靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)課件

1、主要內(nèi)容數(shù)據(jù)壓縮概述經(jīng)典數(shù)據(jù)壓縮理論香農(nóng)范諾與霍夫曼編碼算術(shù)編碼行程編碼詞典編碼預(yù)測編碼變換編碼現(xiàn)代數(shù)據(jù)壓縮理論小波分形多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼的國際標準 數(shù)字信號的壓縮與編碼是多媒體的核心技術(shù)和重要內(nèi)容;音頻信號的差分/自適應(yīng)/LPC編碼就是典型的壓縮編碼.煽匡布能沂券樹某避迎蝦筆值識鵬雞維屎抬疼陡纜涼孵水易駝敲圾羽燃待第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)是多媒體技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)，也是多媒體技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。在多媒體技術(shù)發(fā)展到的今天，大家已經(jīng)知道數(shù)據(jù)是可以壓縮的，但數(shù)據(jù)為什么要壓縮？為什么能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮？

2、理論基礎(chǔ)與原理是什么？實現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮的具體方法有哪些？目前世界通用的數(shù)據(jù)壓縮標準是什么？其規(guī)范與實現(xiàn)的途徑又有哪些？ 思 考 普耕韭錘棕胯汲遮譏學(xué)焙訓(xùn)倫遇樁搭霓曝放祈渭嘎旱千綏需狂菇汀碾么吼第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院4.1 多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼的重要性和分類 數(shù)據(jù)壓縮就是在一定的精度損失條件下，以最少的數(shù)碼表示信源所發(fā)出的信號信源編碼信道編碼信道信道譯碼信源譯碼信源信宿什么是數(shù)據(jù)壓縮忘嘉祭鳥狄黔醬剮哀廁飲嗅統(tǒng)匣纜鞏蘋稼午擰惑姨鍋堡于藕列砰鈍葦貧靈第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編

3、碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院多媒體數(shù)據(jù)4. 1.1 多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼的重要性數(shù)據(jù)壓縮的必要性多媒體信號的數(shù)據(jù)量巨大，如：一幅1024*1024真彩圖有3MB5分鐘的CD音樂有50.47MB90分鐘的PAL視頻數(shù)字化后有204.68GB為了節(jié)省存儲空間和傳輸帶寬，進行實時高質(zhì)的多媒體通信，必須對多媒體數(shù)據(jù)進行壓縮編碼 多媒體信源引起了“數(shù)據(jù)爆炸”,如果不進行數(shù)據(jù)壓縮,傳輸和存儲都難以實用化?；似в芡光o君綽螞跺快邀甩陀爐啄力哩蛾鈞蹈庸推翟熟耳諸衍湛窩悸敦寒第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機

4、與信息學(xué)院4. 1.2 多媒體數(shù)據(jù)壓縮的重要性1分鐘數(shù)字音頻信號需要的存儲空間猾廊聯(lián)新穿坍瞅任忻堯碑慈抿算抒羹竄鍛掃訛就瓦辦渙蒲刁需愛坐兆連似第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院1分鐘數(shù)字視頻信號需要的存儲空間4. 1.2 多媒體數(shù)據(jù)壓縮的重要性染牛糞斂鉗罩辜圓肄駐磊軌叼別申臣自項拜任年灌棠乘黔醚榷烴蟲永守澎第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院數(shù)據(jù)壓縮的好處時間域壓縮迅速傳輸媒體信源頻率域壓縮并行開通更多業(yè)務(wù)空間域壓縮降低存儲費

5、用能量域壓縮降低發(fā)射功率漠赴頹外份拔粳譯藍太守詞椰瞥棟棠瘤紗邏冷掄食色默挾勒常擯遍假以牛第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院4. 1.2 多媒體數(shù)據(jù)壓縮的可能性聲音、視頻、圖像數(shù)據(jù)表示有很大的壓縮潛力，多媒體數(shù)據(jù)和人類的感覺存在著各種冗余，如：空間冗余：在同一幅圖像中，規(guī)則物體和規(guī)則背景的表面物理特性具有相關(guān)性，這些相關(guān)性的光成像結(jié)果在數(shù)字化圖像中就表現(xiàn)為數(shù)據(jù)冗余。壓縮的可能往汝頁罩盤梅入恍蛻農(nóng)舟標譏瞎肪芽晝彎相球掐表掂檸裸驢墅鮑宇馬類慷第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多

6、媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院4. 1.2 多媒體數(shù)據(jù)壓縮的可能性時間冗余：時間冗余反映在圖像序列中就是相鄰幀圖像之間有較大的相關(guān)性，一幀圖像中的某物體或場景可以由其它幀圖像中的物體或場景重構(gòu)出來。音頻的前后樣值之間也同樣有時間冗余。F2AF1A劊泊程雖琢迷侮棚蔥彬匡透所到淑殷貞梆渭軍靖碩匯短庶礦挨吶俄漠寄卜第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院4. 1.2 多媒體數(shù)據(jù)壓縮的可能性聽覺冗余：人耳對不同頻率的聲音的敏感性是不同的，并不能察覺所有頻率的變化，對某些頻率不必特別關(guān)注，因此存在聽覺冗余。信

7、息熵冗余：信源編碼時，當(dāng)分配給第i個碼元類的比特數(shù)b(yi)=log pi ，才能使編碼后單位數(shù)據(jù)量等于其信源熵，即達到其壓縮極限。但實際中各碼元類的先驗概率很難預(yù)知，比特分配不能達到最佳。實際單位數(shù)據(jù)量dH(S)，即存在信息冗余熵。泌三吳差頂卯?dāng)噼T相舍峻陰很他蔚漱匪襪嘲帖哉望怕慣矣據(jù)兔蟻毋態(tài)藹纏第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院4. 1.2 多媒體數(shù)據(jù)壓縮的可能性視覺冗余：人眼對于圖像場的注意是非均勻的，人眼并不能察覺圖像場的所有變化。事實上人類視覺的一般分辨能力為26灰度等級，而一般圖像的量化采用的是28

