創(chuàng)立宗旨：立足高新技術wwwledxacn

編碼解碼編碼：是將語音或是視頻信號改編成數(shù)字信號的過程；解碼：將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號的過程；調(diào)制解調(diào)器：通常編碼運算復雜度比解碼低數(shù)據(jù)壓縮的目的：為了數(shù)據(jù)的存儲和傳輸；解壓縮：對數(shù)據(jù)進行還原0一、多媒體數(shù)據(jù)壓縮的必要性多媒體技術特點：實時性發(fā)展：在圖像文件編碼過程中圖像數(shù)據(jù)和識別信息是必不可少的兩項，而壓縮原理則是經(jīng)常被采用的要素；1多媒體數(shù)據(jù)量龐大龐大的數(shù)據(jù)量要求人們必須對數(shù)據(jù)進行壓縮符號：較小音頻、圖像、視頻：大2數(shù)字化音頻數(shù)據(jù)量例1：計算存儲3分30秒的CD音質(zhì)立體聲歌曲所需的存儲空間44.1kHz×16×2×210秒=37044KB=36.2M（未經(jīng)壓縮的數(shù)字聲音的數(shù)據(jù)率(b/s)=采樣頻率(Hz)*樣本精度(bit)*聲道數(shù)）3數(shù)字化圖像數(shù)據(jù)量例2：存儲一幅幀分辨率為720×576的PAL制式數(shù)字電視信號的靜態(tài)真彩色圖像需要的存儲空間：720×576×3B≈1.2MB真彩色色彩深度24bit，即3個字節(jié)4數(shù)字化視頻數(shù)據(jù)量例3：計算1分鐘PAL數(shù)字電視信號產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量（分辨率為720×576，每秒25幀）不含音頻數(shù)據(jù)

1.2MB×25×60≈1.76GB5總結(jié)數(shù)據(jù)量過大，存儲問題（D9,大容量硬盤）；實際播放時數(shù)據(jù)傳輸率限制；（光盤、網(wǎng)絡）日常工作生活中：WinRAR、WinZip6二、數(shù)據(jù)壓縮的可能性能夠?qū)Χ嗝襟w信息進行壓縮的前提就是因為數(shù)據(jù)中存在大量的冗余，尤其是聲音和圖像；數(shù)據(jù)壓縮的目的就是盡可能的消除這些冗余；7靜態(tài)圖像空間冗余在靜態(tài)圖像中存在的空間冗余

原理：一幅圖像，大部分區(qū)域具有相同的物理特性（亮度、顏色等）應用算法：RLC8視頻時間冗余在動態(tài)視頻中存在的時間冗余原理：視頻序列中相鄰的幀具有相同的畫面或者幾乎相同的畫面，因此沒有必要記錄同樣的畫面。只記錄兩幅畫面之間的差別即可；應用算法：MPEG9視覺聽覺冗余音頻、靜態(tài)圖像等依據(jù)：人的聽覺視覺系統(tǒng)對某些部分的數(shù)據(jù)信息不敏感，甚至感覺不出來；算法：MP3、JPEG

10三、數(shù)據(jù)壓縮的方法1）無損壓縮壓縮時不損失任何信息，解壓時可以完全恢復成原來的數(shù)據(jù)；利用原始信息中的相關性進行的數(shù)據(jù)壓縮不損失原信息的內(nèi)容，可實現(xiàn)無損壓縮統(tǒng)計式：Huffman編碼、算術編碼（AC）、行程編碼（RLC)；字典式（LZW）編碼11有損壓縮：數(shù)據(jù)壓縮后不能將原來的文件信息完全保留的壓縮；在很多情況下，數(shù)據(jù)壓縮還原過后允許有一定的損失，不過應當能基本表述原信息的內(nèi)容，否則沒有意義；依據(jù)：在原始信息中存在一些對用戶來說不重要、不敏感、可以忽略的內(nèi)容；JPEG、MPEG12數(shù)據(jù)壓縮技術的重要指標壓縮比大小：壓縮前后所需的信息存儲量之比要大；解壓縮效率高低：實現(xiàn)壓縮的算法要簡單，壓縮、解壓速度快，盡可能地做到實時壓縮和解壓；數(shù)據(jù)完整性：恢復效果要好，要盡可能的完全恢復原始數(shù)據(jù)。13無損壓縮圖像壓縮方法有損壓縮Huffman編碼RLE行程編碼AC算術編碼LZ字典式編碼預測編碼(DCT)變換編碼混合編碼JPEGMPEGDPCMADPCM運動補償（幀間預測）141、Huffman編碼先對要編碼的數(shù)據(jù)整體所采用的符號作個統(tǒng)計；采用變長編碼：對于出現(xiàn)頻率高的信息，編碼長度較短，對于出現(xiàn)頻率低的信息，編碼長度較長，從而使得總的數(shù)據(jù)量變??；15Huffman—步驟：將信源符號按概率遞減順序排列；：把兩個最小的概率加起來，作為新符號的概率；：重復和，直到概率和達到1為止；：在每次合并消息時，將被合并的消息賦予1和0或賦予0和1；：尋找從每一信源符號到概率為1的路徑，記錄下路徑上的1和0;：對每一符號寫出從碼樹的根到終節(jié)點1、0序列。16練習設某信源有5種符號x={A1，A2，A3，A4，A5}。在數(shù)據(jù)中出現(xiàn)的概率p={0.25，0.22，0.20，0.18，0.15}，試給出Huffman編碼方案，寫出每個符號對應的Huffman編碼。答案1：A1:10A2:01A3:00A4:111A5:110答案2：A1:01A2:10A3:11A4:000A5:00117Huffman—特點壓縮比大?。号c信號源中各字符出現(xiàn)概率有關壓縮解壓縮復雜度：由于編碼長度可變，壓縮及解壓縮較費時無損壓縮182、行程編碼（RLC)

