【正文】 等 – 某些硬件如網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中內(nèi)置的壓縮算法 LZ77壓縮編碼 ? 基本原理 – 建立一個轉(zhuǎn)換表（串表）。 圖中黑白條： =x1=0(黑色 ) 可采用二維預(yù)測 ： x4x5 1 =x1+———— = —— 2 2 差分脈沖調(diào)制（ DPCM）預(yù)測 X5 X4 X3 X2 X1 Xn x1 xn ^ Xn ^ Xn + ^ Xn 差分脈沖調(diào)制（ DPCM）預(yù)測 ? 輸入數(shù)據(jù)為平穩(wěn)的隨機過程 ? 預(yù)測器的設(shè)計是預(yù)測編碼系統(tǒng)的核心：預(yù)測參數(shù) ? 無損壓縮，對預(yù)測誤差的量化是造成圖像質(zhì)量下降的主要原因 自適應(yīng)差分脈沖調(diào)制（ ADPCM）預(yù)測 ? 輸入數(shù)據(jù)不是平穩(wěn)的隨機過程 ? 自適應(yīng)預(yù)測 ? 定期重新調(diào)整預(yù)測器的預(yù)測參數(shù)，使預(yù)測器隨輸入數(shù)據(jù)的變化而變化 ? 自適應(yīng)改變量化器的量化階數(shù)，用小量化階量化小差值，大量化階量化大差值 ? 分為線性自適應(yīng)預(yù)測與非線性自適應(yīng)預(yù)測兩種 差分脈沖調(diào)制（ DPCM）預(yù)測示例 例如 ， 取一序列為 10， 12， 14， 16， 18， 20。 ? 哈夫曼編碼方法 – 根據(jù)以上定理而得到的一種編碼方法 – 步驟 ? ，給最后兩個符號賦予一個二進制碼，概率大的賦 1，小的賦 0（反之亦可） ? ，重復(fù)上一步 ? 2，直到最后只剩下兩個概率為止 ? 0,1反序排出即可 哈夫曼編碼方法過程演示 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 符號 概率 P 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 編碼 01 00 111 110 101 1001 1000 可以看出，概率大的符號其編碼短，概率小的符號其 編碼長，符號使用其編碼來表示，達到數(shù)據(jù)壓縮目的。廣播員朗讀使用 1分鐘，采樣數(shù)據(jù)量為 8000X60＝ 480KB可見，傳遞同樣信息，語音數(shù)據(jù)有 1300倍冗余 – 數(shù)學(xué)描述： I＝ D－ du I：信息量 D：數(shù)據(jù)量 du：冗余量 ? 數(shù)據(jù)冗余的類別 – 空間冗余 ? 圖像數(shù)據(jù)中，大量的相鄰像素完全一樣或十分接近 – 時間冗余 ? 時間類媒體中經(jīng)常存在地冗余 ? 相鄰兩幀的大部分?jǐn)?shù)據(jù)無變化，只有少量數(shù)據(jù)變化 – 結(jié)構(gòu)冗余：圖像由有規(guī)律的圖案組成 – 信息熵冗余：數(shù)據(jù)攜帶的信息量少于數(shù)據(jù)本身 – 視覺冗余：人的視覺特性 – 知識冗余：圖像的記錄方式與人對該圖像的知識之間的差異而產(chǎn)生 – 其他冗余 A A A 圖像壓縮預(yù)處理技術(shù) ? 量化 – 從模擬信號到數(shù)字信號的量化，脈沖編碼調(diào)制 PCM – 壓縮編碼中的量化 ? 以 PCM碼為輸入，在量化器經(jīng)過某種變換后輸出 ? 存在量化誤差 ? 一般在數(shù)據(jù)采集卡中完成這兩種量化過程 減小數(shù)據(jù)壓縮中因刪除冗余數(shù)據(jù)而給圖像質(zhì)量帶來的損失 壓縮編碼中的量化及其質(zhì)量 數(shù)據(jù)壓縮算法綜合評價指標(biāo) ? 壓縮倍數(shù) – 壓縮率，壓縮前后總的數(shù)據(jù)量之比 – 例如： 1024X768黑白圖像，每像素 8bit，將其分辨率降為 512X384，再壓縮使每像素用 ，則其壓縮倍數(shù)為 64倍，壓縮比為 1:64 ? 圖像質(zhì)量 – 無損壓縮 ? 