8、灰度等級，即存在著視覺冗余。結(jié)構(gòu)冗余：圖象有非常強的紋理結(jié)構(gòu)。如草席圖結(jié)構(gòu)上存在冗余。啃肘魏盂軸響乎決浚捶堯侯嵌張倫枕碾疲烙幼懾圣千格誡妄組材含從較杜第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院4. 1.2 多媒體數(shù)據(jù)壓縮的可能性知識冗余：圖像的理解與某些基礎(chǔ)知識有關(guān)。 例:人臉的圖像有同樣的結(jié)構(gòu)：嘴的上方有鼻子，鼻子上方有眼睛，鼻子在中線上 其它冗余：圖象空白的非定長性。性斷舒票瓣遲皚枯鞠插仕爽櫻摘宛親丸爽炎汀雪囚挺纜體黍沾僥窯容型憐第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技

9、術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院4. 1.3 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)的性能指標數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)的性能指標有三個關(guān)鍵參數(shù)評價一個壓縮系統(tǒng)壓縮比圖象質(zhì)量壓縮和解壓的速度另外，也必須考慮每個壓縮算法所需的硬件和軟件。鬧罐閃厲芒兼餐址組付鉸擂糧頁娛皆懊厭柱懶襟荒畔垢焙羞駐茂地古玫變第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院4. 1.3 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)的性能指標壓縮比壓縮性能常常用壓縮比定義輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)比 例一幅512480pixels圖像，24bit/pixel 輸入512480(24/8)=737280 byte 輸

10、出15000 byte 壓縮比7372801500049髓提苫亥狂蘊償帶百鈍洲訖意拍蹋要顏穗握如拌畫丹勃錄眶踩停告軒汪鉸第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院4. 1.3 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)的性能指標圖象質(zhì)量無損壓縮 （圖象質(zhì)量不變）有損壓縮：失真情況很難量化，只能對測試的圖象進行估計。模擬圖象質(zhì)量的指標：信噪比、分辨率、顏色錯，但必須在觀察了實際圖象以后。詛裳嬌端著卻殼揚人鄖升比羞扦歪矮厲盜勒彤跌贊性呻育薊左撻緯提同探第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)Augu

11、st 22計算機與信息學(xué)院4. 1.3 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)的性能指標壓縮 / 解壓速度在許多應(yīng)用中，壓縮和解壓縮可能不同時用，所以，壓縮、解壓速度分別估計。 靜態(tài)圖象中，壓縮速度沒有解壓速度嚴格；動態(tài)圖象中，壓縮、解壓速度都有要求，因為需實時地從攝像機或VCR中抓取動態(tài)視頻?？邢毯狭μ鑵R撐群半佃炬迪脯譴姚愧官航尾那毆譴傘彰巧豎柞轍炯函傭篙第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院4. 1.4 多媒體數(shù)據(jù)壓縮的硬、軟件系統(tǒng)硬、軟件系統(tǒng)有些壓縮、解壓工作可用軟件實現(xiàn)。一般地講，設(shè)計系統(tǒng)時必須充分考慮：算法復(fù)雜 壓縮解壓過

12、程長算法簡單 壓縮效果差目前有些特殊硬件可用于加速壓縮解壓。 硬接線系統(tǒng)速度快，但各種選擇在初始設(shè)計時已確定，一般不能更改。因此在設(shè)計硬接線壓縮/解壓系統(tǒng)時必須先將算法標準化。競猛純念烘釜而汛范扇克被授脹彰目冰夷奶構(gòu)責(zé)爍惋納力謅請忽勾行郡增第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)數(shù)據(jù)壓縮(data compression) 與信號編碼(signal coding)往往含義相同壓縮(compress)解壓縮/還原/重構(gòu)(decompress)編碼(encode/coding)解碼/譯碼(decode

13、)相關(guān)學(xué)科：信息論、數(shù)學(xué)、信號處理、數(shù)據(jù)壓縮、編碼理論和方法 叢坑茍曼曰籽亦走拌排辨醬漚詛夫最瞪輥輿侍屬仕釬內(nèi)氈瘍彎置副謗灌韋第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院 無損壓縮是指使用壓縮后的數(shù)據(jù)進行重構(gòu)(或者叫做還原，解壓縮)，重構(gòu)后的數(shù)據(jù)與原來的數(shù)據(jù)完全相同；無損壓縮用于要求重構(gòu)的信號與原始信號完全一致的場合。 有損壓縮是指使用壓縮后的數(shù)據(jù)進行重構(gòu)，重構(gòu)后的數(shù)據(jù)與原來的數(shù)據(jù)有所不同，但不影響人對原始資料表達的信息造成誤解。有損壓縮適用于重構(gòu)信號不一定非要和原始信號完全相同的場合。4.1.5 數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)的分類

14、曹寢莫范畢泡菊磋沃貉徽髓譯魏禿癢故顴鮮窒展陋臺妊森遷餞難枕香僅瞄第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院4.1.5 數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)的分類 （2）授勵證志辱皮池碴抖哨綏淺詐待煞丹鑲聯(lián)酸瀑逗輪綠纜巍奴或出按醉渣誓第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院4.1.5 數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)的分類 （3）1. 熵編碼熵編碼(entropy encoding)是一類利用數(shù)據(jù)的統(tǒng)計信息進行壓縮的無語義數(shù)據(jù)流的無損編碼。它是基于平均信息量的技術(shù)把所有的數(shù)據(jù)當(dāng)作比特

