【正文】 媒 體 技 術第 4章第 3章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼技術n 概述n 數(shù)據(jù)壓縮的基本方法n 靜態(tài)圖像壓縮編碼國際標準 —JPEGn 運動圖像壓縮編碼國際標準 —MPEGn 音頻數(shù)字化與壓縮編碼技術2第 3章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼技術n 多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼的重要性u數(shù)據(jù)冗余類型u數(shù)據(jù)壓縮技術的分類3第 3章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼技術n 媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼的重要性u 信息時代的重要特征是信息的數(shù)字化。8 （單位為 Byte，簡寫為 B） 例如，一幅 640480 、 24位（ bit）真彩色的圖像，其文件大小為：64048024247。例如對于彩色電視信號，設代表光強 Y的帶寬為、色彩 I為 Q為，采樣頻率＞ 2倍原始信號頻率，各分量均被數(shù)字量化為 8位，從而 1秒鐘電視信號的數(shù)據(jù)量為： （ ＋ ＋ ） 281000000247。n 巨大數(shù)字化信息的數(shù)據(jù)量對計算機存儲資源和網(wǎng)絡帶寬有很高的要求，解決的辦法就是要對視、音頻的數(shù)據(jù)進行大量的壓縮。9數(shù)據(jù)冗余類型u 2. 時間冗余u 時間冗余反映在圖像序列中的相鄰幀圖像（電視圖像、動畫）之間有較大的相關性，一組連續(xù)畫面中的相鄰幀往往包含相同的背景和移動物體，只不過移動物體所在的空間位置略有不同，把一幀圖像中的某物體或場景可以由其他幀圖像中的物體或場景進行處理后重構出來，可以大大減少時間冗余。 11數(shù)據(jù)冗余類型u 5. 視覺冗余u 人的接收系統(tǒng)如視覺系統(tǒng)和聽覺系統(tǒng)是有一定限度的，人眼并不能察覺圖像場的所有變化，如人類視覺系統(tǒng)分辨能力約為64灰度等級，而一般圖像量化采用 256灰度等級，這類冗余我們稱為視覺冗余。13數(shù)據(jù)壓縮技術 的分類u 有失真壓縮法也稱有損壓縮，有失真壓縮法的冗余壓縮取決于初始信號的類型、前后的相關性、信號的語義內(nèi)容等，壓縮比可以從幾到幾百倍，常用的有失真壓縮編碼技術有預測編碼、變換編碼、模型編碼、混合編碼方法等。16對一幅兩維圖像 F（ i， j）作水平掃描后得到的部分像素的像素值17行程（游程）RLE 編碼技術n 用 RLE對這一行數(shù)據(jù)編碼后得到的碼字表：n RLE編碼壓縮編碼技術尤其適用于： 計算機生成的圖形圖像和黑白二值圖像的編碼，解壓縮速度很快。等式右邊加一負號的目的是保證 I(Si）的數(shù)值不為負值。如 P(1)＞ P(2)＞ P(3)＞ … ＞P(Sm1)＞ P(Sm) ，即將信息源事件按概率遞減順序排列。u 5. 重復步驟 2）， 3）， 4），在每次合并信息源時，將被合并的信源分別賦 “0” 和 “1”直到所有 m個事件的概率均已全部合并處理為止。23哈夫曼編碼技術圖 35 哈夫曼編碼全過程 ：F24哈夫曼編碼技術n 根據(jù)哈夫曼的編碼規(guī)則，我們得到如表 32所示： 由于 8個消息事件 A， B， C… ， H的每個概率為已知，則哈夫曼碼的平均長度 L可按公式（ 36) 計算為：L＝ 1 十 3 （ ＋ ）＋ 4 （ ）十 5 （ ）＝ 25哈夫曼編碼技術n 圖像的熵 H（ S）可按公式（ 35) 計算為： 定義編碼效率為熵值 H（ S）與平均碼長 L的比值，即： 編碼效率 （ 37） =＝ % 哈夫曼編碼有它的不足之處： 必須先得到信 息 源碼元（消息）的統(tǒng)計概率，才能進行編碼。個英文字母的變字長編碼。”表示表示 。