第7章 多媒体数据压缩技术 《多媒体技术基础及应用》课件.ppt

计算机科学与工程系 计算机科学与工程系 多媒体技术及基础应用 第七章 多媒体数据压缩技术 7.1多媒体数据的特点和压缩必要 7.1.1 多媒体数据的特点 1.数据量 常规数据采用了编码表示，数据量较小，而多媒体数据的数据量巨大，两者之间的差别可大到几千、几万甚至几十万倍。 2.数据长度 常规数据的数据项一般是几个字节或几十个字节，在组织存储时一般采用定长记录处理，而多媒体数据的数据量大小是可变的，并且无法预先估计。 7.1多媒体数据的特点和压缩必要 3 .数据类型 数据类型间差距较大，主要表现在： 不同媒体的存储量差别大； 不同类型的媒体由于内容和格式不同，相应的内容管理、处理方法和解释方法也不同； 声音和动态影像视频的时基媒体与建立在空间数据基础上的信息组织方法有很大的不同。 4 .数据定义及操作 传统的关系数据库，包括描述语言、数据操作语言等，都不能适应多媒体数据。 7.1多媒体数据的特点和压缩必要 5 .数据的输入和输出 多媒体数据的输入方式分为两种：即多通道异步方式和多通道同步方式。由于涉及的设备较多，因此输出较为复杂。 6 .数据传送 多媒体数据要求连续传送，否则将导致严重失真，极大的影响效果，这就要对计算机的处理速度、I/O、内存、网络传输的带宽及软件算法等方面提出了比处理常规数据更高的要求。 7.1多媒体数据的特点和压缩必要 7.1.1 多媒体数据压缩的必要 1.数字化的音频、视频信号的数据量大得惊人 2. 要使媒体信息在计算机中能够使用，关键的问题就是如何减少巨大的数据量，以减少占用的存储空间和数据传送量，并使原来的声音和图像不失真 3.解决这些问题的办法就是要对音频、视频的数据进行大量的压缩，然后存储 7.2 数据冗余的分析 1.空间冗余 图像数据中经常存在的一种冗余，在一幅图像中记录的可见景物的颜色，一般都有连续的有规则物体和规则背景的颜色分布，使图像数据在空间上表现出相关性。 2.时间冗余 时间冗余是指在图像序列中，相邻帧图像之间有较大的相关性 3.结构冗余 有些图像从大体上看存在非常强的纹理结构，这些纹理具有较强的相似性，称为结构冗余 7.2 数据冗余的分析 4.知识冗余 有很多图像的理解与某些基础知识有很大的相关性，这类规律性的结构可由先验知识和背景知识得到，这类冗余称为知识冗余 5.视觉冗余 人的视觉系统有一定的限度，人类视觉系统对图像场的敏感性是非均匀和非线性的，人眼并不能觉察图像场的所有变化，我们将这种冗余称为视觉冗余。 7.2 数据冗余的分析 6.听觉冗余 人耳对不同频率的声音的敏感性是不同的，并不能觉察所有频率的变化，对某些频率不需要关注，因而存在听觉冗余 7.3 多媒体数据压缩方法分类 1.无失真压缩 无失真压缩也称为无损压缩、可逆压缩，它不会产生失真，压缩前和解压缩后的数据是完全一致的。 2.有失真压缩 有失真压缩也称为有损压缩、不可逆压缩，允许一定程度的失真，在压缩的过程中要丢失一些人眼和人耳所不敏感的图像或音频信息，并且丢失的信息不能再恢复 7.3 多媒体数据压缩方法分类 7.3 多媒体数据压缩方法分类 7.3.1 哈夫曼编码技术 1.编码过程 (1) 把事件按照出现的概率由大到小排成一个序列，即P(1)＞P(2)＞P(3)＞…＞P(Sm-1)＞P(Sm)，将信息源事件按照概率递减的顺序排列； (2) 把其中两个最小的概率P(Sm-1)和P(Sm)挑出来，并且将事件“1”赋给其中最小的事件P(Sm)，将事件“0”赋给另一个较大的事件P(Sm-1)； (3) 把两个最小概率相加作为新事件的概率，即求出P(Sm-1)，P(Sm)的和P(Si)，P(Si)是对应于一个新消息的概率； 7.3 多媒体数据压缩方法分类 P(Si)＝P(Sm-1)＋P(Sm) (4) 将P(Si)与上面未处理的(m-2)个消息的概率重新按照由大到小的顺序排列，构成一个新的概率序列； (5) 重复上述步骤(2)～(4)，在每次合并信息源事件时，将被合并的信息源分别赋“0”和“1”值，直到所有m个事件的概率都全部合并处理为止； (6) 寻找从每一个信息源事件到概率总和为“1”处的路径，对每一个信息源事件写出“1”、“0”序列（从树根到信息源事件节点），作为码字。 7.3 多媒体数据压缩方法分类 2.举例 例7.1：下表为某信息源发出的8个消息事件以及其相应出现的概率，用哈夫曼方法对其进行编码。 7.3 多媒体数据压缩方法分类 编码过程为： 7.3 多媒体数据压缩方法分类 编码结果为： 7.3 多媒体数据压缩方法分类