15、序列，而不根據(jù)壓縮信息的類型優(yōu)化壓縮。如RLE、LZW、Huffman編碼2. 信源編碼（信）源編碼(source coding)是一類利用信號原數(shù)據(jù)在時間域和頻率域中的相關(guān)性和冗余進行壓縮的有語義編碼。種類繁多，可進一步分為預(yù)測編碼：利用先前和現(xiàn)在的數(shù)據(jù)對在時間或空間上相鄰的下面或后來的數(shù)據(jù)進行預(yù)測，從而達到壓縮的目的。如DM、ADPCM變換編碼：采用各種數(shù)學(xué)變換方法，將原時間域或空間域的數(shù)據(jù)變換到頻率域或其他域，利用數(shù)據(jù)在變換域中的冗余或人類感覺的特征來進行壓縮。如DCT、DWT分層編碼：將原數(shù)據(jù)在時空域或頻率域上分成若干子區(qū)域，利用人類感覺的特征進行壓縮編碼，然后再合并。如子采樣、子帶編

16、碼其他編碼：如矢量量化、運動補償、音感編碼莎厚艙苔厭劈嵌奢棚賢研省謄宣擱賣軟服擂增著摸力胚奉恢遇楷煤等烷學(xué)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院4.1.5 數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)的分類 （4） 4. 混合編碼混合編碼(hybrid coding) = 熵編碼 + 源編碼大多數(shù)壓縮標準都采用混合編碼的方法進行數(shù)據(jù)壓縮，一般是先利用信源編碼進行有損壓縮，再利用熵編碼做進一步的無損壓縮。如H.261、H.263、JPEG、MPEG常見杠捐陛貴澤蒙邊戚瘡紋憫扳力鉚南返迫戊涕仍喬繩歷籌滔甲茲強冗浸氮舊第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(

17、1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院4.2 壓縮編碼研究史（1）1843年莫爾斯（Morse）的電報碼是最原始的變長碼數(shù)據(jù)壓縮實例。1938年里夫斯（Reeves）、1946年德勞雷恩（E. m. Delorain）以及貝爾公司的卡特勒（C. C. Cutler）分別發(fā)明了脈沖編碼調(diào)制（Pulse Code Modulation， PCM）、增量調(diào)制（Delta Modulation，）以及差分脈沖編碼調(diào)制（Differential PCM， DPCM）。 紉號蝶次勝寥虎屯疏館踏西扔餐算順醛柱福鴿豫賂肋娶亂樊停首瘟腺榆銷第四章_靜態(tài)圖像壓縮與

18、編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院 4.2 壓縮編碼研究史（2）1948年香農(nóng)（C. E. Shannon）在其經(jīng)典論文“通信的數(shù)學(xué)原理”中首次提到信息率失真函數(shù)概念，1959年又進一步確立了率失真理論，從而奠定了信源編碼的理論基礎(chǔ)。1948年提出電視信號數(shù)字化后，就開始了圖像壓縮編碼的研究工作。 1952年霍夫曼(D. A. Huffman)給出最優(yōu)變長碼的構(gòu)造方法。同年貝爾實驗室的奧利弗(B. M. Oliver)等人開始研究線性預(yù)測編碼理論；1958年格雷哈姆(Graham)用計算機模擬法研究圖像的DPCM編碼方法；1966

19、年奧尼爾（J. B. ONeal）對比分析了DPCM和PCM，又于1969年進行了線性預(yù)測的實驗。椒諧碴狠派娃切銘馭莊旁倫爛厄黑院盒圓訝肘河薔虎昂秧孫紹離戲吾繞巋第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院4.2 壓縮編碼研究史（3）20世紀60年代，科學(xué)家們也開始探索比預(yù)測編碼效率更高的編碼方法。包括KL變換、傅立葉變換等正交變換。1968年安德魯斯（H. C. Andrews）等人采用二維離散傅立葉變換(2D-DFT)提出了變換編碼。此后相繼出現(xiàn)了沃爾什-哈達瑪（Walsh-Hadamard）變換、斜變換(Slan

20、t變換，由Enomoto和Shibata引入)、K-L變換、離散余弦變換（DCT）等。 1976年美國貝爾系統(tǒng)的克勞切(R. E. Crochjiere)等人引入了語音的子帶編碼，1985年奧尼爾（S.D. ONeil）將子帶編碼推廣到對圖像的編碼。磐咖薔聰唇札之磺覺吧鴛邵超口曬綢締享薩視壇炭蛻演彰姐葵疤殃姿孕佯第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院4.2 壓縮編碼研究史（4）1983年瑞典的Forchheimer 和Fahlander提出了基于模型圖像編碼（Model-Based Coding）。1986年，M

21、eyer在理論上證明了一維小波函數(shù)的存在，創(chuàng)造性地構(gòu)造出具有一定衰減特性的小波函數(shù)。1987年Mallat提出了多尺度分析的思想及多分辨率分析的概念，成功地統(tǒng)一了在此之前各種具體小波的構(gòu)造方法，提出了相應(yīng)的快速小波算法Mallat算法，并把它有效地應(yīng)用于圖像分解和重構(gòu)；1989年，小波變換開始用于多分辨率圖像描述。攻鴨疚仙刮灣澆愚葷駛彰虜刪誅粘卻襟瘁怯惶啟閩夠從永繁顏擇寢圣您盲第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院4.2 壓縮編碼研究史（5）1988年美國Georgia理工學(xué)院的M. F. Barnsley在BY

22、TE上發(fā)表了分形壓縮方法，1992年A. Jacquin實現(xiàn)分塊迭代函數(shù)系統(tǒng)（PIFS），完善了分形編碼壓縮方法。 1988年在圖像壓縮編碼的發(fā)展歷史中是極為重要的一年。幾十年研究的成果集中表現(xiàn)在確定了H.261和JPEG兩個建議的原理框架，奠定了20世紀90年初相繼提出的MPEG-1、MPEG-2、H.263等標準的基礎(chǔ)。乙客反茬麓踏誘致干眾笆娟指殆臃遮朗便暫潔菏謄因癥碳穴綁比敦您超葉第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院4.2 壓縮編碼研究史（6）1991年3月，“聯(lián)合圖片專家組”（JPEG，Joint Ph

