第十三章 多媒体技术教程-ch3.pdf

第三章 多媒体数据压缩 3.1 数据压缩的 3.1 数据压缩的 基本原理和方法 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 系统几乎无法对它进行存取和交换。 例如，一幅具有中等分辨率（640 ×480 ）的真彩色 图像（24b/像素），它的数据量约为7.37Mb/帧，一个 100MB （Byte）的硬盘只能存放约100帧图像。若要达到 每秒25帧的全动态显示要求，每秒所需的数据量为 184Mb，而且要求系统的数据传输率必须达到184Mb/s。 对于声音也是如此，若采用16b样值的PCM编码，采样速 率选为44.1kHZ ，则双声道立体声声音每秒将有176KB的 数据量。 3.1 数据压缩的基本原理和方法 • 视频、图像、声音有很大的压缩潜力 信息论认为：若信源编码的熵大于信源的实 际熵，该信源中一定存在冗余度。 原始信源的数据存在着很多冗余度：空间冗 余、时间冗余、视觉冗余、听觉冗余等。 3.1.1 数据冗余的类型 3.1.1 • 空间冗余：在同一幅图像中，规则物体和规则背景 的表面物理特性具有相关性，这些相关性的光成像 结果在数字化图像中就表现为数据冗余。 – 一幅图象中同一种颜色不止一个象素点，若相邻的象素点 的值相同，象素点间（水平、垂直）有冗余。 – 当图象的一部分包含占主要地位的垂直的源对象时，相邻 线间存在冗余。 3.1.1 数据冗余的类型 3.1.1 • 时间冗余：时间冗余反映在图像序列中就是 相邻帧图像之间有较大的相关性，一帧图像 中的某物体或场景可以由其它帧图像中的物 体或场景重构出来。 – 音频的前后样值之间也同样有时间冗余。 – 若图象稳定或只有轻微的改变，运动序列帧间存 在冗余。 3.1.1 数据冗余的类型 3.1.1 • 信息熵冗余：信源编码时，当分配给第i个码元类的比特数b （y ）=-logp ，才能使编码后单位数据量等于其信源熵，即 i i 达到其压缩极限。但实际中各码元类的先验概率很难预知， 比特分配不能达到最佳。实际单位数据量dH （S ），即存在 信息冗余熵。 • 视觉冗余：人眼对于图像场的注意是非均匀的，人眼并不能 察觉图像场的所有变化。事实上人类视觉的一般分辨能力为 26 8 灰度等级，而一般图像的量化采用的是2 灰度等级，即存在 着视觉冗余。 3.1.1 数据冗余的类型 3.1.1 • 听觉冗余：人耳对不同频率的声音的敏感性是不同 的，并不能察觉所有频率的变化，对某些频率不必 特别关注，因此存在听觉冗余。 • 其它冗余：包括结构冗余、知识冗余等。 3.1.2 数据压缩技术的性能指标 3.1.2 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。 有三个关键参数评价一个压缩系统 – 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。 3.1.2数据压缩技术的性能指标 3.1.2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(bpp) 输出15000byte 输入