具有海量性，与当前计算机所提供的计算机存储资源和网络带宽之间有很大差距，这样对多媒体信息的存储造成很大困难。因此，多媒体信息以压缩的形式进行存储和传播成为必要，同时因为多媒体数据之间存在大量冗余现象，如空间冗余、时间冗余、结构冗余、知识冗余、视觉冗余、图像区域的相同性冗余和纹理统计冗余，使得多媒体数据压缩成为可能。本章主要介绍了数据压缩的基本原理和方法，以及数据压缩的编码原理和压缩标准。第7章多媒体压缩技术7.1数据压缩的基本原理和方法根据多媒体不同的表现形式和不同场合以及质量方面的应

2、用需求，必须有针对性地进行设计。而各种压缩方法应该符合一定范围内的性能指标，以满足实际应用的领域的需要。7.1.1数据压缩方法的分类数据压缩技术自从1948年提出以来，经过50多年的发展。根据解码后的数据与压缩之前的原始数据是否完全一致，可以分为无损压缩编码和有损压缩编码。无损压缩编码具有可恢复性和可逆性。该编码在压缩时不丢失任何数据，即把所有的数据都作为比特序列，解压后的数据与原始数据完全一致。有损压缩编码不具有可恢复性和可逆性，该编码在压缩时舍弃冗余的数据，例如人眼较难分辨的颜色或人耳难以分辨的方向源信号，实际

3、取决于初始信号的类型、信号的相关性以及语义等内容。这些被舍去的信息值是无法再找回的，所以还原后的数据与原始数据存在差异。统计编码：属于无失真编码。根据信源符号出现概率的分布特性进行编码，让概率大的信源符号用短码字表示，让概率小的信源符号用长码字表示，从而去除数据之间的冗余而达到压缩的目的。预测编码：根据离散信号之间存在一定的相关性特点，利用前面的一个或多个信号对下一个信号进行预测，然后对实际值和预测值的差值进行编码。如果所有的信源符号出现的概率相同，则说明平均信息量最大，也就不存在信源的冗余。根据数据压缩的原理可以

4、分为：统计编码、预测编码、变换编码、分析-合成编码和其他编码。变换编码：属于有失真的编码。变换编码是将原始数据从初始空间或时间域进行数学变换，变换为更适合于压缩的抽象域。关键的是要寻找一个最佳变换，使信息中最重要的部分易于识别。变换本身是可逆的无损的，为了取得更好的效果，忽略了一些编码位数较长的系数而成为了有损编码。变换编码一般经过变换、变换域采样和量化三个步骤分析/合成编码：是基于某种模型的编码方法，这些模型可以是声道模型、语音模型、人体模型等。通过分析模型的具体特征，确定与之匹配的编码。其他编码方法常见的有：混

5、合编码（HybridCoding）、矢量量化（VectorQuantize，VQ）、LZW算法等。还有近年来新出现的编码方法：人工神经元网络（ArtificialNeuralNetwork，ANN）算法、分形（Fractal）算法、小波（Wavelet）算法、基于对象（Object-Based）的算法、基于模型（Model-Based）的算法等。7.1.2数据压缩的性能指标衡量一种数据压缩技术的重要性能指标有压缩比、压缩速度、压缩质量和计算量。压缩比压缩比是指原始数据量和压缩后数据量的比值。有损压缩有很高的压缩比采

6、用不同的压缩编码可得到不同的压缩比。无损压缩能实现的压缩比，一般只有数倍，而且与被压缩的对象有关。文字、图像普遍采用无损压缩。例如，MPGE是一种包含音频和图像在内的压缩技术，利用MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4三个方案，对音频的感知编码中，MPEG-1方案的音频压缩比是1:4，MPEG-2方案的音频压缩比是1:6…1:8，MPEG-4方案的音频压缩比是1:10…1:12。但是MPEG对图像的压缩算法，所提供的压缩比可以高达200:1。利用JPEG也可以有多种图像的压缩比，甚至可以减小到原图像的百分之一（压

7、缩比100:1）。压缩速度压缩速度指编码或解码的快慢程度。不同的应用场合，对压缩速度要求是不同的。对于一个压缩系统而言，有对称压缩和非对称压缩之分。所谓对称压缩，就是压缩和解压缩都需要实时进行的。例如：电视会议的图形传输。非对称压缩常常在解压缩方面要求是实时的，但压缩可以不是实时的。例如，多媒体CD-ROM的制作过程可以不是实时的，但解压缩必须是实时的，否则用户看到的就不是连续的图像。压缩质量压缩质量是指压缩以后对媒体的感知效果。有损压缩才可能影响人对媒体的感知效果。压缩质量的好坏与压缩算法、数据内容和压缩比有密切

8、的关系。例如，使用JPEG编码时，当压缩比为20:1时，能看到图像稍微有点变化，当压缩比大于20:1时，一般图像质量开始变坏。但使用MPEG编码时，可以得到很好的数据压缩而依然保持CD声音质量的原样。在较高的压缩比下，也能获得较好的图像质量。计算量图像数据压缩需要进行大量计算，从目前的技术来看，压缩的计算量比解压缩计算量要大，例如动态图象的压缩编码计算量约为