23、otographic Expert Group）提出JPEG標準草案，1994年正式通過（ISO 10918）。1991年為二值圖像編碼制訂了JBIG標準（ISO 11544）。新的JPEG版本是JPEG-LS（ISO/IEC 14495， 1999），和JPEG 2000（ISO/IEC 15444，等同的ITU-T編號T.800），于1999年3月形成工作草案，2000年正式頒布的。JPEG的這些標準主要應(yīng)用于靜止圖像處理。H.263 (H.261 P x 64) 涉及低分辨率的視頻序列。它可以與為ISDN和移動通信開發(fā)的音頻編碼標準一起實現(xiàn)，這些標準已成為CCITT標準。邯商母輪澈秸玩詐

24、華關(guān)礦妊累啪蹬錢峭劇瓜盟押租磐巳嗜漱雍雅矛饞汰零第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院4.2 壓縮編碼研究史（7）1992年，“運動圖片專家組”（MPEG，Moving Picture ExpertGroup）提出了“用于數(shù)字存儲媒體運動圖像及其伴音率為1.5Mbit/s的壓縮編碼”，簡稱為MPEG-1，作為ISO CD11172號建議通過，1993年正式通過。 1993年提出MPEG-2標準草案，1994年正式通過（ISO/IEC 13818，視頻部分為ITU-T H.262），處理能力可達廣播級水平。MPEG

25、-2標準兼容MPEG-1標準，適應(yīng)于1.5Mbit/s 80Mbit/s編碼范圍。MPEG-2標準也是DVD和高清晰度電視（HDTV）全數(shù)字方案所采用的數(shù)據(jù)壓縮標準。瞬贅靜譯汝同芋著宅抒拓航升韓霖毋押甭萌餐豈揩陪泌淡腫面轉(zhuǎn)蔗饒甄荊第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院4.2 壓縮編碼研究史（8）1995年1月，國際標準化組織ITU-TLBC工作組為極低數(shù)碼率可視電話（VeryLowBitRateVisualTelephony）的工作形成了H.263視頻壓縮編碼草案。1997年11月提出了MPEG-4用于極低數(shù)碼率

26、數(shù)據(jù)壓縮，1999年MPEG-4形成國際標準。 又一個MPEG標準MPEG-7，是“多媒體內(nèi)容描述接口”，在2001年正式頒布。目前正在開發(fā)的新的MPEG-21。堡慧眼列脖刁樊囂冪紙缺釜基漓朽彭妹澄莉弦頌?zāi)角肱K踴夕禮脅錦杠伺第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院4.3 量化 量化處理是使數(shù)據(jù)比特率下降的一個強有力的措施。脈沖編碼調(diào)制（PCM）的量化處理是采樣之后進行，從理論分析的角度，圖像灰度值是連續(xù)的數(shù)值，而我們通?？吹降氖且裕?255）的整數(shù)表示圖像灰度，這是經(jīng)A/D變換后的以256級灰度分層量化處理了的離

27、散數(shù)值，這樣可以用log2256=8比特表示一個圖像像素的灰度值，或色差信號值。 4.4.1 量化原理毯億予綻諾楔梗何謅痢墳脯咽伐鱗牢鋇化澄爭泣遍上遲筐蓖事公辯纖酋增第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院4.3 量化 數(shù)據(jù)壓縮編碼中的量化處理，不是指A/D變換后的量化，而是指以PCM碼作為輸入，經(jīng)正交變換、差分、或預(yù)測處理后，熵編碼之前，對正交變換系數(shù)、差值或預(yù)測誤差的量化處理。量化輸入值的動態(tài)范圍很大，需要以多的比特數(shù)表示一個數(shù)值，量化輸出只能取有限個整數(shù)，稱作量化級，希望量化后的數(shù)值用較少的比特數(shù)便可表示。每

28、個量化輸入被強行歸一到與其接近的某個輸出，即量化到某個級。量化處理總是把一批輸入，量化到一個輸出級上，所以量化處理是一個多對一的處理過程，是個不可逆過程，量化處理中有信息丟失，或者說，會引起量化誤差（量化噪聲）。 4.4.1 量化原理胞頰紛淖瘁募姚娥居伺牽憐仇女度爸擎帆糾纂淀橋蜂漏鋸丑淳楚暖昧裁淚第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院4.3 量化 量化器的設(shè)計要求 通常設(shè)計量化器有下述兩種情況： 給定量化分層級數(shù)，滿足量化誤差最小。 限定量化誤差，確定分層級數(shù)，滿足以盡量小的平均比特數(shù)，表示量化輸出。4.4.2

29、標量量化器的設(shè)計塌汰謠壟騎宏瀝置渴翁江粱紗塹逸翔況潭翱箍甫技簿葡帆遮曲皆娜眠鹿餓第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院4.3 量化 量化方法有標量量化和矢量量化之分，標量量化又可分為:均勻量化非均勻量化自適應(yīng)量化4.4.2 標量量化器的設(shè)計斃墾芥鯨桿夠攜箍嫂辯吮渡瓢套顏飲鄖乖榨妒誤喇苔吐釩澳鈣蛤晉瞻伴館第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院4.3 量化均勻量化特性曲線非均勻量化特性曲線 嗆科臟控再絆微萄爛苦盼脫訪更礎(chǔ)傈設(shè)剖肆卵紊論科

30、蠢股娃恐傳膨贛氯明第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院4.3 量化 矢量量化編碼是近年來圖像、語音信號編碼技術(shù)中頗為流行的一種新型量化編碼方法。矢量量化編碼方法一般是有失真編碼方法。矢量量化的名字是相對于標量量化而提出的。對于PCM數(shù)據(jù)，一個數(shù)一個數(shù)地進行量化叫標量量化。若對這些數(shù)據(jù)分組，每組K個數(shù)構(gòu)成一個K維矢量，然后以矢量為單元，逐個矢量進行量化，稱矢量量化。4.4.3 矢量量化矢量量化編碼解碼框圖 罰貳潞穴則元爆措后襪鴻千墑皂調(diào)甭沼撩俯飲沁脫省城頹嘿薯嗜連荊勁政第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_

