2016多媒體技術(shù)與應(yīng)用黃純國(guó)課件-第7章

7.1

多數(shù)據(jù)壓縮概述數(shù)據(jù)壓縮的必要性數(shù)據(jù)壓縮的可能性數(shù)據(jù)壓縮編碼方法分類(lèi)人們總是希望用最少數(shù)據(jù)量的方法對(duì)給定信息進(jìn)行描述和表達(dá)，而數(shù)據(jù)壓縮的目的就是用盡可能少的數(shù)據(jù)來(lái)表達(dá)信息，從而節(jié)省傳輸和的開(kāi)銷(xiāo)。7.1多數(shù)據(jù)壓縮概述數(shù)據(jù)壓縮的必要性數(shù)據(jù)壓縮編碼方法分類(lèi)數(shù)據(jù)壓縮的可能性數(shù)據(jù)壓縮的必要性原始采樣的數(shù)據(jù)量巨大介質(zhì)儲(chǔ)容量有限通信線路的傳輸效率及帶寬有限人類(lèi)感知覺(jué)不敏感因素多 數(shù)據(jù)要進(jìn)行壓縮的主要原因有以下幾方面：7.1多數(shù)據(jù)壓縮概述數(shù)據(jù)壓縮的必要性數(shù)據(jù)壓縮編碼方法分類(lèi)數(shù)據(jù)壓縮的可能性數(shù)據(jù)壓縮的可能性1

空間冗余2

時(shí)間冗余3

結(jié)構(gòu)冗余4

知識(shí)冗余5

視覺(jué)冗余6

聽(tīng)覺(jué)冗余冗余為數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)的應(yīng)用提供了可能。多 數(shù)據(jù)中存在的冗余現(xiàn)象主要包括以下幾種：7.1多數(shù)據(jù)壓縮概述數(shù)據(jù)壓縮的必要性數(shù)據(jù)壓縮編碼方法分類(lèi)數(shù)據(jù)壓縮的可能性數(shù)據(jù)壓縮的必要性 數(shù)據(jù)壓縮的可能性數(shù)據(jù)壓縮編碼方法分類(lèi)7.1多 數(shù)據(jù)壓縮概述數(shù)據(jù)壓縮編碼方法分類(lèi)無(wú)損壓縮編碼無(wú)損壓縮編碼又稱無(wú)失真編碼。其工作原理為去除或減少冗余值，可以在解壓縮時(shí)重新到數(shù)據(jù)中以恢復(fù)原始數(shù)據(jù)。有損壓縮編碼有損壓縮編碼也稱有失真編碼。這種方法在壓縮時(shí)減少的數(shù)據(jù)信息是不能恢復(fù)的，會(huì)帶來(lái)不可恢復(fù)的損失和誤差。7.2

常用數(shù)據(jù)壓縮方法統(tǒng)計(jì)編碼編碼變換編碼數(shù)據(jù)壓縮及編碼技術(shù)一直以來(lái)都是多 技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向，它直接影響了多 數(shù)據(jù)的傳輸速度、容量大小以及音頻、、圖形圖像、動(dòng)畫(huà)的清晰程度。下面對(duì)一些傳統(tǒng)的經(jīng)典算法進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。分析—

編碼7.2常用數(shù)據(jù)壓縮方法統(tǒng)計(jì)編碼變換編碼編碼分析—編碼統(tǒng)計(jì)編碼行程編碼（Run-Length

Encoding，RLE）LZW編碼算術(shù)編碼AC（Arithmetic

Coding）（Huffman）7.2常用數(shù)據(jù)壓縮方法統(tǒng)計(jì)編碼變換編碼編碼分析—編碼編碼編碼編碼（predictive

coding）是通過(guò)消除統(tǒng)計(jì)相關(guān)冗余來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮的重要 ，其理論基礎(chǔ)是現(xiàn)代統(tǒng)計(jì)學(xué)和控制理論。DPCM編碼CM編碼7.2常用數(shù)據(jù)壓縮方法統(tǒng)計(jì)編碼變換編碼編碼分析—編碼8比特PCM樣本kd(k)I(k)dq(k)Sr(k)Se(k-1)++—+量化器逆量化器器Se(k-1)PCM樣本k-1DPCM編碼系統(tǒng)編碼7.2常用數(shù)據(jù)壓縮方法統(tǒng)計(jì)編碼變換編碼編碼分析—編碼CM“差值”P(pán)CM樣本——+差分量化器++器量化器階調(diào)整逆量化器PCM樣本CM編碼簡(jiǎn)化圖編碼7.2常用數(shù)據(jù)壓縮方法統(tǒng)計(jì)編碼變換編碼編碼分析—編碼變換編碼變換編碼過(guò)程7.2常用數(shù)據(jù)壓縮方法統(tǒng)計(jì)編碼變換編碼編碼分析—編碼分析—

編碼量化編碼量化編碼按照一次量化的碼元個(gè)數(shù)，可分為標(biāo)量量化和矢量量化兩種。小波變換編碼它的優(yōu)點(diǎn)是它在時(shí)域和頻域都具有良好的局部特性，而且，對(duì)不同頻率成分的時(shí)域取樣步長(zhǎng)可調(diào)，高頻部分對(duì)應(yīng)小的取樣步長(zhǎng)，低頻部分對(duì)應(yīng)大步長(zhǎng)，這是一種使用多尺度描述信號(hào)的分析方法。7.2常用數(shù)據(jù)壓縮方法統(tǒng)計(jì)編碼變換編碼編碼分析—編碼分析—

