【正文】 30∶ 1～ 70∶ 1之間，有的甚至高達100∶ 1。 ? 目前，基于字典方式的壓縮已經(jīng)有了一個被廣泛認可的標準，從古老的 PKZip 到現(xiàn)在的 WinZip，特別是隨著 Inter 上文件傳輸?shù)牧餍校?ZIP 格式成為了事實上的標準，沒有哪一種通用的文件壓縮、歸檔系統(tǒng)敢于不支持 ZIP 格式。這類技術去除客觀和視覺冗余信息的能力已接近極限，其壓縮比不高，大約在 10:1左右。 ? 1984 年， Terry Welch 發(fā)表了名為“高性能數(shù)據(jù)壓縮技術” (A Technique for HighPerformance Data Compression)的論文，描述了他在 Sperry Research Center(現(xiàn)在是 Unisys 的一部分 )的研究成果。 ? 80 年代，數(shù)學家們不滿足于 Huffman 編碼中的某些致命弱點，他們從新的角度入手，遵循 Huffman 編碼的主導思想，設計出另一種更為精確，更能接近信息論中“熵”極限的編碼方法 ——算術編碼。 ? 80 年代初， Huffman 編碼又在 CP/M 和 DOS 系統(tǒng)中實現(xiàn)，其代表程序叫 SQ。 數(shù)據(jù)壓縮技術的歷史及理論基礎 ?主要的編碼方法有預測編碼、變換編碼和統(tǒng)計編碼，也稱為三大經(jīng)典編碼方法。 ?早在 1948 年 ， Oliver提出了 PCM編碼理論（ PCM編碼全名是 Pulse Code Modulation “脈沖碼調(diào)制”編碼）。 傳真數(shù)據(jù)量分析 ? 如果只傳送 2值圖像，以 200dpi的分辨率傳輸，一張 A4稿紙的數(shù)據(jù)量為： 1654*2337*1=3888768bit =390K ? 按目前 ，需要傳送的時間是： 270秒（ ） 這個問題是多媒體技術發(fā)展中的一個非常棘手的瓶頸問題。 彩色視頻數(shù)據(jù)量分析 ? 對于電視畫面的分辨率 640*480的彩色圖像，每秒 30幀，則一秒鐘的數(shù)據(jù)量為： 640*480*24*30= ? 播放時，需要 221Mbps的通信回路。 ? 一個陸地衛(wèi)星（ Land Sat3）的例子（其水平。數(shù)字化了的視頻和音頻信號數(shù)據(jù)量之大是非常驚人的，下面列舉兩例未經(jīng)壓縮的數(shù)字化信息的例子： ? 一頁印在 B5（約 18*25。一段時間內(nèi)，數(shù)字化的媒體信息數(shù)據(jù)的壓縮形式存儲和傳輸仍然是唯一的選擇。 ? 量化的基本原理及量化器的設計思想 ? 靜態(tài)圖像壓縮編碼的國際標準 （ JPEG） 原理 ， 實現(xiàn)技術 ， 以及動態(tài)圖像壓縮編碼國際標準 （ MPEG） 的基本原理 。 進入信息時代，人們將越來越依靠計算機獲取和利用信息，而數(shù)字化后的視頻和音頻等媒體信息具有數(shù)據(jù)海量性，與當前硬件技術所提供的計算機存儲資源和網(wǎng)絡帶寬之間具有很大的差距性。 4． 1 多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼的重要性和分類 ? 多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼的重要性 信息時代的重要特征是信息的數(shù)字化，數(shù)字化的信息帶來了 “信息爆炸 ”。 5cm）紙上的文件，若以中等分辨率（ 300d/I約 12像素點 /mm）的掃描儀進行采樣，其數(shù)據(jù)量約 6。垂直分辨率分別為 2340和 3240， 4波段，采樣精度 7位），它的一幅圖像的數(shù)據(jù)量為2340*3240*7*4=212M，按每天 30幅計，每天數(shù)據(jù)量為 212*30=6。 彩色視頻數(shù)據(jù)量分析 ? 實時傳輸： 在 10M帶寬網(wǎng)上實時傳輸?shù)脑挘枰獕嚎s到原來數(shù)據(jù)量的 ， 即 。