多媒体数据压缩(改)

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1、第6章多媒体数据压缩2本章主要内容6.1数据压缩技术概述6.2数据压缩技术原理6.3JPEG静止图像压缩标准6.4运动图像压缩标准MPEG36.1数据压缩技术概述6.1.1数据压缩的概念采样数据不仅仅是所代表的原始信息本身，还包含着其它一些没必要保留的（确定的、可推知的）信息，即存在着数据冗余。M=D-∆d其中M表示实际媒体信息，D表示数字化后的采样数据，∆d表示数据冗余量。数据压缩就是从采样数据中去除冗余，即保留原始信息中变化的、特征性信息，去除重复的、确定的或可推知的信息，在实现更接近实际媒体信息描述的前提下，尽可能的减少

2、描述用的信息量。46.1.2多媒体数据的冗余随着计算机技术的高度发展以及通信、计算机和大众传媒三大技术的相互融合，计算机已经不再局限于数值计算、文字处理的范畴，而成为处理图形、图像、视频、音频等多种信息的工具。但数字化后的声音、图像、视频和音频等多媒体数据是非常庞大的。例如：一页在A4（216mm×300mm）纸上的照片，以300dpi（12像素/mm）采样，每个像素用24位真彩色信号表示，其数据量约为27MB/页，650MB的CD-ROM只可放24页；双声道立体声光盘，采样率是44.1kHz，采样精度16位，一秒钟数据量是4

3、4.1×16×2/8=172KB/s，一张CD只能存放约1小时的声音。56.1.2多媒体数据的冗余对于如此巨大的多媒体数据，如果不经过压缩，不仅超出了计算机的存储和处理能力，而且在现在的通信信道的传输速率下，是无法完成大量多媒体信息的传输的，多媒体数据的高速传输和储藏所需要的巨大容量已经成为多媒体数据通信技术的最大障碍。因此，为了存储、处理和传输这些数据，必须进行压缩。66.1.2多媒体数据的冗余一般而言，多媒体数据中存在的数据冗余情况主要有以下几种(P107)：信息熵冗余空间冗余时间冗余结构冗余知识冗余视觉冗余听觉冗余纹理的

4、统计冗余信息熵冗余信息熵定义为一组数据所表示的信息量，即式中，E为信息熵，N为数据的种类(或称码元)个数，Pi为第i个码元出现的概率。一组数据的数据量显然等于各记录码元的二进制位数(即编码长度)与该码元出现的概率乘积之和，即式中，D为数据量，为第i个码元的二进制位数。一般取(如ASCII编码把所有码元都编码为7比特)，这样得到的D必然大于E。这种因码元编码长度的不经济带来的冗余称为信息熵冗余或编码冗余。信息熵冗余图26个英文字母相对频率空间冗余--同一景物表面上各采样点的颜色之间往往存在着空间连贯性，但是基于离散像素采样来表示

5、物体颜色的方式通常没有利用景物表面颜色的这种空间连贯性，从而产生了空间冗余。--可以通过改变物体表面颜色的像素存储方式来利用空间连贯性，达到减少数据量的目的。时间冗余--这是序列图像（电视图像、运动图像）表示中经常包含的冗余。--序列图像一般为位于一时间轴区间内的一组连续画面，其中的相邻帧往往包含相同的背景和移动物体，只不过移动物体所在的空间位置略有不同，所以后一帧的数据与前一帧的数据有许多共同的地方，这种共同性是由于相邻帧记录了相邻时刻的同一场景画面，所以称为时间冗余。结构冗余--在有些图像的纹理区，图像的像素值存在着明显的

6、分布模式，例如，方格状的地板图案等。我们称此为结构冗余。--已知分布模式，可以通过某一过程生成图像。知识冗余--有些图像的理解与某些知识有相当大的相关性。例如，人脸的图像有固定的结构。这类规律性的结构可由先验知识和背景知识得到，我们称此类冗余为知识冗余。--根据已有的知识，对某些图像中所包含的物体，我们可以构造其基本模型，并创建对应各种特征的图像库，进而图像的存储只需要保存一些特征参数，从而可以大大减少数据量。知识冗余是模型编码主要利用的特性。视觉冗余--事实表明，人类的视觉系统对图像场的敏感性是非均匀和非线性的。然而，在记录

7、原始的图像数据时，通常假定视觉系统是线性和均匀的，对视觉敏感和不敏感的部分同等对待，从而产生了比理想编码（即把视觉敏感和不敏感的部分区分开来编码）更多的数据，这就是视觉冗余。--通过大量实验，发现以下视觉的非均匀特征。视觉系统对图像的亮度和色彩度的敏感性相差很大；随着亮度的增加，视觉系统对量化误差的敏感度降低；人眼的视觉系统在图像的边缘和非边缘区域分开来处理；人类的视觉系统总是把视网膜上的图像分解成若干个空间有向的频率通道后再进一步处理。图像区域的相同性冗余--它是指在图像中的两个或多个区域所对应的所有像素值相同或相近，从而产

8、生的数据重复性存储，这就是图像区域的相似性冗余。--在以上的情况下，记录了一个区域中各像素的颜色值，则与其相同或相近的其他区域就不在记录其中各像素的值。--向量量化方法就是针对这种冗余性的图像压缩编码方法。纹理的统计冗余--有些图像纹理尽管不严格服从某一分布规律，但是它在统计