第4章_多媒体数据压缩编码技术(上)

1第四章多媒体数据压缩编码技术4.1数据压缩编码的重要性和分类4.2预测编码4.3变换编码4.4统计编码4.5数据压缩编码的国际标准2多媒体技术最大难题是海量数据存储与传送电视信号数字化后的数据量。1、多媒体数据压缩编码的重要性3数据量是否等于信息量?51251283=6291456=6.3Mbit6.330帧/s=188Mbit/s188/8=23.5MByte/s650Mbyte光盘/23.5Mbytes/s=27.5秒电视信号4信息量与数据量的关系I=D-duI—信息量D—数据量du—冗余量52、多媒体数据压缩的可能性1）空间冗余例:图像中的“A”是一个规则物体。光的亮度、饱和度及颜色都一样，因此，数据A有很大的冗余。A62）时间冗余例:序列图像F2F1AA73）信息熵冗余信息量：指从N个相等的可能事件中选出一个事件所需要的信息度量和含量。信息熵：指一团数据所带的信息量，平均信息量就是信息熵（entropy）。84）结构冗余图像有非常强的纹理结构。如草席图结构上存在冗余。95）知识冗余图像的理解与某些基础知识有关。例:人脸的图像有同样的结构：嘴的上方有鼻子，鼻子上方有眼睛，鼻子在中线上……106）视觉冗余视觉冗余是非均匀、非线性的。例:人类视觉分辨率为2，但常用2就是数据冗余。687）其他冗余图像空白的非定长性。113、多媒体数据压缩方法的分类按压缩方法分:(1)有失真压缩(2)无失真压缩12第四章多媒体数据压缩编码技术4.1数据压缩编码的重要性和分类4.2预测编码4.3变换编码4.4统计编码4.5数据压缩编码的国际标准131、预测编码的基本原理预测编码(PredictionCoding)是统计冗余数据压缩理论的三个重要分支之一，用预测编码减少数据时间和空间的相关性。14如果有一个数，通过数学模型能够精确的产生数据源，就不需要传输了。通过以往的样本值预测，将预测值与实际值相减，对差进行编码。15建立一个数学模型利用以往的样本数据对新样本值进行预测将预测值与实际值相减对其差值进行编码这时差值很少，可以减少编码码位。预测编码的基本思想162、DPCM和ADPCMDPCM差分脉冲编码调制DifferentialPulseCodeModulation17DPCM编/解码原理图18第四章多媒体数据压缩编码技术4.1数据压缩编码的重要性和分类4.2预测编码4.3变换编码4.4统计编码4.5数据压缩编码的国际标准191、变换编码的特点利用预测编码可以去除图象数据的时间和空间的冗余。它的优点是直观、简捷、易于实现，特别是用于硬件实现。但压缩能力有限，DPCM一般只能压缩到2~4bit/像素。201、变换编码的特点变换编码是进行一种函数变换，映射变换从信号域变换到另一个信号域。21例：有两个相邻采样值X1和X2，每一采样值用3bit编码，因此有8个幅度等级，两个为：8×8=64种。y2x2y1x122变换编码的系统构成信源序列变换变换域采样量化编码存储和传输解码反变换再现序列232、K-L变换(Karhunen—Loeve)它是以统计特性为基础的，也称为特征向量变换。最优的正交变换：特征向量矩阵向量指向数据变化最大的方向。缺点：计算过程复杂，变换速度慢。24一、Y向量的平均向量为0，直流分量为0。二、Y的协方差矩阵协方差等于0方差对角线按减序排列K-L变换是最佳变换253、离散余弦变换（DCT变换）次最优正交变换DCT变换与K-L变换压缩性能和误差很接近，而DCT计算复杂度适中，又具有可分离性，还有快速算法等特点。所以在图像数据压缩中，采用离散余弦变换编码的方案很多。26离散余弦变换(DCT变换)二维离散傅立叶变换正变换逆变换27第四章多媒体数据压缩编码技术4.1数据压缩编码的重要性和分类4.2预测编码4.3变换编码4.4统计编码4.5数据压缩编码的国际标准281、变字长编码定理在变字长编码中，对于出现概率大的信息符号，编以短字长的码,对于出现概率小的信息符号编以长字长的码，如果码字长度严格按照符号概率的大小的相反顺序排列，则平均码字长一定小于按任何其他符号顺序排列方式得到的码字长度。29英文字母出现的概率按大小排列该英文字母编码的码长按大小排列概率大码长短302、哈夫曼编码Huffman编码就是利用变字长最佳编码，实现信源符号按概率大小顺序排列。31信源符号按概率大小顺序排列(1)出现概率最小的两个符号概率相加合成一个概率。32(2)将合成概率看成一个新组合符号概率，重复上述做法，直到最后只剩下两个符号概率为止。33(3)反过来逐步向前编码，每一步有两个分支各赋予一个二进制码，可以对概率大的编码为1。34a10.2001a20.1900a30.18111a40.17110a50.15101a60.101001a70.01100010111000.3900.3510.2600.1100.611