多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼技術(shù)-在線瀏覽
2025-02-16 14:21本頁面
【正文】 20 g. 紋理的統(tǒng)計冗余 ? 有些紋理并不嚴格服從某一分布規(guī)律，但它在統(tǒng)計意義上又符合該規(guī)律，這種數(shù)據(jù)冗余即紋理的統(tǒng)計冗余。 23 無損編碼和有損編碼 ? 實際上，信息進行數(shù)字化時，量化誤差是不可避免的。 ? 無損編碼：也稱冗余壓縮法。 ? 有損編碼：也稱熵壓縮法。 24 25 壓縮軟件實際上就是使用上述這些算法進行壓縮的。 27 第二節(jié) 脈沖編碼調(diào)制 ? 脈沖編碼調(diào)制：，即將連續(xù)模擬信號數(shù)字化，包括采樣、量化 /編碼。 ? 其它的編碼方法都是 在模擬信號經(jīng)過 編碼后再進行的壓縮 編碼方法。 ? 數(shù)據(jù)壓縮的理論極限是信息熵，統(tǒng)計編碼就是利用了信息熵原理，因此也稱作信息熵編碼、熵保存編碼或熵編碼。 30 統(tǒng)計編碼的原理 ——信息量和信息熵 ? 熵是信息論中的概念，是信息量的度量方法。 31 ? 下面以信源編碼模型來說明。 ? 是符號集，由 m個碼元 構(gòu)成，符號集中間的碼元組成輸出碼字。 ? 那么，接收到的這個碼字中包含了多少有用的信息呢？ ? 信息是用不確定性的量度定義的。 ? 在數(shù)學(xué)上，一條消息所傳輸?shù)男畔⑹瞧涑霈F(xiàn)概率的單調(diào)下降函數(shù)。 ? 對于計算機的二進制編碼，可以這么理解：從 N個事件中辨別出一個特定事件，最少需要回答多少次“ ”疑問。 34 示例 ? 例一：從 1～ 64的整數(shù)中選出一個數(shù)。 ? 例二：如果只要辨別某個數(shù)是否大于 32，則只需詢問一次便可得出結(jié)論，其信息量只有 1。 35 信息量的數(shù)學(xué)表述 ? 信息論定義了一種度量信息量的方法： ? 其中： ? I()是信源 X發(fā)出后，接收端接收到的信息量的量度。 36 信息熵 ? 如果將信源所有可能事件的信息量進行統(tǒng)計平均（即求其數(shù)學(xué)期望），就得到了信息熵。 ? 40個像素中有 15個灰度為 A， 7個灰度為B， 7個灰度為 C， 6個灰度為 D， 5個灰度為 E。 38 ∴ 該灰度圖像的熵為 。 ? 統(tǒng)計編碼的目的： ? 在信源符號和碼字之間建立明確的一一對應(yīng)關(guān)系； ? 編碼過程中不丟失信息量（即信息熵的大小不變），以便在恢復(fù)時能準確地再現(xiàn)原信號，實現(xiàn)無損壓縮； ? 平均碼長或碼率應(yīng)盡量小。 ? 可見，熵值是平均碼長的下限。 ? 如果碼字長度嚴格按照符號概率的大小的相反順序排列，則平均碼字長度一定小于按任何其他符號順序排列方式得到的碼字長度。 42 ? 編碼方法先把信源符號按概率大小順序排列，并設(shè)法按逆次序分配碼字長度。 ? 編碼方法采用的碼字長度是可變的，因此較難在壓縮編碼后的文件中進行內(nèi)容的查找。 2. 在分配碼字長度時，首先將出現(xiàn)概率最小的兩個符號的概率相加合成一個概率。 4. 完成以上概率順序排列后，再反過來逐步向前進行編碼，每一次有二個分支各賦予一個二進制碼，可以對概率大的賦為 0，概率小的賦為 1。 45 編碼實例 ? 信源 X有 7個信息符號，其概率為： ? 請對其進行編碼，寫出其碼樹、碼長，并計算平均碼長和熵。 ? 編碼能保證解碼的唯一性，短碼字不會是長碼字的前綴。 ? 使用編碼時，接收端需保存一個與發(fā)送端完全相同的碼表。 ? 編碼的壓縮比取決于信源符號出現(xiàn)的概率，越集中則壓縮比越高。 ? 1976年，發(fā)展了算術(shù)編碼的實用技術(shù)。 ? 算術(shù)編碼是目前實現(xiàn)高效壓縮數(shù)據(jù)中很有前途的編碼方法。 ? 將實數(shù)半開區(qū)間 [0, 1) 進行分割，每一符號對應(yīng) [0, 1)上的一個子區(qū)間，區(qū)間長度為該符號出現(xiàn)的概率； ? 把要編碼的整段消息映射到 [0, 1)，根據(jù)這段消息符號的順序確定新的實數(shù)子區(qū)間； ? 最終得到一個 [0, 1)上的子區(qū)間，從中任選一個實數(shù)，該實數(shù)就是對整段數(shù)據(jù)進行編碼后的輸出代碼。 52 ? 