編碼分形圖像編碼是一種模型編碼，它利用模型的方法，對(duì)需要傳輸?shù)膱D像進(jìn)行參數(shù)估測(cè)。子帶編碼編碼編編編…復(fù)合器分解器譯譯譯…BPF

1BPF

2BPF

N…BPF

1BPF

2BPF

N…信道譯碼x(n)x’(n)子帶編碼框架圖7.2常用數(shù)據(jù)壓縮方法統(tǒng)計(jì)編碼變換編碼編碼分析—編碼7.3

數(shù)據(jù)壓縮國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)音頻壓縮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)20世紀(jì)90年代后期，一些國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織針對(duì)不同的多數(shù)據(jù)制定了相應(yīng)的數(shù)據(jù)壓縮標(biāo)準(zhǔn)，并且獲得了成功的應(yīng)用。7.3數(shù)據(jù)壓縮國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)音頻壓縮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)音頻壓縮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)碼率（kbit/s）算法延遲（ms）標(biāo)

準(zhǔn)G.711640G.72264/56/480G.723.1類(lèi)

型A-Law/-LawSB-

CMMP-MLQ/ACELP6.3/5.337.5G.726CM16/24/32/400G.727EmbeddedCM

16/24/32/400G.728LD-CELP160<2G.729CS-ACELP815音頻數(shù)據(jù)壓縮編碼的基本方法7.3數(shù)據(jù)壓縮國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)音頻壓縮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)音頻壓縮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量的語(yǔ)音壓縮標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量語(yǔ)音信號(hào)的頻率范圍是300Hz～3.4kHz，采用標(biāo)準(zhǔn)的PCM編碼。調(diào)幅廣播質(zhì)量的音頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅廣播質(zhì)量音頻信號(hào)的頻率范圍是50～7kHz，當(dāng)使用16kHz的抽樣頻率和14bit的量化位數(shù)時(shí)，信號(hào)速率為224kbit/s。高保真

聲音頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)高保真 聲音頻信號(hào)的頻率范圍是50～20kHz，采用44.1kHz采樣頻率，16bit量化，信號(hào)速率為每聲道705kbit/s。7.3數(shù)據(jù)壓縮國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)音頻壓縮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)1.

圖像壓縮編碼的基本方法無(wú)失真壓縮是利用數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮，典型的編碼有曼編碼、行程編碼、算術(shù)編碼和LZW編碼。有失真壓縮不能完全恢復(fù)原始數(shù)據(jù)，而是利用人的視覺(jué)特性使解壓縮后的圖像看起來(lái)與原始圖像一樣。7.3數(shù)據(jù)壓縮國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)音頻壓縮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)2.

圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)JPEG壓縮標(biāo)準(zhǔn)JPEG標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)用于灰度或彩像的壓縮標(biāo)準(zhǔn)，包括無(wú)損模式和多種類(lèi)型的有損模式，非常適用那些不太復(fù)雜或一般取自真實(shí)景象的圖像的壓縮。JPEG

2000壓縮標(biāo)準(zhǔn)以離散小波變換算法為主的多解析編碼方式。圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)7.3數(shù)據(jù)壓縮國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)音頻壓縮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)（MPEG-1）通用 圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)（MPEG-2）低比特率音 壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)（MPEG-4）MPEG-7MPEG-21簡(jiǎn)介會(huì)議壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)（H.261）會(huì)議壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)（H.262）會(huì)議壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)（H.263）會(huì)議壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)（H.263+）會(huì)議壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)（H.264）壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)7.3數(shù)據(jù)壓縮國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)音頻壓縮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)（MPEG-1）是1991年制定的數(shù)字 運(yùn)動(dòng)圖像及伴音壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)，它規(guī)定了 壓縮數(shù)據(jù)碼流的語(yǔ)法結(jié)構(gòu)，這個(gè)語(yǔ)法把 壓縮數(shù)據(jù)碼流分為6層，每層或者支持一種信號(hào)處理過(guò)程，或者支持一種系統(tǒng)功能。通用 圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)（MPEG-2）是一種既能兼容MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)，又能滿足高分辨率數(shù)字電視和高分辨率數(shù)字 等方面要求的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。7.3數(shù)據(jù)壓縮國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)音頻壓縮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)3

低比特率音低比特率音壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)（MPEG-4）壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)（MPEG-4）。4

MPEG-7稱為多 內(nèi)容描述接口MPEG-7將為各種類(lèi)型的多 信息規(guī)定一種標(biāo)準(zhǔn)化的描述。壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)7.3數(shù)據(jù)壓縮國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)音頻壓縮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)5

MPEG-21簡(jiǎn)介MPEG-21的目標(biāo)是定義一個(gè)交互式多 框架， 大范圍內(nèi)不同的網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備，使用戶能夠透明而廣泛地使用多

資源。H.261是世界上第一個(gè)得到廣泛承認(rèn)并產(chǎn)生巨大影響的數(shù)字圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)。6會(huì)議壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)（H.261）7.3數(shù)據(jù)壓縮國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)音頻壓縮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)7會(huì)議壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)（H.262）會(huì)議制定的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。H.262是ITU為基于ATM寬帶網(wǎng)絡(luò)的

H.262同ISO的MPEG-2完全一樣。了適用基于POTS的 會(huì)議。8會(huì)議壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)（H.263）H.263 編碼同H.261一樣采用了DCT與運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償（MC），為7.3數(shù)據(jù)壓縮國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)音頻壓縮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)9 會(huì)議壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)