多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼技術(shù)-文庫(kù)吧資料
2025-01-19 14:21本頁(yè)面
【正文】 碼 ? 變換編碼技術(shù)較成熟，目前廣泛應(yīng)用于圖像、視頻的數(shù)據(jù)壓縮。 ? 常見(jiàn)的幀間預(yù)測(cè)編碼方法有： ? 條件補(bǔ)充法：若幀間各對(duì)應(yīng)像素的差值超過(guò)閾值，則傳送；若沒(méi)超過(guò)閾值則不傳送，接收端使用上一幀相應(yīng)像素值代替。 ? 實(shí)踐證明，與相比，壓縮比更高，解碼后的質(zhì)量也更好。 ? 在中，預(yù)測(cè)器的預(yù)測(cè)系數(shù)和量化器的量化參數(shù)，都能夠根據(jù)原數(shù)據(jù)的區(qū)域分布特點(diǎn)自動(dòng)調(diào)整，具有自適應(yīng)能力。 ? 編碼器記錄與傳送的不是樣本的真實(shí)值，而是它與預(yù)測(cè)值的差。 67 68 ? 模擬信號(hào)進(jìn)行采樣量化后，如果直接使用編碼，則數(shù)據(jù)量將很大，此時(shí)可以使用預(yù)測(cè)編碼的思想來(lái)進(jìn)行二進(jìn)制編碼，常用的方法有線性預(yù)測(cè)和非線性預(yù)測(cè)。 ? 對(duì)于靜止圖像，主要利用空間上的相關(guān)性，如同一行上的前幾個(gè)采樣值，甚至可以是前幾行上的像素。 66 ? 預(yù)測(cè)編碼主要是利用數(shù)據(jù)在時(shí)間或空間上的相關(guān)性來(lái)進(jìn)行預(yù)測(cè)的，廣泛適用于音頻、圖像、視頻等媒體的編解碼。 64 索引式詞典 如算法 65 第四節(jié) 預(yù)測(cè)編碼 ? 預(yù)測(cè)編碼：先利用以往的樣本值對(duì)新樣本進(jìn)行預(yù)測(cè)，再將新樣本的實(shí)際值和預(yù)測(cè)值相減得到一個(gè)誤差值，最后對(duì)該誤差值進(jìn)行量化編碼傳送。 ? 常見(jiàn)的詞典編碼算法有： 77 算法、 78算法、算法等。 用編碼方法得到的代碼為： 80315084180 62 詞典編碼 ? 詞典編碼是根據(jù)數(shù)據(jù)本身包含有重復(fù)內(nèi)容這一特性進(jìn)行壓縮的。 ? 算術(shù)編碼的實(shí)現(xiàn)較編碼更復(fù)雜，但對(duì)多幅圖像進(jìn)行測(cè)試的結(jié)果表明，算術(shù)編碼較編碼提高了5%左右的壓縮率，擴(kuò)展系統(tǒng)中采用的就是算術(shù)編碼。 60 算術(shù)編碼小結(jié) ? 不必預(yù)先定義概率模型，具有自適應(yīng)能力，可根據(jù)當(dāng)前接收的數(shù)據(jù)不斷更改概率模型。 ? 在自適應(yīng)算術(shù)編碼中，將根據(jù)編碼時(shí)符號(hào)出現(xiàn)的頻繁程度動(dòng)態(tài)地修改信源符號(hào)的概率。 ? 算術(shù)編碼可以是靜態(tài)的，也可以是具有自適應(yīng)能力的動(dòng)態(tài)編碼。 3. 算術(shù)編碼對(duì)錯(cuò)誤很敏感，如果有一位發(fā)生錯(cuò)誤就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)消息譯錯(cuò)。 58 幾個(gè)問(wèn)題 1. 由于計(jì)算機(jī)的精度有限，算術(shù)編碼的計(jì)算過(guò)程中容易發(fā)生溢出，可以采用限制小數(shù)位數(shù)的方法來(lái)解決。 ? 算術(shù)編碼步驟如下： ? 步驟 輸入符號(hào) C L ? 1 1 ? 2 0 * = ? 3 1 +* * ? = = ? 4 1 0. 296875+ * ? * = ? = 57 ? 當(dāng) 4個(gè)字符輸入完后，最終得到的子區(qū)間左端起始位置為 ，終止位置為。 ? 例：已知二進(jìn)制符號(hào)中 0出現(xiàn)的概率為， 1出現(xiàn)的概率為 ，試對(duì)輸入流1011進(jìn)行算術(shù)編碼。 ? 消息序列的輸入為： 10 00 11 00 10 11 01 54 55 二進(jìn)制的算術(shù)編碼 ? 計(jì)算機(jī)中任何消息都是由 0、 1組合而成的，可以理解為信源符號(hào)只有 0和 1。 53 編碼實(shí)例 ? 假設(shè)信源符號(hào)有 4個(gè) (00, 01, 10, 11)，其概率分別為 (, , , )。 ? 編碼間隔最終決定了符號(hào)編碼后的輸出。 ? 