在算術(shù)編碼中，一段消息是用 0到 1之間的一個實數(shù)來編碼表示的。 ? 信源符號的概率決定了壓縮編碼的效率，也決定了編碼過程中的間隔。 ? 需要編碼的信息越長，則表示它的編碼間隔就越小，實數(shù)的小數(shù)位就越多。 ? 根據(jù)概率把間隔 [0, 1)分成 4個子間隔： [0, ), [, ), [, ), [, 1)。 ? 即：每次分割區(qū)間時，只要分成兩個子區(qū)間，一個對應(yīng) 0，一個對應(yīng) 1。 56 ? 設(shè) C為子區(qū)間的左端起始位置， L為子區(qū)間的長度，則對于符號“ 0”， 0， ；對于符號“ 1”， ， 。 ? 換算成二進制為： ? ()() b ? ()() b ? 在 ，要求其二進制形式的長度最短，如本例中取 ，則該串輸入“ 1011”最終可編碼成 011，數(shù)據(jù)量有所減少。 2. 算術(shù)編碼器對消息只產(chǎn)生一個碼字（在區(qū)間[0, 1)中的一個實數(shù)），譯碼器在接收到表示這個實數(shù)的所有位之前不能進行譯碼。 59 自適應(yīng)能力 ? 事實上，由于人們事先無法知道精確的信源概率，因此編碼算法最好具有自適應(yīng)能力，解決這一問題最有效的方法是在編碼過程中進行估算（動態(tài)建模）。 ? 在靜態(tài)算術(shù)編碼中，信源符號的概率是固定的。 ? 動態(tài)建模是確定編碼器壓縮效率的關(guān)鍵。 ? 若信源符號的概率值都很接近時，不宜使用編碼，建議使用算術(shù)編碼。 61 游程編碼 ? ： ，游程編碼，也稱行程編碼。 ? 詞典編碼是無損的。 63 指針式詞典 如 77 算法、算法、 78算法。 ? 如果樣本的時間或空間相關(guān)性較強，則誤差值的變化范圍將遠遠小于原始信號的變化范圍，量化等級可大量減少，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮。 ? 對于音頻，主要利用時間上的相關(guān)性，采用時間上的前幾個采樣值來做預(yù)測。 ? 對于視頻，不僅可以利用時間上的相關(guān)性（幀間預(yù)測），還可以利用空間上的相關(guān)性（幀內(nèi)預(yù)測）。 ? ：差分 (值 )脈沖編碼調(diào)制，是線性預(yù)測方法。 69 的基本原理 轉(zhuǎn)入 f(i,j) e(i,j) 量化器 預(yù)測器 預(yù)測器 編碼器 解碼器 信 道 傳 輸 e’(i,j) f’(i,j) 輸出 f(i,j) f(i,j) f(i,j) f(i,j) 發(fā)送端 接收端 e’(i,j) 70 ? ：自適應(yīng)差分脈沖編碼調(diào)制。 ? 自適應(yīng)預(yù)測：增加一個預(yù)測參數(shù)，該參數(shù)可根據(jù)預(yù)測值的大小自適應(yīng)調(diào)整； ? 自適應(yīng)量化：量化階距的大小可自適應(yīng)調(diào)整。 71 幀間預(yù)測編碼 ? 幀間預(yù)測編碼技術(shù)是專門針對視頻對象的，利用連續(xù)幾幀之間存在的時間相關(guān)性來消除冗余。 ? 運動補償技術(shù)：跟蹤畫面內(nèi)運動部分的位移情況，對其加以補償后再進行幀間預(yù)測。 ? 算法思想：將空間域中的圖像信號映射變換到另一個正交的矢量空間中，產(chǎn)生一批變換系數(shù)，然后對這些變換系數(shù)進行編碼。 73 例子 ? 有相鄰的兩個采樣值x1和 x2，各用 3位來表示，即有 8種可能取值。 ? 信源的相關(guān)性越大，陰影部分就越扁平。不管 y1在 0～ 7的可能等級內(nèi)如何變化， y2始終只在相當小的范圍內(nèi)變化。 75 變換編碼的原理圖 子塊 1 子塊 2 子塊 n ... ... 正變換 濾波 量化 編 碼 信道 解 碼 逆變換 綜合 拼接 源圖像（ 發(fā)送 ） 恢復(fù)圖像（ 接收 ） 76 常用的變換方法 ? 常用變換有： ? 沃爾什 ()變換 ? 傅立葉 ()變換 ? 離散正弦 ()變換 ? 離散余弦 ()變換 ? 哈爾 ()變換 ? 斜 ()變換 ? ()變換 ? 小波 ()變換 ? ………… 77 第六節(jié) 多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼標準 靜態(tài)圖像壓縮編碼的國際標準
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