解決這一問題，數(shù)據(jù)壓縮是行之有效的方法。該編碼理論的提出，標志著數(shù)據(jù)壓縮技術的誕生。 ? ： 1952 年第一次發(fā)表了 (A Method for the Construction of Minimum Redundancy Codes)論文。在數(shù)據(jù)壓縮領域， Huffman 的這一論文事實上開創(chuàng)了數(shù)據(jù)壓縮技術新紀元。可以證明，算術編碼得到的壓縮效果可以最大地減小信息的冗余度，用最少量的符號精確表達原始信息內(nèi)容。他實現(xiàn)了 LZ78 算法的一個變種 —— LZW。 ? 80 年代中期以后，人們對 LZ77 進行了改進，隨之誕生了一批我們今天還在大量使用的壓縮程序。 ? 70 年代末 80 年代初，人們逐漸意識到，對多數(shù)灰度或是彩色圖像乃至聲音文件，沒有必要忠實地保留其所有信息， 在允許一定的精度損失的情況下，可以實現(xiàn)更為有效的壓縮方法。第二代編碼技術代表性的方法有子帶圖像編碼等。 ? 對聲音、圖像、視頻等多媒體信息的壓縮有兩條思路，要么采用成熟的通用數(shù)據(jù)壓縮技術進行壓縮，要么根據(jù)媒體信息的特性設計新的壓縮方法。 GIF 精確地保留了原始圖像的每一個像素信息，是無損圖像壓縮的代表。所以，將香農(nóng)的信息論觀點運用到圖像信息的壓縮，所要解決的問題就是如何將圖像信息壓縮到最小，但仍攜有足夠信息以保證能復制出與原圖近似的圖像。 （ 1）信息量 信息量的大小和消息有一定的關系、在數(shù)學上，消息是其出現(xiàn)概率的單調(diào)下降函數(shù)。設從 N個數(shù)中選定任意一個數(shù) x的概率為產(chǎn) p（ x）．假定選定任意一個數(shù)的概率都相等，即 p（ x） =1/N，則信息量為： )]([)(/1)( logloglog 222 xpIxpNNxI ?????? （ 2） 熵的概念 ? 數(shù)據(jù)壓縮不僅起源于 40 年代由 Claude Shannon 首創(chuàng)的信息論，而且其基本原理即信息究竟能被壓縮到多小，至今依然遵循信息論中的一條定理，這條定理借用了 熱力學中的名詞“熵” ( Entropy )來表示一條信息中真正需要編碼的信息量。 ? 考慮用 0 和 1 組成的二進制數(shù)碼為含有 n 個符號的某條信息編碼，假設符號 Fn 在整條信息中重復出現(xiàn)的概率為 Pn，則該符號的熵也即表示該符號所需的位數(shù)位為： ? En = log2( Pn ) 舉個例子，對下面這條只出現(xiàn)了 a b c 三個字符的字符串： aabbaccbaa 字符串長度為 10，字符 a, b, c 分別出現(xiàn)了 5, 3 ,2 次，則 a b c 在信息中出現(xiàn)的概率分別為 , , ，他們的熵分別為： ?Ea = log2() = 1 ?Eb = log2() = ?Ec = log2() = 整條信息的熵也即表達整個字符串需要的位數(shù)為： E = Ea * 5 + Eb * 3 + Ec * 2 = 位 （ 2） 熵的概念 ? 如果用計算機中常用的 ASCII 編碼，表示上面的字符串我們需要整整 80 位呢！現(xiàn)在知道信息為什么能被壓縮而不丟失原有的信息內(nèi)容了吧。 若序列中各符號間是統(tǒng)計獨立的 ， 即前一個符號的出現(xiàn)不影響以后任何一個符號出現(xiàn)的概率 ， 則該序列是無記憶的 。 信源的相關性與序列熵的關系 ? 因此 ， 數(shù)據(jù)壓縮的一個基本途徑是去除信源產(chǎn)生的符號之間的相關性 ， 盡可能地使序列成為無記憶的 。圖像數(shù)據(jù)壓縮技術就是研究如何利用圖像數(shù)據(jù)的冗余性來減少圖像數(shù)據(jù)量的方法。例如，方格狀的地板圖案等，我們稱之為結(jié)構(gòu)冗余。 