第3章多媒体数据压缩技术

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1、多媒体技术第3章1第3章多媒体数据压缩编码技术3.1概述3.2数据压缩的基本方法3.3静态图像压缩编码国际标准—JPEG3.4运动图像压缩编码国际标准—MPEG3.5音频数字化与压缩编码技术2第3章多媒体数据压缩编码技术多媒体数据压缩编码的重要性数据冗余类型数据压缩技术的分类3第3章多媒体数据压缩编码技术媒体数据压缩编码的重要性信息时代的重要特征是信息的数字化。早期的计算机系统采用模拟方式表示信息，但存在着明显的缺点：①经常会产生噪音和信号丢失，并且在复制过程中逐步积累噪音和误差。②模拟信号不适合数字计算机加工处理。4媒体数据压缩编码的重要性数字化后未经压缩的视频和音频等媒体信

2、息的数据量是非常大的1.图像数据量的大小可用下面的公式来计算：图像数据量＝图像的总像素×色彩深度÷8（单位为Byte，简写为B）例如，一幅640×480、24位（bit）真彩色的图像，其文件大小为：640×480×24÷8＝921.6KB5媒体数据压缩编码的重要性2.双通道立体声激光唱盘，采用脉冲码调制采样，采样频率为44.1KHz，采样精度16位，其一秒钟时间内的采样数据量为：44.1×1000×16×2÷8＝176.4KB一个650MB的CD—ROM，大约可存1小时的音乐。6媒体数据压缩编码的重要性3.对动态图形和视频图像。例如对于彩色电视信号，设代表光强Y的带宽为4.2MHz、

3、色彩I为1.5MHz和色饱和度Q为0.5MHz，采样频率＞2倍原始信号频率，各分量均被数字量化为8位，从而1秒钟电视信号的数据量为：（4.2＋1.5＋0.5）×2×8×1000000÷8＝12.4MB7媒体数据压缩编码的重要性容量为650MB的CD—ROM仅能存1分钟的原始电视数据。若为高清晰度电视（HDTV）其1秒钟数据量约为150MB（1.2Gbps÷8），一张CD—ROM还存不下5秒钟的HDTV图像。巨大数字化信息的数据量对计算机存储资源和网络带宽有很高的要求，解决的办法就是要对视、音频的数据进行大量的压缩。播放时，传输少量被压缩的数据，接收后再对数据进行解压缩并复原。8数据冗

4、余类型1.空间冗余基于离散像素采样来表示物体颜色的方式通常没有利用景物表面颜色的这种空间相关性，这些相关性的光成像结构在数字化图像中就表现为空间冗余。我们可以通过改变物体表面颜色的像素存储方式来利用空间相关性，达到减少数据量的目的。9数据冗余类型2.时间冗余时间冗余反映在图像序列中的相邻帧图像（电视图像、动画）之间有较大的相关性，一组连续画面中的相邻帧往往包含相同的背景和移动物体，只不过移动物体所在的空间位置略有不同，把一帧图像中的某物体或场景可以由其他帧图像中的物体或场景进行处理后重构出来，可以大大减少时间冗余。10数据冗余类型3.结构冗余有些图像具有较强的相似性的纹理结构，例如布

5、纹图像和草席图像，方格状的地板图案等，我们称此为结构冗余。4.知识冗余有许多图像的理解与某些基础知识有相当大的相关性，这类规律性的结构可由先验知识和背景知识得到，我们称此类冗余为知识冗余。根据已有的知识，我们可以构造图像物体的基本模型，并创建图像库。11数据冗余类型5.视觉冗余人的接收系统如视觉系统和听觉系统是有一定限度的，人眼并不能察觉图像场的所有变化，如人类视觉系统分辨能力约为64灰度等级，而一般图像量化采用256灰度等级，这类冗余我们称为视觉冗余。6.听觉冗余人耳的敏感性不能察觉所有频率的变化，存在听觉冗余。12数据压缩技术的分类根据多媒体数据冗余类型的不同，解码后数据与原始

6、数据是否完全一致、质量有无损失来进行分类，压缩方法可被分为有失真编码和无失真编码两大类。无失真压缩法也称无损压缩，无失真压缩的特点是压缩比较小，大约在2∶l至5∶l之间，主要用于文本数据、程序代码和某些要求严格不丢失信息的环境中，常用的无失真压缩编码有如哈夫曼编码等。13数据压缩技术的分类有失真压缩法也称有损压缩，有失真压缩法的冗余压缩取决于初始信号的类型、前后的相关性、信号的语义内容等，压缩比可以从几到几百倍，常用的有失真压缩编码技术有预测编码、变换编码、模型编码、混合编码方法等。主要用于压缩图像、声音等信息。14常用的图像和视频压缩方法如图3-1所示：图像和视频压缩方法哈夫曼编

7、码行程编码算术编码LZW编码DCT编码小波变换子带编码无失真压缩有失真压缩预测编码变换编码模型编码运动补偿混合编码分形编码JPEGMPEGH.261数据压缩技术的分类15行程（游程）RLE编码技术行程编码主要思路是用编码器不断比较信息源符号相邻元素值的变化幅度，一旦发现有明显的变化，就开始一个行程。编码器检测每一个行程起点位置开始的多次重复的比特或者字符序列，然后将一个相同值的连续串出现次数作为行程长度，并将行程长度转换成代码，再取用信息源符号的一个代表