對常用英文單詞進行的大編碼方法：通過變字長編碼方式。來表示。屬無損壓縮。29LZW 編碼示例n 例如：現(xiàn)有來源于二色系統(tǒng)的圖像數(shù)據(jù)源（假設數(shù)據(jù)以字符串表示）： aabbbaabb，試對其進行 LZW編碼及解碼 。 ? 最后的編碼結果為 ： 30016463 31LZW 編碼n LZW算法的適用范圍 是 原始數(shù)據(jù)串最好是有大量的子串多次重復出現(xiàn)，重復的越多，壓縮效果越好。 33圖像壓縮預處理技術216。對預測值和真實值之間的誤差進行編碼34圖像壓縮預處理技術216。 35采 樣n 香農(nóng)定理對于一個包含最高頻率 f0的模擬信號，但選擇的采樣頻率 f 滿足 f= 2f0時，經(jīng)過取樣后的離散信號能夠包含原模擬信號的全部信息，并且，經(jīng)過反變換和低通濾波，可以不失真地恢復出原始信號。首先計算圖象所有象素的局部方差，將局部方差的最大值認為是信號方差，最小值是噪聲方差，求出它們的比值 . 39數(shù)據(jù)壓縮算法的評價n 壓縮和解壓縮的速度n 對稱壓縮n 非對稱壓縮n 壓縮的計算量40有損壓縮編碼技術n 預測編碼技術n JPEGn MPEG41預測編碼技術n 根據(jù)離散信號之間存在著一定的相關性的特點，利用圖像像素的以往樣本值（前面一個或幾個點的數(shù)據(jù)）對于新樣本值（下一個點的數(shù)據(jù)）進行預測，然后將樣本的實際值與其預測值相減得到一個誤差值 (較小 )，這樣可以用比較少的數(shù)碼進行編碼得到較大的數(shù)據(jù)壓縮結果，達到壓縮數(shù)據(jù)的目的，因此預測編碼技術是一種有失真編碼方法。n 預測編碼系統(tǒng)的缺點：u 預測誤差的量化是造成圖像質(zhì)量下降的主要原因，比如在圖像邊界斜率過載，表現(xiàn)為圖像輪廓變模糊；因最小量化電平不夠小（量化位數(shù)不夠高），使圖像灰度緩變區(qū)產(chǎn)生顆粒噪聲。49靜態(tài)圖像壓縮編碼的國際標準 JPEGn 變換編碼的基本思路：u 1．編碼時略去某些能量很小的高頻分量以降低碼率。u 3．無損壓縮編碼。u 假設圖像的大小為 480行，每一行有 640個像素 。8 ）色差塊，共計 7200個數(shù)據(jù)塊。u ② 增加系數(shù)中值為 0的項數(shù) 。 0 1 5 6 14 15 27 28 2 4 7 13 16 26 29 42 3 8 12 17 25 30 41 43 9 11 18 24 31 40 44 53 10 19 23 32 39 45 52 54 20 22 33 38 46 51 55 60 21 34 37 47 50 56 59 61 35 36 48 49 57 58 62 63555. DC 系數(shù)編碼u 對相鄰塊之間的 DC系數(shù)的差值 DIFF＝ Di－ Di－ 1進行編碼。 表 310壓縮效果與恢復圖像質(zhì)量的關系 58JPEG 壓縮編碼的基本系統(tǒng)n 順序編碼運行方式59JPEG 壓縮編碼的擴展系統(tǒng)n 1. 基于 DCT的累進編碼運行方式累進編碼方式要掃描多次。 Px63運動圖像壓縮編碼的國際 標準 —MPEGn 運動圖像壓縮編碼 —MPEG 概況n MPEG 標準簡介n 幀間編碼技術n 運動補償技術n MPEG視頻壓縮 數(shù)據(jù)流結構n MPEG音頻64運動圖像壓縮編碼的國際 標準 ——MPEGn MPEG專家組 工作將整個過程分為三步：u ① 要求u 提出要求有雙重的目的：目標 , 競爭的原則 。u MPEG—1 的最大壓縮比可達約 1∶200 。671. MPEG—1 標準n 聲音壓縮編碼技術支持高壓縮的音頻數(shù)據(jù)流，其采樣率為 48， 22KHz，量化精度為16位的聲音壓縮。68 2. MPEG—2 標準n MPEG—2 標準稱為 “ 活動圖像及有關聲音信息的通用編碼 ” 標準。692. MPEG—2 標準 MPEG—2 標準主要分為四部分：u 第一部分：系統(tǒng)。u MPEG—2