（RunLengthCoding）數(shù)據(jù)流中相同的字符會連續(xù)重復出現(xiàn)，連續(xù)重復出現(xiàn)的字符長度叫行程長度RunLength；例：設有數(shù)據(jù)流“AAABBBBCCCCCDAAAAAA”,試計算該字符串行程編碼：

3A4B5C1D6A1920原始數(shù)據(jù)所需存儲空間:

50×3B+2×3B+1×3B+9×3B+72×3B=402B

RLE編碼后得到的代碼為：

50（200,30,100）2（255,255,255）1（0,5,5）9（0,0,0）72（200,30,100）編碼后需存儲空間（行程長度值用2B表示）2B+3B+2B+3B+2B+3B+2B+3B+2B+3B=25B壓縮比率：402:25=16.08:121練習下列矩陣為計算機屏幕上某數(shù)字圖像（色彩深度為24位真彩色）的一個截取片斷，試對該片斷像素數(shù)據(jù)進行行程編碼（行程長度取1Byte），并計算可節(jié)省多少字節(jié)的存儲空間。（提示：計算機采用逐行掃描）

22答案RLC編碼：155014501350125011原數(shù)據(jù)量＝3B*25=72BRLC編碼后數(shù)據(jù)量＝4B*9=36B可以節(jié)省數(shù)據(jù)量36B23RLC—特點壓縮比：與數(shù)據(jù)流中字符重復出現(xiàn)的概率及長度有關；數(shù)據(jù)中字符重復出現(xiàn)次數(shù)相同的情況下，重復字符串的平均長度越長，壓縮比越高；在重復字符串的平均長度相同的情況下，字符重復出現(xiàn)的次數(shù)越多，壓縮比也越高解、壓縮效率高：算法簡單，速度快無損壓縮24算術編碼（AC）Arithmeticcoding靜態(tài)模型自適應模型25算術編碼性能分析算術編碼的特點①不必預先定義概率模型,自適應模式具有獨特的優(yōu)點;

②信源符號概率接近時,建議使用算術編碼,這種情況下其效率高于Huffman編碼;

③算術編碼繞過了用一個特定的代碼替代一個輸入符號的想法,用一個浮點輸出數(shù)值代替一個流的輸入符號,較長的復雜的消息輸出的數(shù)值中就需要更多的位數(shù)。

26算術編碼性能分析④算術編碼實現(xiàn)方法復雜一些,但JPEG成員對多幅圖像的測試結(jié)果表明,算術編碼比Huffman編碼提高了5%左右的效率,因此在JPEG擴展系統(tǒng)中用算術編碼取代Huffman編碼。

