最新数据压缩基础教学讲义PPT.ppt

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1、数据压缩基础主要内容数据压缩概述数据压缩编码统计编码——霍夫曼编码算术编码预测编码行程编码变换编码词典编码分析综合编码2什么是数据压缩数据压缩就是在一定的精度损失条件下，以最少的数码表示信源所发出的信号信源编码信道编码信道信道译码信源译码信源信宿3常见的图像数据冗余（1）空间冗余。在任何一幅图像中，均有由许多灰度或颜色都相同的邻近像素组成的区域，它们形成了一个性质相同的集合块，即它们相互之间具有空间（或空域）上的强相关性，在图像中就表现为空间冗余。（2）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。图像序列中两幅相邻的图像有较大的相关，这反映为时间冗余。（3

2、）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分布模式。例如，方格状的板图案等，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。7（4）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：狗的图像有固定的结构，比如，狗有四条腿，头部有眼、鼻、耳朵，有尾巴等。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。（5）视觉冗余。人类视觉系统的一般分辨能力估计为26灰度等级，而一般图像的量化采用的是28的灰度等级。像这样的冗余，我们称之为视觉冗余。空间冗余和时间冗余是将图像信号看作为随机信号时所反映出的统计特征，因此有时把这两种冗余称为统

3、计冗余。8时间域压缩──迅速传输媒体信源频率域压缩──并行开通更多业务空间域压缩──降低存储费用能量域压缩──降低发射功率数据压缩的好处9压缩比要大恢复后的失真小压缩算法要简单、速度快压缩能否用硬件实现数据压缩技术实现的衡量标准10无损压缩是指使用压缩后的数据进行重构(或者叫做还原，解压缩)，重构后的数据与原来的数据完全相同；无损压缩用于要求重构的信号与原始信号完全一致的场合。有损压缩是指使用压缩后的数据进行重构，重构后的数据与原来的数据有所不同，但不影响人对原始资料表达的信息造成误解。有损压缩适用于重构信号不一定非要和原始信号完全相同的场合。数据压缩技术的分类11根据压缩原理

4、的分类（1）预测编码。它是利用空间中相邻数据的相关性来进行压缩数据的。通常用的方法有脉冲编码调制（PCM）、增量调制（DM）、差分脉冲编码调制（DPCM）等。这些编码主要用于声音的编码（2）变换编码。该方法将图像时域信号转换为频域信号进行处理。这种转换的特点是把在时域空间具有强相关的信号转换到频域上时在某些特定的区域内能量常常集中在一起，数据处理时可以将主要的注意力集中在相对较小的区域，从而实现数据压缩。一般采用正交变换，如离散余弦变换（DCT）、离散傅立叶变换（DFT）12（3）统计编码（信息熵编码）。依据信息熵原理，让出现概率大的信号用较短的码字表示，反之用较长的码字表示。

5、常见的编码方法有Huffman编码、Shannon编码以及算术编码。（4）量化与矢量量化编码。对模拟信号进行数字化时要经历一个量化的过程。为了使整体量化失真最小，就必须依据统计的概率分布设计最优的量化器。最优的量化器一般是非线性的，已知的最优量化器是Max量化器。我们对像元点进行量化时，除了每次仅量化一个点的方法外，也可以考虑一次量化多个点的做法，这种方法称为矢量量化。即利用相邻数据间的相关性，将数据系列分组进行量化。（5）子带（subband）编码。将图像数据变换到频率后，按频率分带，然后用不同的量化器进行量化，从而达到最优的组合。或者分布渐进编码，在初始时，对某一个频带的信

6、号进行解码，然后逐渐扩展到所有频带。13算法概要JPEG(JointPhotographicExpertsGroup)是一个由ISO和CCITT两个组织机构联合组成的一个图像专家小组，负责制定静态的数字图像数据压缩编码标准，这个专家组开发的算法称为JPEG算法，并且成为国际上通用的标准。JPEG是一个适用范围很广的静态图像数据压缩标准，既可用于灰度图像又可用于彩色图像。JPEG不仅适于静止图像的压缩，电视图像的帧内图像的压缩编码，也常采用此算法。JPEG标准还可以大范围地调节图像压缩率及其保真度。标准主要采用了两种基本的压缩算法，一种是采用以离散余弦变换(DCT)为基础的有损压

7、缩算法，另一种是采用以预测技术为基础的DPCM无损压缩算法。JPEG编码标准14JPEG编码标准基于DPCM的无损编码模式：压缩比可以达到2:1。基于DCT的有损顺序编码模式：压缩比可以达到10:1以上。基于DCT的递增编码模式基于DCT的分层编码模式JPEG规定了4种运行模式，以满足不同需要：15JPEG有损顺序编码算法的主要计算步骤如下：1.将源图像分成几个颜色平面（分量图像）。2.分成8×8数据块进行正向离散余弦变换(FDCT)。2.量化(quantization)。3.Z字形排列量化