多媒体数据压缩编码技术.ppt

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1、第4章多媒体数据压缩编码技术4.1压缩概论信息时代的重要特征是信息的数字化，数字化了的信息带来了“信息爆炸”。数字计算机面临的是数值、文字、语言、音乐、图形、动画、电视视频图像等多种媒体承载的由模拟量转化成数字量信息的吞吐、存储和传输的问题。数字化了的视频和音频信号的数量之大非常惊人。多媒体数据存在大量的冗余，通过去除那些冗余数据可以使原始数据极大地减少，因此，多媒体数据压缩编码技术就是研究如何利用多媒体数据的冗余性来减少数据量的方法。1.压缩的需要一页印在B5纸上的文件，若以中等分辨率（300dpi）扫描采样，其数据量约6.61MB/页，一片650MB的CD-ROM可存放98页。双

2、通道立体声激光唱盘(CD-DA)，采样频率为44.1kHz，采样精度16位/样本，一个650MB的CD-ROM可存储约一个小时的音乐。数字音频磁带(DAT)，采样频率48kHz，采样精度16位/样本，一个650M的CD-ROM，可存约2小时的节目。1.压缩的需要源输入格式(sourceinputformation，SIF)，NTSC制、色彩、4:4:4采样：--每帧数据量352×240×3=253KB--每秒数据量(位率)253×30=7.603MB/s--一片CD-ROM节目时间(650÷7.706)/60=1.42分/片国际无线电咨询委员会(internationalconsul

3、tativecommitteeforradio,ICCR)格式，PAL制、4:4:4采样：--每帧数据量720×576×3=1.24MB--每秒数据量1.24×25=31.3MB/s--一片CD-ROM节目时间650÷31.1=20.9秒/片1.压缩的需要这样大的数据量，无疑给存储器的存储容量、通信干线的信道传输率以及计算机的速度都增加了极大的压力。解决这一问题，单纯用扩大存储器容量、增加通信干线的传输率的办法是不现实的。数据压缩技术是个行之有效的方法。通过数据压缩手段把信息数据量压下来，以压缩形式存储和传输，既节约了存储空间，又提高了通信干线的传输效率，同时使计算机实时处理音频、视

4、频信息，以保证播放出高质量的视频、音频节目成为可能。2.压缩的可能空间冗余--同一景物表面上各采样点的颜色之间往往存在着空间连贯性，但是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连贯性，从而产生了空间冗余。--可以通过改变物体表面颜色的像素存储方式来利用空间连贯性，达到减少数据量的目的。2.压缩的可能时间冗余--这是序列图像（电视图像、运动图像）中经常包含的冗余。--序列图像一般为位于一时间轴区间内的一组连续画面，其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，所以后一帧的数据与前一帧的数据有许多共同的地方，这种共同性是由于

5、相邻帧记录了相邻时刻的同一场景画面，所以称为时间冗余。2.压缩的可能结构冗余--在有些图像的纹理区，图像的像素值存在着明显的分布模式，例如，方格状的地板图案等。我们称此为结构冗余。--已知分布模式，可以通过某一过程生成图像。2.压缩的可能知识冗余--有些图像的理解与某些知识有相当大的相关性。例如，人脸的图像有固定的结构。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，对某些图像中所包含的物体，我们可以构造其基本模型，并创建对应各种特征的图像库，进而图像的存储只需要保存一些特征参数，从而可以大大减少数据量。知识冗余是模型编码主要利用的特性。2.

6、压缩的可能视觉冗余--事实表明，人类的视觉系统对图像场的敏感性是非均匀和非线性的。然而，在记录原始的图像数据时，通常假定视觉系统是线性和均匀的，对视觉敏感和不敏感的部分同等对待，从而产生了比理想编码（即把视觉敏感和不敏感的部分区分开来编码）更多的数据，这就是视觉冗余。--通过大量实验，发现以下视觉的非均匀特征。视觉系统对图像的亮度和色彩度的敏感性相差很大；随着亮度的增加，视觉系统对量化误差的敏感度降低；人眼的视觉系统在图像的边缘和非边缘区域分开来处理；人类的视觉系统总是把视网膜上的图像分解成若干个空间有向的频率通道后再进一步处理。2.压缩的可能图像区域的相同性冗余--它是指在图像中的

7、两个或多个区域所对应的所有像素值相同或相近，从而产生的数据重复性存储，这就是图像区域的相似性冗余。--在以上的情况下，记录了一个区域中各像素的颜色值，则与其相同或相近的其他区域就不在记录其中各像素的值。--向量量化方法就是针对这种冗余性的图像压缩编码方法。2.压缩的可能纹理的统计冗余--有些图像纹理尽管不严格服从某一分布规律，但是它在统计的意义上服从该规律。利用这种性质也可以减少表示图像的数据量，所以我们称之为纹理的统计冗余。3.冗余的基本概念冗余——信息