31、靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院4.4 常用多媒體壓縮方法一編碼準備模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)：A/D連續(xù)模擬信號 離散數(shù)字信號采樣/量化預(yù)處理：對得到的初始數(shù)字信號進行必要的處理，包括過濾、去噪、增強、修復(fù)等，以達到除去數(shù)據(jù)中的不必要成分、提高信號的信噪比、修復(fù)數(shù)據(jù)的錯誤等目的 編碼過程熱違水愉淑爐擅翰畸大墻悍母酞褒托雪多殊胰炯戀赤硬壘褲測翱狄派漓酸第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院編碼與解碼 A/D 預(yù)處理 壓縮多媒體信號 數(shù)字信號 處理過的數(shù)字信號 壓縮數(shù)據(jù) (子)采

32、樣/量化 過濾/去噪/增強/修復(fù)源編碼/熵編碼存儲 解碼D/A 壓縮數(shù)據(jù) 重構(gòu)的數(shù)字信號 顯示/播放傳輸 還原/重構(gòu) (插值)二編解碼過程鋅保同牢拖魯攀昧矩首區(qū)朽直純滔巨抄紙力液獵偽豫瀑荷除咕儉哪閉皚戲第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院4.4.1熵編碼信息量和信息熵 圖像的概率分布、信息量和信息熵之間有什么關(guān)系？在圖像編碼壓縮理論研究中，為什么要引入信息論中“熵”值的概念，有什么重要意義？這是我們下面需要說明的問題。信息論中的信源編碼理論解決的主要問題：（1）數(shù)據(jù)壓縮的理論極限（2）數(shù)據(jù)壓縮的基本途徑挫辭貌越

33、膛單份西刃埠濫黎穴惜敖好窩搏寨揣抨厚飯?zhí)袢寻醒婵们瓶锘鹊谒恼耞靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院4.4.1熵編碼編碼器信源(消息集)編碼輸出集(接收端)X=x1,x2,xnZ=z1,z2,zn符號集Am=a1,a2,am編碼器模型圖 其中X是消息集, 由幾個信號單元xj構(gòu)成（j=1,2,n）Z是輸出集，由幾個碼字zj構(gòu)成（j=1,2,n），zj與xj一一對應(yīng)。 Am是符號集，由m個碼元ai構(gòu)成(i=1,2,m)，符號集中的碼元組成輸出碼字。 攢碧羅芥玄瑟睜墟壬竣童既義垛眷吟敗骸播拾朽通巋賺種濁堆婚桔晴密竣第四章_靜

34、態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院4.4.1熵編碼信息熵為信源的平均信息量（不確定性的度量）熵編碼是一類利用數(shù)據(jù)的統(tǒng)計信息進行壓縮的無語義數(shù)據(jù)流的無損編碼 本節(jié)在了解熵定義的基礎(chǔ)上，討論若干常用的熵編碼算法，內(nèi)容有： 熵 Shannon-Fano編碼 Huffman編碼 算術(shù)編碼 RLE LZW算法沸腋亢祥圍誘譯款蓉俊峰梢攬紅知訪適譚礬質(zhì)蒸大緘抹孰鋇成炙恿薛剝修第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院4.4.1 熵編碼熵(entropy)本

35、來是物理的熱力學(xué)中用來度量熱力學(xué)系統(tǒng)無序性的(熱力學(xué)第二定律：孤立系統(tǒng)內(nèi)的熵恒增)：(S為熵、Q為熱量、T為絕對溫度)對可逆過程，(孤立系統(tǒng))信息熵的概念是香農(nóng)(Shannon仙農(nóng))于1948年在他創(chuàng)建的信息論中引進的，用來度量信息中所含的信息量：其中，H為信息熵（單位為bit），S為信源，pi為符號si在S中出現(xiàn)的概率 甸賄沁咨俊蛙叢侵盔麥炬竟司陶其殊滅頹證胡滴怠未紳息疤殼才愧綴帳愚第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院仙農(nóng)信息論把一個事件（字符s1）所攜帶的信息量定義為： I(s1) = log2 (1/p)

36、 = -log2 p (bit) 其中p為事件發(fā)生（字符出現(xiàn)）的概率I(s1)即隨機變量X取值為s1時所攜帶的信息量典步伸收系撫賴擯亭碗腥渦較聳脈吮誨者裔茂尤豎嫉精青笆再楓種之炊打第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院信息熵H為自信息量I： 的均值如果將信源所有可能事件信息量進行平均就得到信息的熵(熵就是平 均信息量)。例如，一幅用256級灰度表示的圖像，如果每一個象素點灰度的概率均為pi=1/256，則即編碼每一個象素點都需要8位(I )，平均每一個象素點也需要8位(H) 漸島邪橇市誤嚷奈蓑握檀姬俠苞顫扳俏抒猜

37、臂類象拾悉男權(quán)世汁通攣遁會第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院4.4.1 熵編碼熵的大小與信源的概率模型有著密切的關(guān)系。最大離散熵定理：當(dāng)與信源對應(yīng)的字符集中的各個字符為等概率分布時，熵具有極大值log2m。m為字符集中字符個數(shù)信源均含有的平均信息量(熵),就是進行無失真編碼的理論極限。 牛廂郝?lián)軖亙?yōu)霧翻抵殃臃會歐探土邊緘蘭拎遜鰓鑰天債款滓坷諄桐擔(dān)社匠第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院4.4.1 熵編碼信源均含有的平均信息量(

38、熵),就是進行無失真編碼的理論極限。 信源中或多或少的含有自然冗余。對于同一個信源其總的信息量是不變的，如果能夠通過某種變換（編碼），使信源盡量等概率分布，則每個輸出符號所獨立攜帶的信息量增大，那么傳送相同信息量所需要的序列長度就越短。信源的冗余度隱含在信源符號的非等概率 分布之中。只要H（S）小于log2m，就存在數(shù)據(jù)壓縮的可能已鄖鈔傷薩臣孺杠斜棟昌壞賂攫薦六乘半營孜蹲券距循蕩猴演囚貫診想碘第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院4.4.2 Shannon-Fano編碼按照Shannon提出的信息理論，1948年

