多媒体数据压缩技术

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1、第6章多媒体数据压缩技术【教学内容】1．多媒体数据压缩编码的必要性、可能性和压缩方法的分类；2．量化；3．统计编码；4．变换编码；5．多媒体数据压缩编码国际标准。【教学目的与要求】数字化后的音频和视频等媒体信息具有数据海量特性，与当前硬件技术所能提供的计算机存储资源和网络带宽之间有很大差距（虽然现在的存储器的容量越来越大），解决这一问题的关键技术就是数据压缩技术，即多媒体数据压缩编码的必要性。由于数据中存在着大量的冗余，所以多媒体数据压缩才是可行的。介绍常用的编码方法，数据压缩编码的国际标准：JPEG、MPEG等。1．熟练掌握：多媒体数据压缩编码的必要性、可能性；哈夫曼编码；JPEG压缩编码。

2、2．掌握：量化；统计编码；变换编码。1．一般了解：压缩编码的分类；多媒体数据压缩编码的其他国际标准，如MPEG-1，MPEG-2，MPEG-4，MPEG-7等；【考核知识点】多媒体数据压缩编码的必要性；多媒体数据压缩的可行性；哈夫曼编码、算术编码的基本原理；数据压缩编码的国际标准：JPEG、MPEG的基本原理。41《多媒体技术》第6章多媒体数据压缩技术随着通信、计算机和大众传播这三大技术更紧密的融合，计算机已不局限于数值计算、文字处理的范畴，同时成为处理图形、图像、文字和声音等多媒体等多种信息的工具。数字化后的视频和音频等媒体信息具有数据海量性，与当前硬件技术所能提供的计算机存储资源和网络带宽

3、之间有很大差距，可以通过数据压缩技术解决该关键问题。在多媒体计算机技术的发展与进步的进程中，数据压缩技术扮演着举足轻重的角色。本章重点介绍一些重要的压缩编码方法，也介绍现有的多媒体数据压缩的国际标准：JPEG、MPEG、H.21、H.23可视通信的国际标准。这些压缩算法和国际标准可以广泛地应用于多媒体计算机、多媒体数据库、常规电视数字化、高清电视（HDTV）以及交互式电视（InteractiveTV）系统中。目前，正在开展应用的项目有：可视电话、视频会议、多媒体电子邮件、音频、视频点播和IP电话等。6.1多媒体数据压缩技术概述6.1.1多媒体数据压缩编码的必要性由于媒体元素种类繁多、构成复杂，

4、即数字计算机所要处理、传输和存储等对象为数值、文字、语言、音乐、图形、动画、静态图像和电视视频图像等多种媒体元素，并且使他们在模拟量和数字量之间进行自由转换、信息吞吐、存储和传输。目前，虚拟现实技术要实现逼真的三维空间、3D立体声效果和在实境中进行仿真交互，带来的突出的问题是媒体元素数字化后数据量大得惊人。在前几章中曾介绍过诸如声音、图像等信号的海量表现，下面不妨再举几个例子说明：（1）陆地卫星的水平、垂直分辨率分别为3240和2340，4波段、采样精度为7位，那么一幅图像的数据量为2340×3240×7×4/8=26.5MB，按每天30幅计算，每天的数据量就有26.5×30=795MB，每年

5、的数据量高达283GB。41《多媒体技术》第6章多媒体数据压缩技术（2）高保真立体声音频信号的采样频率为44.1kHz、16位采样精度，一分钟存储量为10.34MB。一片CD-ROM（存储量为650MB）可存放约63分钟的音乐。如果使用48kHz采样频率的话，需要的存储量就更大了。（3）数字电视图像（InternationalConsultativeCommitteeForRadio，ICCR）格式，PAL制式、8:8:8采样，每帧数据量为720×576×3=1.19MB；每秒的数据量为1.19×25=29.75MB；一片CD-ROM只能存放650÷1.19=546帧图像，或一片CD-ROM可

6、存储节目的时间为650÷29.75=21.85秒。从以上的例子可以看出，数字化信息的数据量十分庞大，无疑给存储器的存储量、通信干线的信道传输率以及计算机的速度都增加了极大的压力。如果单纯靠扩大存储器容量、增加通信干线传输率的办法来解决问题是不现实的。通过数据压缩技术可以大大降低数据量，以压缩的形式存储和传输，既节约了存储空间，又提高了通信干线的传输效率，同时也使计算机得以实时处理音频、视频信息，保证播放出高质量的视频和音频节目。6.1.2多媒体数据压缩的可能性(可行性)经研究发现，与音频数据一样，图像数据中存在着大量的冗余。通过去除那些冗余数据可以极大地降低原始图像数据量，从而解决图像数据量巨

7、大的问题。图像数据压缩技术就是研究如何利用图像数据的冗余性来减少图像数据量的方法。因此，进行图像压缩研究的起点是研究图像数据的冗余性。（1）空间冗余。在静态图像中有一块表面颜色均匀的区域，在这个区域中所有点的光强和色彩以及色饱和度都相同，具有很大的空间冗余。这是由于基于离散像素采样的方法不能表示物体颜色之间的空间连贯性导致的。（2）时间冗余。电视图像、动画等序列图片，当其中物体有位移时，后一帧的数