壓縮后的數(shù)據(jù)經(jīng)解壓縮還原后與原始數(shù)據(jù)完全相同 ? 壓縮倍數(shù)不大 – 有損壓縮 ? 壓縮后的數(shù)據(jù)經(jīng)解壓縮還原后與原始數(shù)據(jù)不完全相同 ? 壓縮倍數(shù)較大 – 重建圖像的質(zhì)量評定 ? 信噪比 ? 人為觀測評定，專業(yè)組、非專業(yè)組 ? 壓縮和解壓縮的速度 – 壓縮和解壓縮速度是壓縮系統(tǒng)的兩項重要指標(biāo) – 對稱壓縮 ? 壓縮和解壓縮需要實時進行，如電視會議的圖像傳輸 ? 壓縮和解壓縮速度相同 – 非對稱壓縮 ? 解壓縮實時，壓縮非實時，如 CD－ ROM的制作與播放 ? 壓縮比解壓縮速度慢 – 數(shù)據(jù)的計算量 ? 壓縮和解壓縮都需要大量的計算 ? 通常解壓縮比壓縮的計算量小 壓縮方法簡潔說明 特點 描述 無損的 無失真地準(zhǔn)確地恢復(fù)原始數(shù)據(jù) 有損的 有失真 幀內(nèi) 獨立地完成幀的編碼 幀間 參照前、后幀對幀進行編碼，并考慮 幀之間的時間冗余 對稱 編碼及譯碼的訪問幾乎相等 不對稱 編碼時間比譯碼時間長很多 實時 編 譯碼延遲不應(yīng)該超過 50ms 數(shù)據(jù)壓縮與解壓縮常用算法 數(shù)據(jù)壓縮方法的分類 ? 數(shù)據(jù)壓縮方法也稱編碼方法 ? 按是否產(chǎn)生失真分 – 無失真編碼：可逆編碼，無損壓縮 – 有失真編碼：不可逆編碼，有損壓縮 ? 按原理分 – 預(yù)測編碼 ? 針對空間冗余和時間冗余 ? 利用已被編碼的點的值預(yù)測鄰近的點的值 – 變換編碼 ? 針對空間冗余和時間冗余 ? 將圖像或時域信號變換到頻域上，再進行壓縮 – 子帶編碼：分頻帶編碼 ? 將數(shù)據(jù)變換到頻域后，按頻率分帶，分別量化 ? 語言和圖像 – 信息熵編碼 ? 概率大的符號用短碼字表示，反之用長碼字表示 ? 哈夫曼編碼 – 行程編碼：游程編碼、運行長度編碼 ? 相同值的連續(xù)串用該值和串長代替 ? 如 MDDDDDDDDDDG用 M!10DG表示 000011111000用 0453表示，第 1位 0表示該串首碼是 0，第 2位 4表示有 4個 0，第 3位 5表示 5個 1，第 4位 3表示 3個 0。 發(fā)生一個誤碼 ， 雙穩(wěn)態(tài)電路就多反轉(zhuǎn)一次 。 不中斷業(yè)務(wù)的誤碼檢測方法 4 雙穩(wěn)態(tài)法 此法適合每組碼內(nèi) 0、 1的個數(shù)為偶數(shù)的線路碼 。 以mB1C為例 ， 同步工作時 ， 對 m和 m+1位碼成對校對 ， 為 0、 1和 0表示無誤碼 ， 1和 0、 0就表示有誤碼發(fā)生 。 表 1 禁字檢測法 禁字在 mBnB碼中不應(yīng)該出現(xiàn) ， 否則有誤碼發(fā)生 。 圖 4B1H譯碼器原理 緩沖寄存器B1B2B3B4B碼還原頻率變換H碼分離幀同步GCL1L2CP4 2 9 6 0 k H z4 2 9 6 0 k b / sN R Z3 4 3 6 8 k b / sN R Z告警H 頻率變換電路要保證向各個部分提供所需的準(zhǔn)確時鐘信號 。 插入邏輯 電路實際上是一個 5選 1的電路 ， 它利用鎖相環(huán)中 5分頻電路輸出讀出時序脈沖 。 4B1H碼是每 4個信號碼插入一個 H碼 ， 因此變換后碼速增加 1/4。 (2) P碼為偶校驗碼時 ，m+1 “ １ ” 碼的個數(shù)為偶數(shù) 。 以 4B1H碼 為例 ， 它的 優(yōu)點是 碼速提高不大 ， 誤碼增值小；可以實現(xiàn)在線誤碼檢測 、 區(qū)間通信和輔助信息傳輸 。 mB1C碼的結(jié)構(gòu)如下圖所示 ， 例如： mB碼為： 100 110 001 101…… mB1C碼為： 1001 1101 0010 1010…… C碼的作用是引入 冗余碼 ，可以進行 在線誤碼率監(jiān)測 ； 同時改善了“ 0”碼和“ 1”碼的分布，有利于定時提取。 三 、 插入碼 插入碼 是把輸入二進制原始碼流分成每 m比特(mB)為一組 ， 然后在每組 mB碼末尾按一定規(guī)律插入一個碼 ， 組成 m+1個碼為一組的線路碼流 。 