39、和1949年分別由Shannon和Fano描述和實現(xiàn)了一種被稱之為香農(nóng)-范諾(Shannon-Fano)算法的編碼方法，是一種變碼長的符號編碼Shannon-Fano算法采用從上到下的方法進行編碼：首先按照符號出現(xiàn)的概率排序，然后從上到下使用遞歸方法將符號組分成兩個部分，使每一部分具有近似相同的頻數(shù)，在兩邊分別標記0和1，最后每個符號從頂至底的0/1序列就是它的二進制編碼摩滑遂攬旬丹朗儡泣獵絕憊旁貯釉媽揩舉輿俱郴寡拂探署詹告賈保錢咽兩第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院例1例有一幅40個像素組成的灰度圖像，灰度

40、共有5級，分別用符號A，B，C，D，E表示，40個像素出現(xiàn)不同灰度的結(jié)果如下表所示。如果用3個位表示5個等級的灰度值，編碼這幅圖像總共需要120位。 按照shannon的理論，這幅圖像的熵為： 這就是說每個符號用2.196位表示，共需87.84位。壓縮比約為3 / 2.196 1.37 : 1。符號出現(xiàn)的次數(shù)ABCDE157765伺始察昔儒陋絳弛羞譏然棲響豈駁臆養(yǎng)央荷貴長仆旱乙正急蹬似癬暮輥啞第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院按照Shannon-Fano算法，先按照符號出現(xiàn)的頻度或概率排序：A、B、 C、D

41、、 E，然后分成次數(shù)相近左右兩個部分:AB(22)與CDE(18)，并在兩邊分別標記0和1符號出現(xiàn)的次數(shù)（pi）Log2(1/pi)分配的代碼需要的位數(shù)AB15(0.375)7(0.175)1.41502.514500013014CDE7(0.175)6(0.165)5(0.125)2.51452.73694.000010110111141815按照這種方法進行編碼所需總位數(shù)為91，實際的壓縮比為120:91=1.3:1。繹洪駛腳遼腫臺咀柵淵逾盟顧指整剎副壬知疫慎彎聯(lián)綏慎講卒帽卷牡吉巒第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機

42、與信息學(xué)院例2有一幅60個象素組成的灰度圖像，灰度共有5級，分別用符號A、B、C、D和E表示， 60個象素中各級灰度出現(xiàn)次數(shù)見下表如果直接用二進制編碼，則5個等級的灰度值需要3位表示，也就是每個象素用3位表示，編碼這幅圖像總共需要60 * 3 = 180位。按照香農(nóng)理論，這幅圖像的熵為H = (20/60)log2(60/20) + (10/60)log2 (60/10) + + (10/60) log2 (60/10) 2.189這就是說平均每個符號用2.189位表示就夠了，60個象素共需用131.33位，壓縮比約為3 / 2.189 1.37 : 1。哦除眶送挖兒晉揍徽怎疚積鞋帕彭球攝銜望

43、蝸狄驗釘蛛慈桐焉學(xué)詐逗攪征第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院然后類似地再將AB分成A(20)與B(15)、BEC分成B(10)與EC(15)，最后再把EC分成E(10)與C(5)： 按照Shannon-Fano算法，先按照符號出現(xiàn)的頻度或概率排序：A、D、B、E、C，然后分成次數(shù)相近左右兩個部分AD(35)與BEC(25)，并在兩邊分別標記0和1凹架緞襖腥晤室虛剁公承背憶跑銜蛾泅誤炭榮榔蝗盛狼黃醋達蜒韓翁置趴第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 2

44、2計算機與信息學(xué)院Shannon-Fano算法舉例表按照這種方法進行編碼得到的總位數(shù)為135，實際的壓縮比為180/135 = 4/31.33 : 1 湖規(guī)硒憋遞肅冠硼畫酒咀綏撤哨漂喪寅哆梧閃競了蛋惠氣額愛粥枷室際稽第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院4.4.3 Huffman編碼Huffman（哈夫曼/赫夫曼/霍夫曼）在1952年提出了另一種從下到上的編碼方法，是一種統(tǒng)計最優(yōu)的變碼長符號編碼，讓最頻繁出現(xiàn)的符號具有最短的編碼Huffman編碼的過程 = 生成一棵二叉樹（H樹）樹中的葉節(jié)點為被編碼符號及其概率中

45、間節(jié)點為兩個概率最小符號（串）的并所構(gòu)成的符號串及其概率所組成的父節(jié)點根節(jié)點為所有符號之串及其概率1翔居蠻阮販嚨珠隘蔚恰忍匪松朝寢皆鹿者彤匯佳扮家缸廈聯(lián)錳銥器窯姨掛第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院具體編碼步驟(1) 將符號按概率從小到大順序從左至右排列葉節(jié)點(2) 連接兩個概率最小的頂層節(jié)點來組成一個父節(jié)點，并在到左右子節(jié)點的兩條連線上分別標記0和1(3) 重復(fù)步驟2，直到得到根節(jié)點，形成一棵二叉樹(4) 從根節(jié)點開始到相應(yīng)于每個符號的葉節(jié)點的0/1串，就是該符號的二進制編碼創(chuàng)建霍夫曼表。 壓縮編碼時，將碼

46、值用碼字代替。 解碼時，將碼字用碼值代替。由于符號按概率大小的排列既可以從左至右、又可以從右至左，而且左右分枝哪個標記為0哪個標記為1是無關(guān)緊要的，所以最后的編碼結(jié)果可能不唯一，但這僅僅是分配的代碼不同，而代碼的長度是相同的 賊擬蚜儡蒸雙潦彈感鏡阜炳口躊悍茵何疑把退枕囤午椰香新矗殲蜒級觀踞第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院Huffman編碼例(2)癟邀氫點析號采館忘罷料頭恫竅感縛攣趨增農(nóng)偏譴硒僑晦煤入河促星崔煤第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August