算術(shù)編碼方法用到了兩個(gè)基本的參數(shù)：信源符號(hào)的概率和編碼間隔。 51 例：輸入“”，最后得到的子區(qū)間為 [, )，取該區(qū)間的任一個(gè)數(shù)（一般取最小的值），如 ””的編碼。 50 基本原理和編碼步驟 ? 算術(shù)編碼實(shí)際上是用一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)代替一個(gè)輸入流中的符號(hào)。 ? 算術(shù)編碼方法比編碼復(fù)雜，但它不需要接收端保存一份碼表，且具有自適應(yīng)能力。 49 算術(shù)編碼 ? 20世紀(jì) 60年代初，首次提出了算術(shù)編碼的概念。 ? 編碼在信源符號(hào)出現(xiàn)概率分布不均勻時(shí)編碼效率較高，若概率分別均勻時(shí)一般不采用編碼。 ? 編碼沒(méi)有錯(cuò)誤保護(hù)功能。 Ｘ 1 Ｘ 2 Ｘ 3 Ｘ 4 Ｘ 5 Ｘ 6 Ｘ 7 46 信息符號(hào) 概率 第 1步 第 2步 第 3步 第 4步 第 5步 Ｘ 1 Ｘ 2 Ｘ 3 Ｘ 4 Ｘ 5 Ｘ 6 Ｘ 7 0 1 1 00 01 00 01 10 11 00 10 11 010 011 00 10 010 011 110 111 00 10 010 011 110 1110 1111 47 ? 碼字的平均碼長(zhǎng)為： ? 熵為： bitxPxPxPxPHjjjnjjj498 )()(log)()(log)(222222271212???????????????????? ????48 編碼小結(jié) ? 平均碼長(zhǎng)大于熵，小于等長(zhǎng)碼的碼長(zhǎng)。 44 編碼的步驟 1. 對(duì)每個(gè)信息符號(hào)進(jìn)行概率統(tǒng)計(jì)； 2. 將信源符號(hào)按概率的遞減順序排列； 3. 將最后的兩個(gè)小概率相加作為新符號(hào)的概率， 此時(shí)概率個(gè)數(shù)將減少一個(gè)； 4. 重復(fù)第 3步，直到只剩兩個(gè)概率； 5. 將概率大的賦“ 0”，概率小的賦“ 1”； 6. 逆順序往信源符號(hào)推，不是合并的編碼不變，如果是合并的，則在編碼后面按照第 5步的方法添加 0或 1。 3. 把這個(gè)合成概率看成是一個(gè)新組合符號(hào)地概率，重復(fù)上述做法直到最后只剩下兩個(gè)符號(hào)概率為止。 43 編碼的思路 1. 把信源符號(hào)按概率大小順序排列，并設(shè)法按逆次序分配碼字的長(zhǎng)度。 ? 對(duì)于出現(xiàn)頻率大的符號(hào)用較少的位數(shù)來(lái)表示；對(duì)于出現(xiàn)頻率小的符號(hào)用較多的位數(shù)來(lái)表示。 ? 編碼：利用了最佳編碼定理，是最常用的一種統(tǒng)計(jì)編碼。 )( xHN ?? )( xH? )( xN ??N )(xHN ???njjj LPN141 編碼 ? 最佳編碼定理： ? 在變字長(zhǎng)碼中，對(duì)于出現(xiàn)概率大的信息符號(hào)編以短字長(zhǎng)的碼，對(duì)于出現(xiàn)概率小的信息符號(hào)編以長(zhǎng)字長(zhǎng)的碼。 40 熵和平均碼長(zhǎng) ? 可用熵來(lái)衡量該編碼是否為最佳編碼： ? 當(dāng) ，有冗余，不是最佳； ? 當(dāng) ，不可能出現(xiàn)； ? 當(dāng) ，是最佳編碼（ 稍大于 ） ? 其中 表示編碼器輸出碼字的平均碼長(zhǎng)。 ? ?405log405406log406407log407407log4074015log4015)(log)()()(22222211????????????????? ????jnjjjnjjxPxPxIxPXH39 統(tǒng)計(jì)編碼的目的 ? 統(tǒng)計(jì)編碼就根據(jù)信源信號(hào)出現(xiàn)概率的分布特性進(jìn)行壓縮的。 ? 試求該灰度圖像的熵。 ? 信源 X發(fā)出的（ 1,2,… ），出現(xiàn)的概率為P()，則信源 X的熵為： ? ? )(log)()()( 211jnjjjnjj xPxPxIxPXH ?????????37 示例 ? 假設(shè)一幅由 40個(gè)像素組成的灰度圖像，共有 5級(jí)灰度，每一級(jí)灰度都是一種信源發(fā)出的符號(hào)，分別用表示。 ? P()是信源 X發(fā)出的先驗(yàn)概率，有： njxPxI jj ,.. .,3,2,1)(log)( 2 ???
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