多媒体数据压缩编码技术第一节.ppt

多媒体数据压缩编码技术第一节现在学习的是第1页，共21页学习内容学习内容一、多媒体数据压缩编码概述一、多媒体数据压缩编码概述二、多媒体数据压缩编码基本原理二、多媒体数据压缩编码基本原理三、常见的多媒体数据压缩编码方法三、常见的多媒体数据压缩编码方法 现在学习的是第2页，共21页学习目标学习目标1 1、了解多媒体数据压缩编码的了解多媒体数据压缩编码的必要性和可能性必要性和可能性 2 2、了解数据压缩技术的了解数据压缩技术的性能指标性能指标 3 3、掌握数据压缩编码掌握数据压缩编码基本原理基本原理 4、掌握常见的多媒体数据、掌握常见的多媒体数据压缩编码方法压缩编码方法：前缀编码、：前缀编码、Shannon-Fano 编码、编码、Huffman编码等编码等现在学习的是第3页，共21页第一节第一节 多媒体数据压缩编码概述多媒体数据压缩编码概述1、多媒体数据压缩的必要性、多媒体数据压缩的必要性2、多媒体数据压缩的可能性、多媒体数据压缩的可能性3、多媒体数据压缩的应用领域、多媒体数据压缩的应用领域4、多媒体数据压缩编码方法的分类、多媒体数据压缩编码方法的分类5、多媒体数据压缩编码方法的评价、多媒体数据压缩编码方法的评价现在学习的是第4页，共21页一、压缩编码的必要性一、压缩编码的必要性一张一张B5纸纸300dpi，6.61MB/页页98页页/CD-ROM激光唱盘激光唱盘44.1kHz，16位，立体声位，立体声 1小时小时/CD-ROM数字音频磁带数字音频磁带48kHz，16位，位，2小时小时/CD-ROM数字电视图像数字电视图像（NTSC）253KB/帧，帧，7.603MB/秒秒1.42分钟分钟/CD-ROM数字电视图像数字电视图像(PAL)1.24MB/帧，帧，31.3MB/秒秒20.0秒钟秒钟/CD-ROM存存 储储现在学习的是第5页，共21页电话电话8000样本数样本数/秒秒 12比特比特/样本样本=96kbps宽带语音宽带语音16000样本数样本数/秒秒 14比特比特/样本样本=224kbps宽带音频宽带音频44100样本数样本数/秒秒 2信道信道1616比特比特/样本样本=1.412Mbps图像图像512512512512彩色图像彩色图像2424比特比特/像素像素=6.3=6.3兆比特兆比特/图像图像视频视频640640480480彩色图像彩色图像2424比特比特/像素像素3030图像图像/秒秒=221Mbps=221Mbps高清晰度高清晰度电视电视12801280720720彩色图像彩色图像6060比特比特/像素像素2424图像图像/秒秒=1.3Gbps=1.3Gbps传传 输输一、压缩编码的必要性一、压缩编码的必要性现在学习的是第6页，共21页二、压缩编码的可能性二、压缩编码的可能性1、人类不敏感因素：、人类不敏感因素：v 听觉听觉：对某些频率的音频信号不敏感：对某些频率的音频信号不敏感v 视觉视觉：人眼存在所谓的：人眼存在所谓的“视觉掩盖效应视觉掩盖效应”即人眼即人眼对亮度比较敏感，而对边缘的强烈变化并不敏感对亮度比较敏感，而对边缘的强烈变化并不敏感2、存在数据冗余、存在数据冗余现在学习的是第7页，共21页数据冗余的基本概念数据冗余的基本概念冗余冗余是指信息所具有的各种性质中多余的无用空间，是指信息所具有的各种性质中多余的无用空间，其多余的程度叫做其多余的程度叫做“冗余度冗余度”信息量、数据量和冗余量之间的关系式：信息量、数据量和冗余量之间的关系式：I=D-duI代表信息量代表信息量D表示数据量表示数据量du是冗余量是冗余量现在学习的是第8页，共21页数据冗余的例子数据冗余的例子计算机中用计算机中用2个字节表示一个汉字个字节表示一个汉字一秒：一秒：8KHz8bit64kb/s，即，即360字节字节/分钟分钟 0.36KB/分分180字字/分钟，分钟，4kHz 数字化数字化 (8khz、8位、单声道位、单声道)前前后后一分：一分：64kb/s60s/min 3840kb/min 480 KB/分分播音员播音：播音员播音：现在学习的是第9页，共21页数据冗余的种类数据冗余的种类v 空间冗余空间冗余 v 时间冗余时间冗余v 结构冗余结构冗余v 知识冗余知识冗余v 视觉冗余视觉冗余v 信息熵冗余信息熵冗余现在学习的是第10页，共21页空间冗余空间冗余 规则物体的表面具有物理相关性，将其表面数规则物体的表面具有物理相关性，将其表面数字化后表现为数据冗余。