多媒体技术与通信第2章

1、第二章 多媒体信息处理的必要性和可行性,2.1 多媒体信息的特点 2.2 信息压缩的必要性 2.3 信息压缩的可行性 2.4 信息压缩技术的性能指标,2.1 多媒体信息的特点 数据量庞大 码率可变、突发性强 复合性信息多，同步性、实时性要求高,2.2 信息压缩的必要性 以一般彩色电视信号为例，设代表光强、色彩和色饱和度的YIQ空间中各分量的带宽分别为4MHz、1.3MHz和0.5MHz。,2.2 信息压缩的必要性,根据采样定理，仅当采样频率大于或等于2倍的原始信号的频率时，才能保证采样后的信号可能被无失真地恢复为原始信号。 再设各样点均被数字化8bit，从而1秒钟的电视信号的数据量为(4+1.

2、3+0.5)28bit = 92.8Mbit。,各种信号的特性和未压缩速率,2.3 信息压缩的可行性 前提条件： I = D - r 其中， I、 D、 r 分别为信息量、 数据量 与冗余量。,2.3 信息压缩的可行性 在图像数据中，一般存在以下一些数据冗余类型。 空间冗余：在任何一幅图像中，均有许多灰度和颜色都相同的邻近像素组成的局部区域，它们形成了一个性质相同的集合块，在图像中就表现为空间冗余。,2.3 信息压缩的可行性,2.3 信息压缩的可行性 对空间冗余的压缩方法就是把这种集合块当做一个整体，用极少的数据量来表示它，从而节省了存储空间。这种压缩方法叫空间压缩或帧内压缩，它的基本点在于减

3、少邻近像素之间的空间相关性。,2.3 信息压缩的可行性 时间冗余：活动图像中的两幅相邻的图像有较大的相关性，这反映为时间冗余。 时间压缩/帧间压缩,2.3 信息压缩的可行性 信息熵冗余（编码冗余） 所谓信息熵，是指数据所带的信息量。信息熵的数学表达式为： 式中，Pi为任意一个码元i出现的概率，k为数据码元的总个数。,2.3 信息压缩的可行性 H的单位是bit/码元。 如果对码元采用二进制编码，并且第i个码元yi所分配的比特数为b(yi)，那么码元的平均长度（即包含的平均比特数或平均信息量）为：,为了使编码后的信息不损失，应当使d接近H，理论上应取b(yi)=-lbPi。实际上，很难估计P0，P

4、k-1，因此，一般总是取b(y0)=b(y1)=b(yk-1)，而等概情况下的平均数据量d是最大的，这样d必定大于H，由此带来的冗余称为信息熵冗余或编码冗余。,2.3 信息压缩的可行性,结构冗余：有些图像从整体上看存在着非常强的纹理结构，称它在结构上存在冗余。,2.3 信息压缩的可行性,知识冗余：人们通过认识世界而得到某些图像所具有的先验知识和背景知识，由此带来的冗余称为知识冗余。 视觉冗余：人的眼睛是图像信息的接收端，而人类的视觉系统并不能对图像画面的任何变化都能感觉到，这称为视觉冗余。,2.3 信息压缩的可行性,空间冗余和时间冗余是将图像信号看作随机信号时反映出来的统计特征，因此有时把这两

5、种冗余称为统计冗余。它们也是图像数据处理中两种最主要的数据冗余。,2.3 信息压缩的可行性,2.4 数据压缩技术的性能指标 1 压缩比 压缩性能常常用压缩比来定义，也就是压缩过程中输入数据量和输出数据量之比。 压缩比越大，说明数据压缩的程度越高。 在实际应用中，压缩比可以定义为比特流中每个样点所需要的比特数。,2.4 数据压缩技术的性能指标 2 重现质量 重现质量是指比较重现时的图像、声音信号与原始图像、声音之间有多少失真，这与压缩的类型有关。 图像和声音质量的评估常采用客观评估和主观评估两种方法。,图像质量的评价方法： 方法一：主观评价 观察者依据自己的感觉对图像质量进行评价。 常用基于5级

6、质量制或5级损伤制的平均意见分（MOS分），它由ITU-R BT.500标准规定。,2.4 数据压缩技术的性能指标,质量评估标准,2.4 数据压缩技术的性能指标,主观评价的方法是将待评价的图像序列播放给评论者观看，并记录他们的打分，然后对所有评论者的打分进行统计，得出平均分作为评价结果。 ITU-R BT500-7定义了两种标准的主观评价方法。,2.4 数据压缩技术的性能指标,（1）双刺激连续质量分级法（DSCQS：Double Stimulus Continuous Quality Scale）,2.4 数据压缩技术的性能指标,双刺激连续质量分级法的评分公式： 平均分数= 其中：j为分值，取

7、15；nj为某分值的人数。,2.4 数据压缩技术的性能指标,（2）单刺激连续质量评价方法（SSCQE：Single Stimulus Continuous Quality Evaluation） 这种方法只把被评价的图像序列播放给评估者看，评价时间长达30s，评估者在观看的同时给出评价分值。,2.4 数据压缩技术的性能指标,主观评价的不足之处： 观察者一般需要是一个群体，其中既包含未受过专业训练的“外行”，也包含训练有素的“内行”。 图像内容与情节千变万化，观察者个体差异大，容易发生主观上的偏差。 仅仅只有平均分，如果评测分数低，也无法确切定位问题出在哪里。,2.4 数据压缩技术的性能指标,方

8、法二：客观评价 又称为图像逼真度计量法。 在此方法中，首先给出一系列标准的或理想的图像作为参考图像，然后定义一个数学公式，利用该公式计算待评价的图像与参考图像的接近程度，所得到的计算结果就是测量结果。,2.4 数据压缩技术的性能指标,常采用两种计算方法：一种是均方差，一种是峰值信噪比。 客观评价的好处：不仅减少了对人力、物力的需求，而且测量时间大大缩短，甚至可以做到实时监测。,2.4 数据压缩技术的性能指标,均方误差：,峰值信噪比：,信噪比：,2.4 数据压缩技术的性能指标,3 压缩和解压缩的速度 压缩与解压缩的速度是两项单独的性能度量。 有些应用中，压缩与解压缩都需要实时进行，这称为对称压缩，如电视会议的图像传输； 在有些应用中，压缩可以用非实时压缩， 而只要解压缩是实时的，这种压缩称为非对称压缩， 如多媒体CD-ROM的节目制作。,2.4 数据压缩技术的性能指标,1、多媒体数据存在哪些类型的冗余？去掉这