4数据压缩技术详解.ppt

第4章 数据压缩技术 图像、视频画面质量和听觉效果取决于视频、音频信号数据的大容量存储和实时传输问题。 数字化后未经压缩的视频和音频等媒体信息的数据量是非常大的，压缩的目的是要减少多媒体信息的存储量和传输量。 不同媒体信息量的比较 图像数据量＝图像的总像素×色彩深度÷8 （Byte） 例：一幅640×480、24真彩色的图像，其文件大小为： 640×480×24÷ 8 ＝921.6KB 音频 双通道立体声激光唱盘，采用脉冲码调制，采样频率44.1KHz，采样精度16位，其一秒钟内的采样数据量为： 44.1×1000×16×2÷8＝176.4 KB一个650MB的CD—ROM，大约可存1小时的音乐。 动态图形和视频图像 对于彩色电视信号，设代表光强Y的带宽为4.2MHz、色彩I为1.5MHz和色饱和度Q为0.5MHz，采样频率＞2倍原始信号频率，各分量均被数字量化为8位，1秒钟电视信号的数据量为： （4.2＋1.5＋0.5）×2×8×1000000÷8＝12.4 MB 容量为650MB的CD—ROM仅能存1分钟的原始电视数据。 若为高清晰度电视，其1秒钟数据量约为150MB，一张CD—ROM还存不下5秒钟的HDTV图像。 4.1 多媒体信息的计算机表示 不同格式的同种媒体信息可通过工具软件进行格式转换，进行压缩。 4.2 数据压缩编码技术 多媒体数据之间往往具有很大的相关性和冗余性，具有很大的压缩潜力。 数据压缩处理一般有两个过程：编码和解码。 按失真性压缩编码分为：无损压缩法和有损压缩法。 数据压缩算法的综合评价指标 压缩的倍数——压缩比要大 如：一幅1024×768像素的黑白图像，每像素具有8位，压缩后使其分辨率降低为512×384，每像素平均仅用0.5位，则压缩倍数为64倍。 压缩和解压的速度——实现压缩的算法要简单，压缩、解压速度快 对称压缩和非对称压缩 图像质量——恢复效果要好 由SNR、PSNA、主观评定标准来衡量。 4.3 数据压缩编码标准 Joint Photographic Experts Group 联合图像专家组 音频信号采样率可以是22KHz，44.1KHz或48KHz。 提供了3个独立的压缩层次： 层1最简单，使用比特率384Kb/s，如：数字录音机。 层2的复杂度中等，使用比特率192Kb/s，如：数字广播、 CD、VCD的音频编码。 层3最复杂，使用比特率64Kb/s，音质好，适用于ISDN上的音频传输、mp3。 H.261是世界上第一个数字视频图像压缩编码的国标标准。其目标是会议电视和可视电话，它只对CIF和QCIF两种图像格式进行处理。 * * 第四章 数据压缩技术 BMP 900K JPG 41.2K 冗余：信息存在的各种性质的多余度。 信息量=数据量+数据冗余 冗余类型：空间冗余、时间冗余、信息编码冗余、结构冗余、 知识冗余、视觉冗余等。 数据冗余类型 空间冗余：如表面颜色均匀的图像 时间冗余：如动态图像多帧连续画面 信息熵 (编码) 冗余 ：数据信息量少于数据本身 结构冗余：如物体表面纹理 知识冗余：如人脸图像的固定结构 视觉冗余：如不能为视觉感知的变化 数据压缩方法 哈夫曼编码 行程编码 算术编码 LZW编码 图像和视频压缩方法 DCT编码 小波变换 子带编码 无失真压缩 有失真压缩 预测编码 变换编码 模型编码 运动补偿 混合编码 分形编码 JPEG MPEG H. 261 无损压缩与有损压缩 无损压缩：利用数据的统计冗余进行压缩，可完全恢复原始数据而不引入任何失真。压缩比较小，一般在2：1到5：1之间。这类方法广泛应用于文本数据、程序。典型算法有：游程编码、Huffman编码、算术编码等等。 有损压缩：利用人类视觉和听觉器官对图像或声音中的某些频率成分不敏感的特性，允许在压缩过程中损失一定的信息，但所损失的部分对理解原始图像或声音不会产生影响。有代表性的算法有：PCM、预测编码、变换编码、插值等等。 静止图像压缩标准JPEG 它是一个适用于彩色和单色多灰度或连续色调静止数字图像的压缩标准。它包括无损压缩和有损压缩两部分。有损压缩的压缩比可达到20~40倍。 音频压缩标准 MPEG 运动图像压缩标准 MPEG Moving Pictures Experts Group MPEG-1：是面向传输率为1.5Mb/s 的全屏幕活动图像的数据压缩算法，主要应用于在存储介质上存储视听信息。 MPEG-2：对每秒30帧的720*572分辨率的视频信号进行压缩。用于卫星、电缆和其他广播信道的数字化传输。