第6章多媒体数据的压缩..ppt

第6章 多媒体数据的压缩 6.1 数据压缩概述 数据压缩的必要性 数据冗余 6.2 数据压缩的基本原理 信息编码基础 数据压缩方法 6.3 数据压缩的编码算法 统计编码（行程编码 哈夫曼编码 算术编码） 预测编码 变换编码 6.4 常用多媒体数据压缩标准 音频压缩编码标准 静态图像压缩标准 动态图像压缩标准视频压缩编码标准 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 2 数据冗余 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（出现的频率具有一定的规律性，如元音多，有些辅音很少出现） 结构冗余（具有纹理结构的图像区域） 信息熵冗余（又叫编码冗余，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 一、无损压缩：减少或去除数据中的冗余，可以无失真地还原成原来的数据，一般适合压缩数据或程序，但是压缩比较小，一般在2：1到5：1之间。 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 000111111000001111 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，那么表示这一消息所需的二进制位数就越多。 例：假设一个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。 如果要传送的消息为a1a2a3a2，算术编码过程为： 区间计算方法： 新区间起始位置：前面区间起始位置 + 当前区间左端 * 前面区间长度 新区间长度：当前符号的概率 * 前面区间长度 二、有损压缩：压缩时会丢失部分数据，且丢失的数据无法恢复。是不可逆的压缩，即解压缩以后的数据与原始数据不完全一致。 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