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多媒体数据压缩的基本技术.pptVIP

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第四讲 多媒体数据压缩的基本技术(2) Outline 子带编码 正交变换编码 举例:JPEG算法中用到的压缩编码的方法 子带编码 (Subband Coding,SBC) 是一种在频域中进行数据压缩的方法 子带编码用滤波器组将输入信号分割成一组具有不同频率分量的信号,再进行处理、编码。 主要介绍以下四方面的内容: 1.子带编码工作原理 2.子带编码的比特分配 3.整数带滤波器组 4.正交镜象滤波器组 1. 子带编码工作原理 用一组带通滤波器将输入信号分成若干个在不同频率段上的子带信号,然后将这些子带信号经过频率搬移变换成基带信号,再对它们在奈氏频率上分别取样。取样后的信号经过量化和编码,合并成一个总的码流传送给接收端。 在接收端,首先把码流分成与原来的各个子带信号相对应的子带码流,然后解码、将频谱搬移至原来的位置,最后经带通滤波、相加得到重建的信号。 子带编码的编码器 子带编码的解码器 子带编码的优点: 1.)可以利用人耳(或人眼)对不同频率信号的感知灵敏度不同的特性,在人的听觉(或视觉)不敏感的频段采用较粗糙的量化,从而达到数据压缩的目的; 2.)各个子带的量化噪声都束缚在本子带内,这就可以避免能量较小的频带内的信号被其它频段中的量化噪声所淹没; 3.)通过合理分配比特,可以获得更好的主观质量。 子带编码的比特分配小结: 频域分带和时域预测能获得同样的效果。 子带编码随子带分带数目加大可以更好的利用信号频谱特性,获得更大的编码增益。 比特分配随信号短时特性自适应可获得更好的编码效果。 3. 整数带滤波器组 4. 正交镜象滤波器组 (Quadrature Mirror Filter Banks) ◇ 为保证线性相位特性,子带滤波器组采用FIR滤波器。 ◇ 阶数128~256才能使过渡特性陡峭,混叠效应可忽略。 ◇ 采用正交镜象滤波器组可以使混叠信号抵消,降低对过渡特性的要求,使滤波器阶数大幅度减小 。 正交变换编码 变换域编码通过正交变换将输入信号分解为互不相关的正交分量,再对各正交分量进行处理、编码,以达到压缩的目的。 由于经常采用离散余弦(DCT)变换,变换后系数代表了频率分量,故常称变换域编码为频域编码。 压缩效果取决于变换类型、变换阶数N,以及对各分量的量化策略 正交变换编码和预测编码的比较 正交变换编码和预测编码类似,都是利用去除信源序列的相关性来达到数据压缩的目的 不同之处: 预测编码是在空间域(或时间域)内进行 变换编码是在变换域(频域)中进行的。 (1)变换编码基本工作原理 重建误差 (2)最佳比特分配 (3)区域抽样和截尾误差 ◇ 区域抽样利用变换域系数方差分布先验知识,只选某些区域的变换域系数量化编码,而忽略其它区域的变换域系数。 ◇ 一般认为高频区域频率分量能量小,近似为零,不必量化编码。 ◇ 区域边界可以取固定值,也可以自适应。 ◇ 采用区域抽样压缩了数据量,但会产生截尾误差。 ◇ 正交变换截尾误差的方差等于所删除分量方差的平均值 ◇ 选取正交变换应使能量尽量集中到某些分量上,这样可使区域抽样造成的误差最小 ◇ 区域抽样造成的失真是有控制的预滤波失真,同量化失真相比,对主观质量的影响更易得到控制 ◇ 采用域值编码或自适应比特分配可以获得更好的编码效果,但需要传边信息,同时增加算法复杂度 2 KL变换 ―― 最佳正交变换 Karhunen--Loeve变换可以使变换域编码增益GTC取最大值。 KL变换实用上有困难,缺乏相应的快速算法,因此在数据压缩中应用并不普遍 K-L变换小结: ◇ 特征矢量反映了输入信号的特点,KL变换使用特征矢量作为基矢量,变换后能量集中在少数分量上,使各分量方差几何平均值达最小。 ◇ 采用KL变换,当阶数趋向无穷时,编码增益达极限值。 ◇ 实际信号相关约束长度有限,128阶以上,性能已接近极限值。 ◇ KL变换性能虽好,但语音信号是非平稳随机过程,各段信号的特征根和特征矢量都不会相同,求解麻繁,并需要传送边信息,因此不实用。 3 离散余弦变换(DCT) 离散余弦变换(Discrete Cosine Transform ,DCT)是一种正交变换 其性能接近KL变换 有快速算法,因此得到广泛应用 DCT变换应用举例 DCT变换小结 ◆ DCT变换系数代表频率分量,容易根据主观感觉控制量化失真。 ◆ 相邻样点有较高的相关性,DCT的性能非常接近KL。许多信号满足此要求。 ◆ DCT有快速算法,这对实用很重要,特别当N比较大时。 JPEG (Joint Photographic Experts Group) ◆ ISO/IEC 10918 ◆ 86年成立JPEG 88年确立以DCT为基础提出

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