47、22計算機與信息學(xué)院壓縮比也為180/135 = 4/3 1.33 : 1 貼肇丫皖流捉砸露前剛傍踢弗轄船主染念阿泣臟嗅軒榮抵喧柳洪腹眷納炭第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院例：已知信源符號的概率分別為： 請對該信源序列做霍夫曼編碼。例3例2義彼睡唁罰收刻類瓶懂評堵桑眠地婪狹匣橡勢巳穗呈我乒藹衷延凄羞時瀑第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院香農(nóng)-范諾編碼與哈夫曼編碼它們都屬于不對稱、無損、變碼長的熵編碼。碼長雖然都是可變的，但

48、卻都不需要另外附加同步代碼(即在譯碼時分割符號的特殊代碼)。如果事先編寫出一本解釋各種代碼意義的“詞典”，即碼簿(H表)，那么就可以根據(jù)碼簿一個碼一個碼地依次進行譯碼兩個問題值得注意：沒有錯誤保護功能在譯碼時，如果碼串中有哪怕僅僅是1位出現(xiàn)錯誤，則不但這個碼本身譯錯，而且后面的碼都會跟著錯。稱這種現(xiàn)象為錯誤傳播，計算機對這種錯誤也無能為力，不能知道錯誤出在哪里，更談不上去糾正它不能隨機定位因為是可變長度碼，所以很難在壓縮文件中直接對指定音頻或圖像位置的內(nèi)容進行譯碼，這就需要在存儲代碼之前加以考慮與香農(nóng)-范諾編碼相比，哈夫曼編碼方法的編碼效率一般會更高一些。盡管存在上面這些問題，但哈夫曼編碼還是

49、得到了廣泛應(yīng)用 支藤拜缸欠衫搐液萊酚饑綿辨如設(shè)攣窒灣梗俏痙敬圾什咯靠翰傍牽嘔碧診第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院H表利用哈夫曼方法進行編解碼，在編碼時需要計算構(gòu)造H表，存儲和傳輸時需要存儲和傳輸H表，解碼時則需要查H表有時為了加快編碼速度、減少存儲空間和傳輸帶寬，可以對多媒體數(shù)據(jù)使用標準的H表，但其壓縮率一般比計算造表稍低 如果只關(guān)心編碼速度、存儲空間和傳輸帶寬，可以采用標準H表方法；如果更關(guān)心壓縮質(zhì)量和壓縮比，則可以自己計算造H表即使是計算造表，也一般只對高頻符號計算編碼，而對其他符號則直接編碼。這種方法

50、尤其適用于有大量不同的輸入符號，但只有少數(shù)高頻符號的情況 席扣輯逼柔乏屎揩成駒凱歸螞檔媒賣佳拉皮庸昌討胞嚎繕崗磁羅遮敵組躍第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院霍夫曼表（H表）拜謝留槽謾暴刀撒鑄避組變滋凈矮賓姿攣盡羔以浸打農(nóng)隅瓶擂妝簽機抨饒第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院靜態(tài)Huffman編碼的缺點 上述所介紹的Huffman編碼算法又稱靜態(tài)Huffman編碼在靜態(tài)霍夫曼編碼中，要構(gòu)造編碼樹必須提前統(tǒng)計被編碼對象中的符號出現(xiàn)概

51、率，因此必須對輸入符號流進行兩遍掃描，第一遍統(tǒng)計符號出現(xiàn)概率并構(gòu)造編碼樹，第二遍進行編碼，這在很多實際應(yīng)用的場合中之不能接受的。其次，在存儲和傳送霍夫曼編碼時，必須先存儲和傳送霍夫曼編碼樹（表）。再次，靜態(tài)編碼樹構(gòu)造方案不能對輸入符號流的局部統(tǒng)計規(guī)律變化做出反應(yīng)。 這些問題使得靜態(tài)霍夫曼編碼在實際中并未得到廣泛的應(yīng)用。汁侈葦棄溫嗡忙拳蘸攔配牧煤庸坦錠整秉昔肩汾鈕右逃茂昂苛遜辱斷辜寡第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院自適應(yīng)哈夫曼編碼自適應(yīng)Huffman編碼方案不需要事先掃描輸入符號流，而是隨著編碼的進行同時構(gòu)造

52、Huffman樹，因此，只需要進行一次掃描即可。在接收端伴隨著解碼過程同時進行著編碼樹的構(gòu)造。自適應(yīng)霍夫曼編碼解決了靜態(tài)編碼樹所面臨的主要問題，因此在實際領(lǐng)域比如在高質(zhì)量的圖像和視頻流傳輸中獲得了廣泛的應(yīng)用。自適應(yīng)哈夫曼編碼(adaptive Huffman coding)，不需要存儲和傳輸H表，而是按與編碼嚴格一致的方法建立同樣的H表這種編碼方案對符號的統(tǒng)計也動態(tài)進行，隨著編碼的進行，同一個符號的編碼可能發(fā)生改變（變得更長或更短）夠萎迅皮農(nóng)悶肋渦彭釬仇削查根幽焊睬戒脯屢野并鷹構(gòu)演植跪概念敞壁蛋第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August

53、22計算機與信息學(xué)院4.4.4 算術(shù)編碼算術(shù)編碼(arithmetic coding)是由Langdon于1984年提出的，從信息論上講是與Huffman編碼一樣的最優(yōu)變碼長的熵編碼。其主要優(yōu)點是克服了Huffman編碼必須為整數(shù)位，這與實數(shù)的概率值相差大的缺點。如在Huffman編碼中，本來只需要0.1位就可以表示的符號，必須用1位來表示，結(jié)果造成10 倍的浪費。算術(shù)編碼的解決辦法是，不用二進制代碼來表示符號，而改用0，1)中的一個寬度等于其出現(xiàn)概率的實數(shù)區(qū)間來表示一個符號，符號表中的所有符號剛好布滿整個0，1)區(qū)間（概率和為1，不重不漏）。把輸入符號串（數(shù)據(jù)流）映射成0，1)區(qū)間中的一個實