字化后表现为数据冗余。现在学习的是第11页，共21页时间冗余时间冗余现在学习的是第12页，共21页结构冗余结构冗余 在数字化图像中，具有规则纹理的表面、在数字化图像中，具有规则纹理的表面、大面积大面积相互重叠的相同图案，规则有序排列的图形相互重叠的相同图案，规则有序排列的图形等结构，等结构，都存在数据冗余，这种结构上的冗余叫做都存在数据冗余，这种结构上的冗余叫做“结构冗结构冗余余”。现在学习的是第13页，共21页知识冗余知识冗余 人类一旦掌握了知识，凭借经验就可辨别事物，人类一旦掌握了知识，凭借经验就可辨别事物，无须进行全面的比较和辨别。无须进行全面的比较和辨别。现在学习的是第14页，共21页视觉冗余视觉冗余 人类的视觉敏感度一般小于图像的表现力，图像的微小人类的视觉敏感度一般小于图像的表现力，图像的微小色彩变化、亮度层次的细腻变化以及轮廓的细微差别不易察色彩变化、亮度层次的细腻变化以及轮廓的细微差别不易察觉，这就产生了视觉冗余。觉，这就产生了视觉冗余。现在学习的是第15页，共21页信息熵冗余信息熵冗余信息熵信息熵，又称编码冗余，是指一组数据所携带的信息量，又称编码冗余，是指一组数据所携带的信息量，一般定义为：一般定义为：E为信息熵为信息熵k为数据类数或码元为数据类数或码元 的个数的个数Pi为发生概率为发生概率现在学习的是第16页，共21页编码时，为使单位数据量编码时，为使单位数据量d等于等于E或接近或接近E：d为单位数据量为单位数据量k为数据类数或码元的个数为数据类数或码元的个数b(yi)为分配给码元类为分配给码元类yi的比特数的比特数信息熵冗余信息熵冗余现在学习的是第17页，共21页因此，单位数据量因此，单位数据量d的值必然大于信息熵的值必然大于信息熵E，产生信，产生信息熵冗余。息熵冗余。理论状态下理论状态下，b(yi)应设为：应设为：式中，式中，pi是是yi的发生概率、由于要预先估算出的发生概率、由于要预先估算出很困难因此很困难因此 实际上实际上一般取：一般取：信息熵冗余信息熵冗余现在学习的是第18页，共21页三、数据压缩编码应用领域三、数据压缩编码应用领域v 图像信号、视频信号和音频信号的压缩编码图像信号、视频信号和音频信号的压缩编码v 文件存储系统和分布式系统的数据压缩编码文件存储系统和分布式系统的数据压缩编码v 为数据安全保密而开发的数据压缩编码为数据安全保密而开发的数据压缩编码现在学习的是第19页，共21页四、压缩编码方法分类四、压缩编码方法分类多媒体数据压缩编码多媒体数据压缩编码无失真编码无失真编码有失真编码有失真编码统计编码统计编码预测编码预测编码变换编码变换编码分析合成编码分析合成编码量化编码量化编码小波变换编码小波变换编码分行图像分行图像子带编码子带编码K-L变换变换DCT变换变换DPCM编码编码ADPCM编码编码行程编码行程编码LZW编码编码霍夫曼编码霍夫曼编码算术编码算术编码现在学习的是第20页，共21页五、压缩编码方法的评价五、压缩编码方法的评价衡量一种数据压缩方法好坏有三个重要衡量一种数据压缩方法好坏有三个重要指标指标：v 压缩比压缩比要大要大v 实现压缩的实现压缩的算法算法要简单，压缩解压缩速度快，要简单，压缩解压缩速度快，尽可能实时压缩解压尽可能实时压缩解压v 恢复恢复效果要好，尽可能恢复原始数据效果要好，尽可能恢复原始数据现在学习的是第21页，共21页