[精选]第4章多媒体数据压缩与编码技术.pptx

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1、第4章多媒体数据压缩与编码技术本章重点：编码模型编码压缩方法分类统计编码的基本原理预测编码的基本原理变换编码的基本原理视频编码的基本原理第4章多媒体数据压缩与编码技术4.1编码压缩的必要性与可能性4.2编码模型4.3编码压缩方法分类4.4统计编码4.5预测编码4.6变换编码4.7其他编码4.8视频编码4.9本章小结4.1编码压缩的必要性与可能性4.1.1编码压缩的必要性4.1.2编码压缩的可能性4.1.1编码压缩的必要性众所周知，图像量化所需数据量大。图像和视频的庞大数据对计算机的处理速度、存储容量都提出过高的要求。因此必须进行数据量压缩。从传送的角度来看，在信道

2、带宽、通信链路容量一定的前提下，采用编码压缩技术，减少传输数据量，是提高通信速度的重要手段。因此，更要求数据量压缩。4.1.2编码压缩的可能性众所周知，视频由一帧一帧的图像组成，而图像的各像素之间，无论是在行方向还是在列方向，都存在着一定的相关性，即冗余度。应用某种编码方法提取或减少这些冗余度，便可以达到压缩数据的目的。常见的静态图像数据冗余包括：1.空间冗余这是静态图像存在的最主要的一种数据冗余。一幅图像记录了画面上可见景物的颜色。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，从而产生了空间冗余。4.1.2编码压缩的可能性2.时间冗余在视频的相邻帧间，往

3、往包含相同的背景和移动物体，因此，后一帧数据与前一帧数据有许多共同的地方，即在时间上存在大量的冗余。3.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，方格状的地板图案等。我们称这种冗余为结构冗余。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，人脸的图像有固定的结构。这类4.1.2编码压缩的可能性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.视觉冗余事实表明，人类的视觉系统对图像场的敏感性是非均匀的和非线性的。然而，在记录原始图像数据时，通常假定视觉系统是线性的和均匀的，对视觉敏感和不敏感的部分同等对待，从

4、而产生了比理想编码更多的数据，这就是视觉冗余。6.图像区域的相同性冗余是指在图像中的两个或多个区域所对应的所有4.1.2编码压缩的可能性像素值相同或相近，从而产生的数据重复性存储，这就是图像区域的相似性冗余。7.纹理的统计冗余有些图像纹理尽管不严格服从某—分布规律，但是它在统计的意义上服从该规律。利用这种性质也可以减少表示图像的数据量，所以我们称之为纹理的统计冗余。4.2编码模型4.2.1信源编码器和信源解码器4.2.2信道编码器和解码器4.2编码模型如图4.1所示，一个压缩系统包括两个不同的结构块：一个编码器和一个解码器。图像f（x，y）输入到编码器中，这个编码

5、器可以根据输入数据生成一组符号。在通过信道进行传输之后，将经过编码的表达符号送入解码器，经过重构后，就生成了输出图像。4.2.1信源编码器和信源解码器信源编码器的任务是减少或消除输入图像中的冗余。编码的框图如图下图(a)所示。从原理来看主要分为三个阶段，第一阶段将输入数据转换为可以减少输入图像中像素间冗余的数据的集合。第二阶段设法去除原图象信号的相关性，例如对电视信号就可以去掉帧内各种相关，还可以去除帧间相关。这样有利4.2.1信源编码器和信源解码器于编码压缩。第三阶段就是找一种更近于熵，又利于计算机处理的编码方式。下图(b)中显示的信源解码器仅包含两部分：一个符

6、号解码器和一个反向转换器。这些模块的运行次序与编码器的符号编码器和转换模块的操作次序相反。4.2.2信道编码器和解码器当信道带有噪声或易于出现错误时，信道编码器和解码器就在整个译码解码处理中扮演了重要的角色。最有用的—种信道编码技术是由R．w．Hamming提出的。该技术基于这样的思想，即向被编码数据中加入足够的位数以确保可用的码字间变化的位数最小。例如，利用Hamming码将3位冗余码加到4位字上，使得任意两个有效码字间的距离为3，则所有的一位错误都可以检测出来并得到纠止。与4位二进制数b3b2b1b0相联系的7位Hamming(7，4)码字4.2.2信道编码器

7、和解码器h1h2…h5h6h7是：这里表示异或运算。h1，h2和h4位分别是位字段b3b2b0，b3b1b0和b2b1b0的偶校验位。4.2.2信道编码器和解码器为了将汉明（Hamming）编码结果进行解码，信道解码器必须为先前设立的偶校验的各个位字段进行奇校验并检查译码值。一位错误由一个非零奇偶校验字c4c2c1给出，这里，4.3编码压缩方法分类数据压缩的目标是去除各种冗余。根据压缩后是否有信息丢失，多媒体数据压缩技术可分为无损压缩技术和有损压缩技术两类。数据压缩编码分类如图4.3所示。常见的无损压缩技术有：霍夫曼编码算术编码行程编码词典编码4.3编码压缩方法分

8、类常用的一