第3章-多媒体数据压缩-完整版

主讲人：王美丽多媒体技术与应用第三章多媒体数据压缩回顾1.媒体概述（常见的媒体元素、种类、性质和特点）2.多媒体计算机系统（硬件系统、软件系统、外部设备）本节内容1.多媒体数据压缩概述（压缩的必要性、可行性）2.多媒体数据压缩算法（分类、霍夫曼编码）1.1概述-数据压缩的必要性1.媒体元素种类繁多；2.多媒体数据量巨大；数据压缩的必要性-数据量大•原始媒体信息数字化后的数据量巨大•例1：一页B5（180*255）大小的文件，以中等分辨率300dpi、8位色方式扫描，其数据量为6.61MB。–保存一部《鹿鼎记》（1813页）需要11983.93M–650M的CD需要19张数据压缩的必要性-数据量大•音频数据•例2：立体声的激光唱盘，采样频率为44100Hz，16bit，立体声(2声道)，则1分钟的总数据量约为10MB。–假定一首歌曲5分钟–650M的CD只能存储10首歌曲数据压缩的必要性-数据量大•对于视频，数据量的问题则更加突出。•例3：采用PAL制式，采样格式为4：4：4，24位色，则一秒钟的视频数据量就可达31.3MB。–电影《龙骑士》时长100分钟–650M的CD需要约289张1.1概述-数据压缩的必要性1.媒体元素种类繁多；3.存储、处理与传输问题；2.多媒体数据量巨大；1.2概述-数据压缩的可行性信息是有用的数据，而冗余数据就是重复数据或者不敏感因素，可以压缩掉。冗余数据与不敏感因素为数据压缩技术的应用提供了可能。冗余数据有用数据多媒体数据包括数据压缩可行性●冗余(重复数据、可忽略数据)■44.1kHz/Stereo1.3MB■22.0kHz/Nomo0.3MB■Stop重复数据可忽略数据●不敏感因素(颜色、亮度、频率、细节)224颜色(16,777,216色)28颜色(256色)2.1压缩算法-数据压缩分类■无损压缩编码——压缩数据还原后，与原始数据一致，无损失无损压缩编码(可逆编码)霍夫曼编码算术编码行程编码香农范诺编码■有损压缩编码——压缩后再还原的数据有损失有损压缩编码(不可逆编码)预测编码PCM/ADPCM混合编码JPEG/MPEG2.2霍夫曼编码-问题背景•远距离数据通信，需要将文字转换成二进制的字符串，用0，1码的不同排列来表示字符串。例如需要传送报文“informationengineering”，用到了10个字符：i：4次；n：5次；e：3次；o,g,r各2次；f,m,a,t各1次，现在要为这些字母设计编码，最简单的二进制编码是等长编码，由于只用到10个字符，只要用4位二进制编码即可区别，共需要传输（4+5+3+2*3+4*1）*4=88个二进制位。在实际中，我们往往更希望报文长度尽可能的短，那么是否有一种编码方式能够实现呢？霍夫曼编码2.3霍夫曼编码-原理根据信息出现概率的分布特性进行压缩编码。戴维·霍夫曼(1952)最佳编码定理：对于出现概率大的信息符号以短字长编码，对于出现概率小的信息符号以长字长编码。2.4霍夫曼编码-具体步骤及举例（1）概率统计。（2）概率大小排序。（3）最后两个小概率相加，概率个数-1。（4）重新排序。（5）重复步骤（3），直到最后概率之和为1的根。（6）以二进制码元（0，1）赋值（如大概率用“0”表示，小概率用“1”表示），构成霍夫曼码字，至此编码结束。例子：设有输入图像的灰度级X={x1,x2,x3,…,x5}，出现的概率分别为P=P(xi){0.5,0.2,0.2,0.04,0.06}，做出霍夫曼编码。2.5霍夫曼编码-动画演示•概率统计：i（4/22）；n(5/22)；e(3/22)；o(2/22)；g(2/22)；r(2/22)；f(1/22)；m(1/22)；a(1/22)；t(1/22)编码：f:0000g:1100m:0001r:1101e:001i:111a:0100t:0101o:011n:10编码长度：3*4+2*5+（4+4+4+4）*1+（3+4+4）*2+3*3=692.6霍夫曼编码-特点1.霍夫曼编码码字字长参差不齐。2.霍夫曼方法构造出来的码不是唯一的。①分支赋值不唯一。②两个消息概率相等。3.霍夫曼编码对不同的信源的编码效率是不同的：当信源概率相等时,其编码效率最低。只有在概率分布很不均匀时,霍夫曼编码才会收到显著的效果。2.7霍夫曼编码-图像应用举例以小麦条锈病为例：压缩比约为：7以小麦叶绣病为例：压缩比约为：112.7霍夫曼编码-图像应用举例总结1.多媒体数据压缩必要性2.多媒体数据压缩可行性3.霍夫曼编码2.8霍夫曼编码-作业利用霍夫曼编码对下面这段文字进行编解码。Wanted：violin.Can'tpaymuch.Call.Whydidinoticethat?iwondered,sinceirarelylookedattheclassifiedads.ilaidthepaperonmylapandclosedmyeyes,rememberingwhathadduringthegreatdepression,whenmyfamilystruggledtomakealivingonourfarm.i,too,wantedaviolin,butwedidn'thadthemoney.Whenmyoldertwinsisterbeganshowingatalentinmusic,HarritAnnelearnttoplaygrandma'suprightpiano,whenSuzanneturnedtoDaddy'sviolin,simpletunessoonbecamebeautifulmelodiesasthetwinsplayedmoreandmore.Caughtupbytherhythemofthemusic,mybabybrotherdancedaroundwhileDaddyhammedandMotherwhistled.Ijustedlistened.Whenmyarmsgrewlongenough,ItryedtoplaySuzanne'sviolin,Ilovedthemellowsoundofthefirmhowdrawnacrossthestrings.Oh,howIwantedone!ButIknowitwasoutofthequestion.Itwasnotagoodyear.Atharvestthecropsdidn'tbringasmuchaswehadhoped,Icouldn'twaitanylongertoask:daddy,mayIhaveaviolinofmyown?Can'tyouuseSuzanne's?I'dliketobeintheorchestra,too,andwecan'tusethesameviolinatthesametime.Daddy'sfacelookedsad.Thatnight,andmanyfollowingnights,Iheardhimremindgodinourfamilydevotions,.andLordl,MaryLouwantsherownviolin.视频图片欣赏•=Index&a=detail&catid=11&id=90••••宝宝海报图片欣赏（baidu）