多媒体数据压缩技术教学

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1、第十章多媒体数据压缩技术计算机网络与多媒体技术多媒体关键技术数据压缩概述10.1音频数据的压缩10.2静态图像的数据压缩10.3运动图像的数据压缩10.410.1数据压缩概述由于多媒体数据量非常大，造成计算机的存储和网络传输负担若帧速率为25帧／秒，则1s的数据量大约为25MB，一个640MB的光盘只能存放大约25s的动态图像一幅640×480分辨率的24位真彩色图像的数据量约为900KB；一个100MB的硬盘只能存储约100幅静止图像画面解决办法之一就是进行数据压缩，压缩后再进行存储和传输，到需要时再解压、还原。以目前常用的位图格式的图像存储方式为例，像素与像素之间无论是在行

2、方向还是在列方向都具有很大的相关性，因而整体上数据的冗余度很大，在允许一定限度失真的前提下，能够对图像数据进行很大程度的压缩。数据压缩方法无损压缩：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，但压缩率受到统计冗余度理论限制，一般为2：1到5：1。多媒体应用中经常使用的无损压缩方法主要是基于统计的编码方案，如游程编码(runlength)、Huffman编码、算术编码和LZW编码等等。常用工具：WinRar、WinZip、ARC等10.1数据压缩概述10.1数据压缩概述数据压缩方法有损压缩：利用了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

3、在压缩过程中损失一定的信息；虽然不能完全恢复原始数据，但是所损失的部分对理解原始图像或声音的影响较小，却换来了大得多的压缩比。有损压缩广泛应用于语音、图像和视频数据的压缩。常用的有损压缩方法有：PCM(脉冲编码调制)、预测编码、变换编码(主要是离散余弦变换方法)、插值和外推法(空域亚采样、时域亚采样、自适应)等等。常用工具：JPEG、MPEG等10.1数据压缩概述衡量一种数据压缩技术的好坏有三个重要的指标压缩比图像质量或音质压缩和解压的速度数据压缩原理原始的多媒体信源数据存在着客观上的大量冗余。信息理论认为：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。去掉冗余不会减

4、少信息量，仍可原样恢复数据；但若减少了熵，数据则不能完全恢复。不过在允许的范围内损失一定的熵，数据仍然可以近似恢复。10.1数据压缩概述数据压缩原理因为人的感觉的某些不敏感性，多媒体数据中还存在着从主观感受角度看去的大量冗余，即：在人眼允许的误差范围之内，压缩前后的图像如果不做非常细致的对比是很难觉察出两者的差别的。统计编码：无失真编码。根据信息出现概率的分布特性进行的压缩编码。预测编码：有失真编码。根据原始的离散信号之间存在关联性的特点，利用前面的一个或多个信号对下一个信号进行预测，然后对实际值和预测值的差进行编码。10.1数据压缩概述数据压缩原理变换编码。有失真编码。对原始

5、数据从初始空间或时间域进行数学变换，使得信号中最重要的部分在变换域中易于识别，并且集中出现，可以重点处理；相反使能量较少的部分较分散，可以进行粗处理。三个步骤：变换、变换域采样和量化。分析—合成编码。有失真编码。通过对原始数据的分析，将其分解成一系列更适合表示的“基元”或“参数”，编码仅对这些基本单元或参数进行。而译码时则借助于一定的规则或模型，按照一定的算法将这些基元或参数再“综合”成原数据的一个逼近。10.1数据压缩概述数据压缩技术标准H.26X。由CCITT（ConsultativeCommitteeofInternationalTelegraphandTelephone

6、国际电报电话咨询委员会，从1993年3月1日起，改组为ITU）制定的标准。包括H.261、H.263、H.264，简称为H.26X主要应用于实时视频通信领域H.261：是ITU-T为在综合业务数字网（ISDN）上开展双向声像业务（可视电话、视频会议）而制定的，速率为64kb/s的整数倍。H.261只对CIF（352×288）和QCIF（176×144）两种图像格式进行处理。H.261是最早的运动图像压缩标准。10.1数据压缩概述数据压缩技术标准H.263：在H.261的基础上发展而来的加强版，它借鉴了MPEG-1的优点，支持PSTN，能在低带宽上传输高质量的视频流。H.264：

7、由ISO/IEC（IEC，国际电工委员会）与ITU-T组成的联合视频组（JointVideoTeam，JVT）制定的新一代视频压缩编码标准。在相同的重建图像质量下，H.264比H.263+和MPEG-4减小50%码率，对信道时延的适应性较强，既可工作于低时延模式以满足实时业务，如会议电视等，又可工作于无时延限制的场合，如视频存储等；提高网络适应性，加强对误码和丢包的处理，提高解码器的差错恢复能力。音频信号压缩编码的主要依据是人耳的听觉特性，主要有两点：1.人的听觉系统中存在一个听觉阈值电平，