多媒体数据压缩技术22.ppt

第六章 多媒体数据压缩技术,数据压缩技术,为什么要采用数据压缩技术？ 在传送和处理信息时，尽量减少数据量 数据压缩技术既包含硬件技术又包含软件技术，但数据压缩的实现都是数学运算的结果,数据压缩技术的发展历程,1948年，Oliver提出PCM（脉冲码调制）理论，标志数据压缩技术诞生 1977年，Lempel Ziv压缩技术问世。出现了冗余字符串查找和简短标记替代技术。 霍夫曼提出定量字符变换成变量压缩字符的数据压缩方法 1984年前后，关于数据压缩技术的研究进入实用阶段 1989年，人类制成了世界上第一个专门用于数据压缩的集成电路,数据压缩技术的应用领域,图像信号、视频信号和音频信号的压缩编码 文件存储系统和分布式系统的压缩编码 为数据安全保密而开发的数据压缩编码 快速算法的研究,6.1.1,多媒体信息的数据量,6.1数据压缩基本原理,6.1.2,数据压缩条件, 数据存在冗余 (重复数据、可忽略数据), 数据传输与存储空间的限制 (压缩 传输或存储 解压缩), 44.1kHz / Stereo 1.3MB, 22.0kHz / Nomo 0.3MB, Stop,重复数据 可忽略数据,6.1.3,数据冗余,1、 冗余基本概念, 冗余 信息所具有的各种性质中多余的无用空间, 冗余度 多余的无用空间的程度,音频数据8kHz采样8bit60秒 = 3840KBit (合480KB/分钟),冗余分类,2、,1 空间冗余 规则物体的物理相关性,2 时间冗余 视频与动画画面间的相关性,3 统计冗余 具有空间冗余和时间冗余,6 视觉冗余 视觉、听觉敏感度和非线性感觉,7 知识冗余 凭借经验识别,4 结构冗余 规则纹理、相互重叠的结构表面,5 信息熵冗余 编码冗余，数据与携带的信息,8 其他冗余 上述7种以外的冗余,声音频率 文字组句 色彩渐变 主观意识 : :,6.2.1,6.2 数据压缩算法,数据压缩算法分类,6.2.2,霍夫曼编码, 霍夫曼编码 无损编码, 编码原理 出现频率高的数据编码长度短，反之亦然 1 信号源的数据按照出现概率递减的顺序排列 2 合并两个最小出现概率，作为新数据出现概率 3 重复进行12，直至概率相加为1为止 4 合并运算时，概率大者取0，概率小者取1 5 记录概率为1处到信号源的0、1序列, 编码特点 1 编码长度可变，压缩与解压缩较慢 2 硬件实现困难 3 编码效率取决于信号源的数据出现概率,6.3,动态图像MPEG 压缩编码, JPEG编码 有损编码, 压缩比 10:1 100:1 (一般压缩比40:1), 压缩原理 采用无失真预测编码、有失真DCT编码等混合编码方式, 无失真预测编码 线性预测编码，压缩比2:1 有失真DCT编码 1 离散余弦变换压缩编码，压缩比40:1 2 霍夫曼编码 (增强型编码) 3自适应算术编码 (增强型编码),6.4 静态图像JPEG 压缩编码,MPEG标准是一个通用标准,主要针对全动态图像而设计,分为三部分: MPEG视频压缩进行全屏幕动态视频图像的数据压缩 MPEG音频压缩进行数字音频信号的压缩 MPEG系统MPEG标准的算法、软件和硬件,6.4.1 基本原理 动态图像是一组有序排列的图像，各帧之间的相似处和相同处很多，因此相邻帧之间存在冗余。压缩编码技术的任务是找出帧之间的冗余，然后以帧速度进行预测和压缩。 动态图像压缩主要解决三个问题： 正确区分静止图像和动态图像 提取动态图像的活动成分 进行帧之间的预测，提供压缩的依据,帧的预测编码: 帧的预测编码能把冗余舍弃，只传送和存储有效信号。 两种实现的方法： 条件像素补充法比较两帧对应位置像素的亮度，如差值超出预定阀值则认为像素有变化，证明像素在画面上是活动的。 运动补偿法该方法是MPEG标准实现的主要技术，首先跟踪画面内的活动状态，并对其进行运动向量的计算，然后加以补偿，最后再利用帧间预测实现最终的压缩目的。,MPEG根据处理图像的性质，把图像分为以下三类： 帧内图像（Intra pictures)又称“I图像” 预测图像（Predicted pictures)又称“P图像” 双向图像（Bidirestional pictures)又称“B图像”,6.4.2 MPEG技术标准,MPEG标准分为MPEG-I标准和MPEG-II标准 MPEG-I标准诞生于1991年，主要用于对活动图像及伴音信号进行压缩编码 MPEG-II标准是对MPEG-I标准的扩充，用于DVD视频信号的压缩标准,时间冗余： MPEG压缩标准将每一帧视频图像用于