第6章 压缩编码标准44777.pptVIP

第6章 多媒体数据的压缩 本章要求 1、了解数据压缩的必要性和数据中存在的各种冗余 2、熟悉数据压缩的基本原理和常用的数据压缩方法 3、掌握无损压缩的编码算法 （行程编码 哈夫曼编码 算术编码） 4、了解有损压缩的编码算法 （统计编码预测编码、变换编码） 5、熟悉常用多媒体数据压缩的标准 6.1 数据压缩概述 1、 压缩的必要性声音、图像、视频和动画的数据量太大 声音 1分钟立体声音乐采样频率为44.1KHZ，16位量化精度的数据量为44.1 * 1000 * 16 * 2 *60 / 8 =10.09MB存储一首4分钟的歌曲约需40MB 图像1副640*480的RGB彩色图像的存储容量为640*480 * 24 / 8 = 900KB 视频1秒钟（25帧/秒）的视频数据量为25*900KB = 21.97 MB 1张650MB的CD ROM光盘只能存储约 650 / 21.97 = 29.59 秒的视频 空间冗余：图像内部相邻像素之间的相关性 时间冗余：视频序列中前后帧之间的相关性 视觉或听觉冗余（人眼或人耳具有一定的掩蔽效应） 知识冗余（具有规律性的结构，用于图像理解上，如人脸） 统计冗余（字符出现的频率具有一定的规律性） 结构冗余（具有纹理结构的图像区域） 信息熵冗余（即编码冗余，用相同位数进行编码产生的冗余） 6.2 数据压缩的基本原理 1、信息编码基础 压缩的实质：根据数据的内在联系将数据从一种编码映射为另一种编码，又叫压缩编码。 2、数据压缩方法 6.3 数据压缩的编码算法 无损压缩编码算法 行程编码 哈夫曼编码 算术编码 有损压缩编码算法 PCM（脉冲编码调制） 预测编码 变换编码 一、无损压缩 原理： 减少或去除数据中的冗余； 优点：可以无失真地还原成原来的数据； 缺点：但是压缩比率较小，一般在2：1到5：1之间； 应用：压缩数据或程序； 1. 行程编码（游程编码） 原理:将连续相同的数据序列用重复次数和单个数据来表示。 应用：用于图像文件的压缩（尤其适合于由计算机生成的图像）如bmp和tiff等图像格式。（1）多值信息的编码编码格式：信息重复次数+被重复的信息例： 字符串为：atttefppppppddddss行程编码为：a3tef6p4d2s（2）二值信息的编码编码格式：0或1重复的次数例如二进制数据流为 0001111假设行程约定以0开始，则编码为：3654若约定以1开始，则编码为：03654 2. 哈夫曼（Huffman）编码 算法步骤 （1）按照符号出现的概率大小进行排序 （2）把最小的两个概率值相加，得到一个新的概率序列 （3）重复上述两个步骤，直到概率值为1 （4）从后往前进行编码，概率大的赋予1，概率小的赋予0。 （反过来也可以) （5）写出每个符号的码字 例1：字母A B C D E出现的概率分别为0.15、0.25、0.1、0.37和0.13，其哈夫曼编码为： 例2：字母A B C D E出现的概率分别为0.53、0.25、0.07、0.05和0.1，其哈夫曼编码为： 3、算术编码 编码原理：将被编码信源表示为[0，1）区间的一个实数，根据各符号出现的概率构造其所在区间，随着信息字符的不断出现，其所在区间越来越小，对应表示的实数也越来越小。 例：假设有一个4个符号的信源A={a1，a2，a3，a4 } ，各符号出现的概率及起始编码区间如下表： 二、有损压缩 原理： 减少或去除数据中的冗余，压缩时会丢失部分数据，且丢失的数据无法恢复； 优点：压缩比率较大； 缺点：解压缩以后的数据与原始数据不完全一致； 应用：压缩视频、图像和音频等； 1. PCM（Pulse Code Modulation,脉冲编码调制） 采样：按固定时间间隔获取一个样本值 量化：按允许的误差将样本对应到近似的数值（幅度上的离散化） 。有均匀量化和非均匀量化。 编码：用二进制代码表示采样量化后的样本值。 2.预测编码 （1）DPCM（差分脉冲编码调制） （2）ADPCM（自适应脉冲编码调制） 自适应量化：当信号分布不均匀时，能随输入信号的变化改变量化区间的大小。 自适应预测：采用过去的样本值估算下一个输入样本的预测值，得到最小的实际样本值与预测值之间的差值。 （3）帧间预测编码利用视频图像各帧之间的时间相关性，减少帧内图像信号的冗余，即不直接传送当前帧的像素值，而是传送x和其前一帧或后一帧对应像素x’之间的差值。 运动补偿的帧间预测 帧间内插法 （4） 线性预测编码（Linear Predictive Coding,LPC）采用过去的样本值，以一种前向反馈的方式预测当前采样值，预测值可以用过去p个样本值的线性组合来表示。该方法被广泛应用于语音处理。 3. 变换编码将图像信