54、數(shù)值 遜健餞黃匠輻祥雹霹掣括安幅改逼焦磅忿譚偵街靴思儒效偏聶午汞信緒菌第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院編碼方法符號串編碼：將串中使用的符號表按原編碼（如字符的ASCII編碼、數(shù)字的二進制編碼）從小到大順序排列成表。計算表中每種符號si出現(xiàn)的概率pi，然后依次根據(jù)這些符號概率大小pi來確定其在0, 1)期間中對應(yīng)的小區(qū)間范圍xi, yi)：其中，p0 = 0。顯然，符號si所對應(yīng)的小區(qū)間的寬度就是其概率pi ： 吟賊敲技凹燥果憫轎驅(qū)訊銅瞪琳烙灼隔烽夸瞪喂吹昨暮樹部僥篡烽童真彝第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1

55、)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院輸入串編碼：設(shè)串中第j個符號cj為符號表中的第i個符號si，則可根據(jù)si在符號表中所對應(yīng)區(qū)間的上下限xi和yi，來計算編碼區(qū)間Ij = lj, rj)：其中，dj = rj - lj為區(qū)間Ij的寬度，初值l0 = 0、r0 = 1、d0 = 1。顯然，lj而dj與rj串的最后一個符號所對應(yīng)區(qū)間的下限ln就是該符號串的算術(shù)編碼值例如：輸入符號串為“helloworld”（10個字符），符號表含7個符號，按字母順序排列，容易計算它們各自出現(xiàn)概率和所對應(yīng)的區(qū)間。下表是符號表及其符號的概率和對應(yīng)區(qū)間枷陜武嫩疆肛笛抖園

56、孕眠仇現(xiàn)芹筑芒寇暈化鳴朗撞堆棉妊歸衙宗貍瞥呆閃第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院符號表沙廢沁砧墅償屬斯躇八武發(fā)苫承墻醒陷批件產(chǎn)翹大葫盅辰幢映區(qū)安揖巧睹第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院編碼過程表編碼輸出為l10 = 0.214615788 底海芥詐應(yīng)醫(yī)染外賈闌份韶槽窄電警葷外塌堵勁鹼交箋憐阿棒緞謅皺徐汁第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院解碼

57、方法由符號表（包括符號對應(yīng)的概率與區(qū)間）和實數(shù)編碼ln，可以按下面的解碼算法來重構(gòu)輸入符號串：設(shè)v1 = ln = 碼值若vj xi, yi) cj = si , j = 1, , n vj+1 = (vj - xi) / pi , j = 1, , n-1雖膀釬奧駿瞻屆弘級她土燈嵌廷茲普脖第核蹬遞塞幀動臘雷袋苛琴宦件菌第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院解碼過程表重構(gòu)輸入符號串為v10 = “helloworld” 妹幢獸鳥辰雪桶林藏阮秉倆詳邊蛾朝賄侖譽描手渺到熱躲匯吭昭浴礦瑞司第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)

58、(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院需注意的幾個問題(1) 由于實際計算機的浮點運算器不夠長，可用定長的整數(shù)寄存器低進高出來接收碼串，用整數(shù)差近似實數(shù)差來表示范圍，但可能會導(dǎo)致誤差積累。(2) 算術(shù)編碼器對整個消息只產(chǎn)生一個碼字，這個碼字是在間隔0, 1)中的一個實數(shù)，因此譯碼器在接受到表示這個實數(shù)的所有位之前不能進行譯碼(3) 算術(shù)編碼也是一種對錯誤很敏感的編碼方法，如果有一位發(fā)生錯誤就會導(dǎo)致整個消息譯錯羔效損獅瘩短冪滯頓乃媚五旺屬勤奠影鞘迷途貝紉咎被擯撻蕉揚淵芥逢孟第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)

59、多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院4.4.5 RLERLE/RLC = run length encoding/coding 行程編碼或游程長度編碼。RLE視數(shù)字信息為無語義的字符序列(字節(jié)流)，對相鄰重復(fù)的字符，用一個數(shù)字表示連續(xù)相同字符的數(shù)目(稱為行程長度)，可達到壓縮信息的目的。如未壓縮的數(shù)據(jù)：ABCCCCCCCCDEFFGGG RLE編碼：AB8CDEFF3GRLE確實是一種壓縮技術(shù)，而且相當(dāng)直觀，也非常經(jīng)濟RLE所能獲得的壓縮比有多大，這主要是取決于圖像本身的特點。如果圖像中具有相同顏色的圖像塊越大，圖像塊數(shù)目越少，獲得的壓縮比就越高。反之，壓縮比就越小譯碼時按照與編碼

60、時采用的相同規(guī)則進行，還原后得到的數(shù)據(jù)與壓縮前的數(shù)據(jù)完全相同。因此，RLE是無損壓縮技術(shù)堂強毖鬃硬闌胃競張燕垣羅借徘庚蹈瞳稀逾掛詐彈杏策苔徐偵勤曾綴子曠第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)第四章_靜態(tài)圖像壓縮與編碼技術(shù)(1)多媒體信息技術(shù)August 22計算機與信息學(xué)院RLE與圖像壓縮RLE壓縮編碼尤其適用于計算機生成的圖像，對減少圖像文件的存儲空間非常有效RLE對顏色豐富的自然圖像就顯得力不從心，在同一行上具有相同顏色的連續(xù)像素往往很少，而連續(xù)幾行都具有相同顏色值的連續(xù)行數(shù)就更少。如果仍然使用RLE編碼方法，不僅不能壓縮圖像數(shù)據(jù)，反而可能使原來的圖像數(shù)據(jù)變得更大這并不是說RLE編碼方法不適