【正文】 媒 體 技 術(shù)第 4章第 3章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼技術(shù)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(biāo)準(zhǔn) —JPEGn 運(yùn)動圖像壓縮編碼國際標(biāo)準(zhǔn) —MPEGn 音頻數(shù)字化與壓縮編碼技術(shù)2第 3章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼技術(shù)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(shù)的分類3第 3章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼技術(shù)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(shè)代表光強(qiáng) 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(jì)算機(jī)存儲資源和網(wǎng)絡(luò)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(jìn)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(guān)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(jìn)行處理后重構(gòu)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(shù) 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(guān)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(shù)有預(yù)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(shù)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(shù)尤其適用于： 計(jì)算機(jī)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(fù)號的目的是保證 I(Si）的數(shù)值不為負(fù)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(fù)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(shù)圖 35 哈夫曼編碼全過程 ：F24哈夫曼編碼技術(shù)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(jì)算為：L＝ 1 十 3 （ ＋ ）＋ 4 （ ）十 5 （ ）＝ 25哈夫曼編碼技術(shù)n 圖像的熵 H（ S）可按公式（ 35) 計(jì)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(jì)概率，才能進(jìn)行編碼。個英文字母的變字長編碼?！北硎颈硎?。對常用英文單詞進(jìn)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(shè)數(shù)據(jù)以字符串表示）： aabbbaabb，試對其進(jìn)行 LZW編碼及解碼 。 ? 最后的編碼結(jié)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(fù)出現(xiàn)，重復(fù)的越多，壓縮效果越好。 33圖像壓縮預(yù)處理技術(shù)216。對預(yù)測值和真實(shí)值之間的誤差進(jìn)行編碼34圖像壓縮預(yù)處理技術(shù)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(fù)出原始信號。首先計(jì)算圖象所有象素的局部方差，將局部方差的最大值認(rèn)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(jì)算量40有損壓縮編碼技術(shù)n 預(yù)測編碼技術(shù)n JPEGn MPEG41預(yù)測編碼技術(shù)n 根據(jù)離散信號之間存在著一定的相關(guān)性的特點(diǎn)，利用圖像像素的以往樣本值（前面一個或幾個點(diǎn)的數(shù)據(jù)）對于新樣本值（下一個點(diǎn)的數(shù)據(jù)）進(jìn)行預(yù)測，然后將樣本的實(shí)際值與其預(yù)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(jìn)行編碼得到較大的數(shù)據(jù)壓縮結(jié)果，達(dá)到壓縮數(shù)據(jù)的目的，因此預(yù)測編碼技術(shù)是一種有失真編碼方法。n 預(yù)測編碼系統(tǒng)的缺點(diǎn)：u 預(yù)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?。炕粩?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(biāo)準(zhǔn) 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(shè)圖像的大小為 480行，每一行有 640個像素 。8 ）色差塊，共計(jì) 7200個數(shù)據(jù)塊。u ② 增加系數(shù)中值為 0的項(xiàng)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(jìn)行編碼。 表 310壓縮效果與恢復(fù)圖像質(zhì)量的關(guān)系 58JPEG 壓縮編碼的基本系統(tǒng)n 順序編碼運(yùn)行方式59JPEG 壓縮編碼的擴(kuò)展系統(tǒng)n 1. 基于 DCT的累進(jìn)編碼運(yùn)行方式累進(jìn)編碼方式要掃描多次。 Px63運(yùn)動圖像壓縮編碼的國際 標(biāo)準(zhǔn) —MPEGn 運(yùn)動圖像壓縮編碼 —MPEG 概況n MPEG 標(biāo)準(zhǔn)簡介n 幀間編碼技術(shù)n 運(yùn)動補(bǔ)償技術(shù)n MPEG視頻壓縮 數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)n MPEG音頻64運(yùn)動圖像壓縮編碼的國際 標(biāo)準(zhǔn) ——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(biāo) , 競爭的原則 。u MPEG—1 的最大壓縮比可達(dá)約 1∶200 。671. MPEG—1 標(biāo)準(zhǔn)n 聲音壓縮編碼技術(shù)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(biāo)準(zhǔn)n MPEG—2 標(biāo)準(zhǔn)稱為 “ 活動圖像及有關(guān)聲音信息的通用編碼 ” 標(biāo)準(zhǔn)。692. MPEG—2 標(biāo)準(zhǔn) MPEG—2 標(biāo)準(zhǔn)主要分為四部分：u 第一部分：系統(tǒng)。u MPEG—2