2時 ， 從A、 B分別送出控制信號 ， 通過 C線決定組別 。 在地址碼作用下 ， PROM根據(jù)存儲的碼表 ， 輸出與地址對應(yīng)的并行 4B碼 ， 再經(jīng)過并 串變換電路 ， 讀出已變換的 4B碼流 。 mBnB碼優(yōu)缺點： 3. 有兩種編譯碼電路： ? 一種是 組合邏輯電路 ， 就是把整個編譯碼器都集成在一小塊芯片上 ， 組成一個大規(guī)模專用集成塊 ， 國外設(shè)備大多采用這種方法 。 (2) 高低頻分量較小 ， 信號頻譜特性較好 ， 基線漂移小 。 表 5B6B碼表 ， 正組和負(fù)組交替使用 。 由于變換為 6B碼時只需 32個碼字 ， 為減少連 “ １ ” 和連“ 0” 的數(shù)目 ， 刪去： 00001 110000、 001111和 111100。 4的碼字 。 例如：對于 0111， WDS=+2；對于 0001， WDS=2；對于 0011， WDS=0。 同時 ， 規(guī)定一些禁止使用的碼字 ， 稱為 禁字 ， 例如0000和 1111。 為保證信息的完整傳輸 ， 必須從 4B碼的 16個碼字中挑選 8個碼字來代替 3B碼 。 2. mBnB碼 最簡單的 mBnB碼是 1B2B碼 ， 即 曼徹斯特碼 ，這就是 把原碼的 “ ０ ” 變換為 “ 01” ， 把 “ 1”變換為 “ 10” 。 可用于氣象衛(wèi)星 、 磁記錄 、 低速基帶樹傳機等 。 編碼規(guī)則是在 “ 1” 的中點發(fā)生電平跳變 ， 出現(xiàn)單個 ” 0” 時 ， 電平保持不變 ，出現(xiàn)連零時 ， 在連 ” 0” 的起始處發(fā)生電平跳變 。 1. 1B2B碼 （ 1） 數(shù)字雙相碼或 Mancherster碼 ， 分相碼 碼型變換后無直流分量 ， 且容易從中提取出位同步信息 ， 不出現(xiàn) 2個以上連 0/1。mBnB碼有 1B2B、 3B4B、 5B6B、 8B9B、 17B18B等等 。 例如： 擾碼前： 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 … 擾碼后： 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 … 擾碼有下列 缺點： ① 不能完全控制長串連 “ １ ” 和長串連 “ 0” 序列的出現(xiàn)； ② 沒有引入冗余 ， 不能進行在線誤碼監(jiān)測； ③ 信號頻譜中接近于直流的分量較大 ， 不能解決基線漂移 。 光纖線路碼的主要性能參數(shù) 112fffR ??線路碼中總的誤碼數(shù)碼中的誤碼數(shù)接收機中還原為二進制?G 一 、 擾碼 為了保證傳輸?shù)耐该餍?， 在系統(tǒng)光發(fā)射機的調(diào)制器前 ， 需要附加一個 擾碼器 ， 將原始的二進制碼序列加以變換 ， 使其接近于隨機序列 。 N取決于碼的結(jié)構(gòu) ， 值的大小衡量線路碼的定時信息 、 低頻分量的參考值 。 數(shù)字壓縮編碼 、擴頻技術(shù)是使數(shù)字信號走向?qū)嵱没年P(guān)鍵技術(shù)及有效途徑 。 應(yīng)盡可能減少連“ １ ” 碼和連 “ 0” 碼的數(shù)目 ， 使 “ 1” 碼和 “ 0” 碼的分布均勻 ， 保證定時信息豐富 。 ? 不能實現(xiàn)在線 (不中斷業(yè)務(wù) )的誤碼檢測 ， 不利于長途通信系統(tǒng)的維護 。 光源不可能發(fā)射負(fù)光脈沖 ， 因此必須進行碼型變換 ， 以適合于數(shù)字光纖通信系統(tǒng)傳輸?shù)囊?。第七章 線路編碼與多媒體應(yīng)用 內(nèi)容： 167。 線路編碼 在光纖通信系統(tǒng)中 ， 從 電端機輸出的是適合于電纜傳輸?shù)碾p極性碼 。 ? 在隨機碼流中 ， 容易出現(xiàn)長串連 “ １ ” 碼或長串連 “ 0” 碼 ， 這樣可能造成位同步信息丟失 ， 給定時提取造成困難或產(chǎn)生較大的定時誤差 。 (2) 能給光接收機提供足夠的定時信息 。 解決問題的途徑 （ 理論基礎(chǔ) ） ：