第3章-多媒体数据压缩-完整版

1、多媒体技术与应用多媒体技术与应用第三章第三章 多媒体数据压缩多媒体数据压缩回 顾媒体概述媒体概述 （常见的媒体（常见的媒体元素、种类、性质和特点元素、种类、性质和特点）2. 2. 多媒体计算机系统多媒体计算机系统 （硬件系统、软件系统、外部设备硬件系统、软件系统、外部设备）本 节 内 容多媒体数据压缩概述多媒体数据压缩概述 （压缩的（压缩的必要性必要性、可行性可行性）2. 2. 多媒体数据压缩算法多媒体数据压缩算法 （分类、（分类、霍夫曼编码霍夫曼编码）1.1 概述概述-数据压缩的必要性数据压缩的必要性1. 媒体元素种类种类繁多；2. 多媒体数据量巨大数据量巨大；数据压缩的必要性数据压缩的必要

2、性-数据量大 原始媒体信息数字化后的数据量巨大 例1：一页B5（180*255）大小的文件，以中等分辨率300dpi、8位色方式扫描，其数据量为6.61MB。 保存一部鹿鼎记（1813页）需要11983.93M 650M的CD需要19张数据压缩的必要性数据压缩的必要性-数据量大 音频数据 例2：立体声的激光唱盘，采样频率为44100Hz，16bit，立体声 (2声道)，则1分钟的总数据量约为10MB。 假定一首歌曲5分钟 650M的CD只能存储10首歌曲数据压缩的必要性数据压缩的必要性-数据量大 对于视频，数据量的问题则更加突出。 例3：采用PAL制式，采样格式为4：4：4，24位色，则一秒钟

3、的视频数据量就可达31.3MB。 电影龙骑士时长100分钟 650M的CD需要约289张1.1 概述概述-数据压缩的必要性数据压缩的必要性1. 媒体元素种类种类繁多；3. 3. 存储、处理存储、处理与传输传输问题；2. 多媒体数据量巨大数据量巨大；1.2 概述概述-数据数据压缩的可行性压缩的可行性 信息是有用的数据，而信息是有用的数据，而冗余冗余数据就是数据就是重复数据重复数据或或者者不敏感因素不敏感因素，可以压缩掉。，可以压缩掉。 冗余数据冗余数据与与不敏感因素不敏感因素为数据压缩技术的应用为数据压缩技术的应用提供了提供了可能。2.1 压缩算法压缩算法-数据数据压缩分类压缩分类2.2 霍夫曼

4、编码霍夫曼编码-问题背景 远距离数据通信，需要将文字转换成二进制的字符串，用0，1码的不同排列来表示字符串。例如需要传送报文“information engineering”，用到了10个字符：i：4次；n：5次；e：3次；o, g, r各2次；f, m, a, t各1次，现在要为这些字母设计编码，最简单的二进制编码是等长编码，由于只用到10个字符，只要用4位二进制编码即可区别，共需要传输（4+5+3+2*3+4*1）*4=88个二进制位。在实际中，我们往往更希望报文长度尽可能的短，那么是否有一种编码方式能够实现呢？霍夫曼编码霍夫曼编码2.3 霍夫曼编码霍夫曼编码-原理根据信息出现概率的分布特

5、性进行压缩编码。戴维戴维霍夫曼霍夫曼(1952)(1952)最佳编码定理：对于出现概率大的信息符号以短字长编码，对于出现概率小的信息符号以长字长编码。2.4 霍夫曼编码霍夫曼编码-具体步骤及举例（1）概率统计。（2）概率大小排序。（3）最后两个小概率相加，概率个数-1。（4）重新排序。（5）重复步骤（3），直到最后概率之和为1的根。（6）以二进制码元（0，1）赋值（如大概率用“0”表示，小概率用“1”表示），构成霍夫曼码字，至此编码结束。例子：设有输入图像的灰度级X=x1,x2,x3,x5，出现的概率分别为P=P(xi)0.5,0.2,0.2,0.04,0.06，做出霍夫曼编码。2.5 霍夫曼

6、编码霍夫曼编码-动画演示 概率统计：i（4/22）；n(5/22)；e(3/22)；o(2/22)；g(2/22)；r(2/22)；f(1/22)；m(1/22)； a(1/22)； t(1/22)编码：f:0000 g:1100 m:0001 r:1101 e:001 i:111 a:0100 t:0101 o:011 n:10编码长度：3*4+2*5+（4+4+4+4）*1+（3+4+4）*2+3*3=692.6 霍夫曼编码霍夫曼编码-特点2.7 霍夫曼编码霍夫曼编码-图像应用举例以小麦条锈病为例：压缩比约为：7以小麦叶绣病为例：压缩比约为：112.7 霍夫曼编码霍夫曼编码-图像应用举例总

7、总 结结多媒体数据压缩必要性多媒体数据压缩可行性霍夫曼编码2.8 霍夫曼编码霍夫曼编码-作业利用霍夫曼编码霍夫曼编码对下面这段文字进行编解码。Wanted ：violin. Cant pay much. Call.Why did i notice that? i wondered, since i rarely looked at the classified ads. i laid the paper on my lap and closed my eyes, remembering what had during the great depression, when my family s

8、truggled to make a living on our farm. i,too, wanted a violin, but we didnt had the money.When my older twin sister began showing a talent in music, Harrit Anne learnt to play grandmas upright piano, when Suzanne turned to Daddys violin, simple tunes soon became beautiful melodies as the twins playe

9、d more and more. Caught up by the rhythem of the music, my baby brother danced around while Daddy hammed and Mother whistled. I justed listened.When my arms grew long enough, I tryed to play Suzannes violin, I loved the mellow sound of the firm how drawn across the strings.Oh, how I wanted one!But I

10、 know it was out of the question.It was not a good year.At harvest the crops didnt bring as much as we had hoped, I couldnt wait any longer to ask:daddy, may I have a violin of my own?Cant you use Suzannes?Id like to be in the orchestra, too,and we cant use the same violin at the same time.Daddys face looked sad.That night, and ma