27字典式（LZ）編碼LZ是其發(fā)明者J.Ziv和A.Lempel兩個猶太人姓氏的縮寫。此二人于1977年發(fā)表題為《順序數(shù)據(jù)壓縮的一個通用算法》的論文，論文中描述的算法被后人稱為LZ77算法。1978年，二人又發(fā)表了該論文的續(xù)篇，描述了后來被命名為LZ78的壓縮算法。28LZW編碼1984年，TerryWelch發(fā)表論文描述了他在Sperry研究中心的研究成果，也就是后來非常有名的LZW算法。它實質(zhì)上是LZ78算法的一個變種，但被認為是一個獨立的編碼算法。LZW繼承了LZ77和LZ78壓縮效果好、速度快的優(yōu)點，而且在算法描述上更容易被人們接受，實現(xiàn)也相對簡單。29字典式（LZ）編碼其實LZ系列的算法并不新鮮，其中既沒有高深的理論背景，也沒有復雜的數(shù)學公式。它們只是簡單的延續(xù)了千百年來人們對字典的追崇和喜好，并用一種極為巧妙的方式將字典技術運用于通用數(shù)據(jù)壓縮領域。簡單的說如果你習慣用字典中的頁碼和行號代替文章中的每個單詞的時候，那實際上你已經(jīng)掌握了LZ系列算法的真諦，因此這類編碼算法被統(tǒng)稱為Dictionarycoders。30LZW編碼而在其后發(fā)展出來的各式各樣的字典編碼算法，基本上都是這三種編碼算法的分支或變體。也就是說LZ77、LZ78和LZW是字典編碼中最基礎的3種編碼算法31LZ編碼與傳統(tǒng)統(tǒng)計編碼比較在壓縮效果上字典式編碼大大超過了Huffman編碼；而且在實現(xiàn)上，壓縮和解壓縮的速度也異常驚人。于是LZ系列算法的優(yōu)越性很快就在數(shù)據(jù)壓縮領域里體現(xiàn)出來，使用LZ系列算法的工具軟件數(shù)量呈爆炸式增長32LZ78和LZW一時間幾乎統(tǒng)治了UNIX和DOS兩大平臺。然而隨著時間流逝，事情變得耐人尋味。目前為止占據(jù)個人用戶計算機的主流壓縮工具幾乎都采用LZ77變種算法；更為優(yōu)秀的LZ78和LZW沒有成為最主流的算法？LZ77與它們有什么不同？33LZ字典編碼專利限制LZ77完全沒有專利限制；LZ78在美國稍稍涉及到一些專利禁止區(qū)；而LZW專利權最終歸屬于Unisys公司；34ZIP格式的誕生DOS環(huán)境下由于硬件資源的有限，標準配置360kB的5.25寸軟盤；網(wǎng)絡條件十分有限，14.4kbit/s1985年SEA公司開發(fā)的MS-DOS環(huán)境下第一個應用LZW算法的ARC（商業(yè)軟件）PhillipW.Katz（菲利普·卡茲）35ZIP格式的誕生DEFLATE：完美地結(jié)合LZ77和Huffman編碼可將多個文件壓縮到一個文件中，無論壓縮比、壓縮速度都全面超過了商業(yè)軟件ARC開放ZIP格式，任何人都可以自由使用ZIP編碼算法而不需要繳納任何專利費用。這個決定最終改變了壓縮的世界，使得通用數(shù)據(jù)無損壓縮領域再無法出現(xiàn)壟斷的商業(yè)巨鱷36LZW編碼”轉(zhuǎn)換表“（字典）；前綴；當前字符P5737LZW性能分析對于可預測性不大的數(shù)據(jù)具有較好的處理效果對于簡單圖像、平滑且噪聲小的信號源具有較高的壓縮比，且壓縮解壓縮速度快；對于數(shù)據(jù)流中連續(xù)重復出現(xiàn)的字節(jié)和字串，具有很高的壓縮比，除用于圖像數(shù)據(jù)的壓縮處理外，還被用于文本程序等領域的數(shù)據(jù)壓縮38JPEG編碼P80:兩種基本壓縮算法采用以離散余弦變換DCT為基礎的有損壓縮算法；采用以預測編碼技術為基礎的壓縮算法；39(DCT)變換編碼

P81基本思想：利用圖像塊內(nèi)像素值之間的相關性，把圖像變換到一組新的基上，使得能量集中到少數(shù)幾個變換系數(shù)上，通過存儲這些系數(shù)而達到壓縮的目的；40預測編碼基本思想：編碼器記錄與傳輸?shù)牟皇菢颖镜恼鎸嵵担钦鎸嵵蹬c預測值的差；基本過程：首先根據(jù)算法模型，用原有的樣本值對新樣本進行預測，得到新樣本的預測值，接著，取新樣本的實際數(shù)值，然后和預測值進行比較，二者相減得到差值，最后對差值進行編碼41JPEG壓縮流程P84：通過正向離散余弦變換把空間域表示的圖像變換成頻率域表示的圖像；：加權函數(shù)對DCT系數(shù)進行量化；：對量化系數(shù)進行行程編碼（RLC）及Huffman無損編碼42MPEG壓縮原理1.動態(tài)圖像特點動態(tài)圖像以每秒25幀播放，在如此短的時間內(nèi)，畫面通常不會有大的變化；在畫面中變化的只是運動的部分，靜止的部分往往占有較大的面積；即使是運動的部分，也多為簡單的平移。壓縮原理：記錄某一幀，對于隨后的幀只記錄和前一幀不同；播放時，根據(jù)前一幀的畫面和兩幀的不同構(gòu)造出當前畫面43MPEG壓縮原理2.壓縮中的問題如果只保留第一幀，其他幀采用差異幀。那么后面的每一幀都需要從前一幀計算出來，恢復時也必需一幀幀順序進行。這樣就無法想跳到哪一點就從哪一點進行播放。一旦某一幀數(shù)據(jù)出了問題，后面的幀更無法恢復。由于差異幀的壓縮是有損的。上述方式在壓縮和解壓縮時將發(fā)生誤差的積累，積累到一定程度勢必造成很大的失真。44MPEG壓縮原理3.解決方法每隔若干幀（如30幀）之后記錄一幅原始（完整）幀運動補償?shù)氖噶克惴?5課堂練習簡述多媒體數(shù)據(jù)壓縮的可能性？設某信源有5種符號x={A1，A2，A3，A4，A5}。在數(shù)據(jù)中出現(xiàn)的概率p={0.25，0.22，0.20，0.18，0.15}，試給出Huffman編碼方案，寫出每個符號對應的Huffman編碼。46課堂練習假設有4個符號的信源，它們的概率如下所示:

符號 概率 初始編碼間隔

00 0.1 [0，0.1）

01 0.4 [0.1，