7，紋理的統(tǒng)計冗余： 有些圖像紋理盡管不嚴格服從某一分布規(guī)律，但是它在統(tǒng)計的意義上服從該規(guī)律。 理解這一概念的關鍵是要理解 “ 信源 ” 和“ 信號空間 ” 以及 “ 最少 ” 的含義 。 定義 2：數(shù)據(jù)壓縮就是信源的有效數(shù)字表示 。 ? 有損壓縮 是指使用壓縮后的數(shù)據(jù)進行重構(gòu) ， 重構(gòu)后的數(shù)據(jù)與原來的數(shù)據(jù)有所不同 ， 但不影響人對原始資料表達的信息造成誤解 。 2．預測編碼的分類 分為：線性預測（ DPCM）和非線性預測 ? DPCM的基本原理 DPCM編、解碼系統(tǒng)由以下三部分組成。但是預測編碼的壓縮能力有限， DPCM一般壓縮到 2~4bit/s。 ? 但是，往往許多問題在頻域中討論時，有其非常方便分析的一面。 圖像變換的前提條件 ?二維離散傅立葉變換 ?快速傅立葉變換 ?二維離散傅立葉變換的應用 ?離散余弦變換 4． 4 統(tǒng)計編碼 ? 統(tǒng)計編碼中的經(jīng)典方法： 哈夫曼編碼 Huffman編碼方法于 1952年問世 , 是 最小冗余度代碼的構(gòu)造方法（ A Method for the Construnction of Minimum Redundancy Codes） 中提出來的。 ? Huffman編碼的具體步驟歸納如下 : ① 概率統(tǒng)計（如對一幅圖像，或 m幅同種類型圖像作灰度信號統(tǒng)計），得到 n個不同概率的信息符號。 ⑤ 重復③，將新排序后的最后兩個小概率再相加，相加和與其余概率再排序。 4． 5 多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼的國際標準 ? 多媒體技術迅速發(fā)展，用戶如何選擇產(chǎn)品，用戶能自由地，組合、裝配來自不同廠家的產(chǎn)品部件，構(gòu)成自己滿意的系統(tǒng)？！這就提出了一個不同廠家產(chǎn)品的兼容性問題，因此需要一個，全球性的統(tǒng)一的國際技術標準。 它吸收了 JPEG和 ? CCITT 第 XV研究所 1984年成立了可視電話編碼專家組。其中聯(lián)合的含意是指，國際電報電話咨詢委員會 (CCITI)和國際標準化協(xié)會 (ISO)聯(lián)合組成的一個圖像專家小組。 JPEG標準是一個適用范圍廣泛的通用標準。 2， JPEG的四種操作方式： A，順序編碼 B，累進編碼 C，無失真編碼 D，分層編碼 JPEG 標準定義了兩種基本壓縮算法： (1). 基于 DCT （ Discrete Cosine Transform離散余弦變換 ） 變換有失真的壓縮算法。預測器采用的是基于 DPCM預測編碼方法 基于 DCT的有失真編碼處理總過程 ? 基于 DCT 的有失真壓縮編碼 基于 DCT的有失真編碼處理過程圖 DCT變換 量化器 壓縮圖像數(shù)據(jù) 表說明 表說明 原圖像 數(shù)據(jù) 熵編 碼器 8*8塊 壓縮圖像 數(shù)據(jù) 熵解碼器 逆量化器 IDTC 恢復圖像 數(shù)據(jù) 表說明 表說明 基于 DCT的有失真解碼處理過程圖 在對總體有了一個認識后，再細說各部分是如何具體實現(xiàn)的。即若采樣精度為 P位，采樣數(shù)據(jù)在范圍 內(nèi)，則變換成在范圍 內(nèi)，以此作為 DCT的輸入。 FDCT的輸出是 64個基信號的幅值，或稱 DCT系數(shù)，每個系數(shù)值由 64點輸入信號唯一地確定。 JPEG建議使用兩種熵編碼方法：哈夫曼 (Huffman)編碼和自適應二進制算術編碼(Adaptive Binary Arithmetic Coding)。 2. 然后對這些符號序列賦以變長的碼字。 議。算法必須能夠?qū)崟r操作，解碼延時要短。 為了使同一標準既能用于 PAL（ 625）和 NTSC（ 525）兩種電視制式系統(tǒng)，源編碼基于中間格式 CIF格式，所以輸入輸必須 經(jīng)轉(zhuǎn)換到 CIF或 QCIF格式再