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第三章多媒体数据压缩 3.1 数据压缩的 基本原理和方法 3.1 数据压缩的基本原理和方法 压缩的必要性 音频、视频的数据量很大，如果不进行处理，计算机系统几乎将无法对它进行存取和交换。 文本：屏幕分辨率为 1024×768，字符大小为 8×8 点阵，每个字符用两个字节表示 满屏字符的数量为：(1024/8)×(768/8)=12288(个) 存储空间(字节)为：12288×(2×8)=196688bit=24KB 3.1 数据压缩的基本原理和方法 矢量图形：一幅由 500条直线组成的矢量图形，每条线的信息由起点X1，起点Y1，终点X2，终点Y2，属性（线的颜色和宽度等性质）等五个项目表示。设屏幕大小为 768×512，属性位用1字节表示。 每条线的存储空间为：19×2＋8=46bit 一幅图形需要的存储空间为：500×46 = 2.8KB 3.1 数据压缩的基本原理和方法 点阵图：一个简单的全屏点阵图，设屏幕大小为 768×512，每点是256色(位深为8位) 一屏点阵图需要的存储空间为： 768×512×8/8 → 384KB 将一张11英寸× 8.5英寸的彩色照片扫描输入计算机，扫描仪的分辨率设定为300dpi(点/英寸)，每个像素的 R、G、B 分量分别为 8 位，扫描产生 24 位的真彩图。存储空间为： 11×300×8.5×300×8×3/8 → 24.08MB 3.1 数据压缩的基本原理和方法 数字化声音(语音)：声音的模拟带宽为 4KHz，采样位数：8bit，采样频率：8kHz 1s 声音的存储空间为：8k×8= 64kbit= 8KB 数字化高质量音频：声音的模拟带宽为 22KHz，采样位数：32bit，采样频率：44KHz 1s 音频的存储空间为：44×32=1408kbit=176KB 3.1 数据压缩的基本原理和方法 数字化视频(PAL制式)：视频带宽为5MHz，帧速率为25 帧/s，样本宽是 24bit，采样频率为10MHz，因而存储一帧数字化的 PAL 制式视频图像需要的空间为：10÷25×24=9.6Mbit=1.2MB 一秒种 PAL 制式的视频图像需要的存储空间为： 1.2×25=30MB 3.1.2数据冗余的类型 1. 数据冗余的类型 （1）空间冗余 （2）时间冗余 （3）信息墒冗余 （4）视觉冗余 （5）听觉冗余 （6）其他冗余——结构冗余、知识冗余 3.1.3 数据压缩技术的性能指标 节省图象或视频的存储容量，增加访问速度，使数字视频能在PC机上实现，需要进行视频和图象的压缩。 评价一个压缩系统的三个关键参数 压缩比 图象质量 压缩和解压的速度 另外也必须考虑每个压缩算法所需的硬件和软件。 3.1.3 数据压缩技术的性能指标 1．压缩比 压缩性能常常用压缩比定义（输入数据和输出数据比） 例：512×480， 24bit/pixel 输入＝737280byte 输出15000byte 压缩比＝737280/15000＝49 3.1.3 数据压缩技术的性能指标 2．图象质量 压缩方法：无损压缩（图象质量不变） 有损压缩 有损压缩：失真情况很难量化，只能对测试的图象进行估计。 模拟图象质量的指标：信噪比、分辨率、颜色错，但必须在观察了实际图象以后。 3.1.3 数据压缩技术的性能指标 3．解压缩速度 在许多应用中，压缩和解压可能不同时用，在不同的位置不同的系统中。所以压缩、解压速度分别估计。 静态图象中，压缩速度没有解压速度严格；动态图象中，压缩、解压速度都有要求，因为需实时地从摄像机或录像机中抓取动态视频。 3.1.3 数据压缩技术的性能指标 4．硬软件系统 有些压缩解压工作可用软件实现。设计系统时必须充分考虑： 算法复杂 － 压缩解压过程长 算法简单 － 压缩效果差 目前有些特殊硬件可用于加速压缩/解压。 硬接线系统速度快，但各种选择在初始设计时已确定，一般不能更改。因此在设计硬接线压缩/解压系统时必须先将算法标准化。 数据冗余的例子 你的妻子，Helen，将于明天晚上6点零5分在上海的虹桥机场接你。 (23*2+10=56个半角字符) 你的妻子将于明天晚上 6点零5分在虹桥机场接你。 (20*2+3=43个半角字符） Helen将于明晚6点在虹桥机场接你。 (10*2+7=27个半角字符） 3.1.4数据压缩方法分类 2. 数据压缩技术分类 根据解码