第7章教学设计 - 多媒体技术及应用.DOC

《多媒体技术及应用》课程教学设计（7） 课 题 第7章 多媒体压缩技术 课时 理论/实验2/0 周 次 第16 周 周 第 - 节 教室 教学方法 讲授（√）演示（ ）练习（√）实验（ ）讨论（ ）其他（ ） 教学环境 是否使用多媒体（√） 教学 目标 了解多媒体数据压缩的必要性、多媒体数据压缩的可能性、数据压缩方法的分类。 教 学 内 容 7.1媒体数据压缩基础知识 7.1.1数据压缩的必要性 在多媒体技术应用中，常用的媒体数据有图像、音频和视频等格式，其数据量是非常巨大的，这给多媒体数据的传输、存储等操作造成了很大的困难。 7.1.2数据压缩的可能性 多媒体数据在数字化后存着各种形式的冗余。常见数据冗余有如下几种类型有：空间冗余、时间冗余、视（听）觉冗余、知识冗余、结构冗余 7.1.3数据压缩基本原理 数据的压缩实际上是一种编码过程，即根据原始数据的内在联系将数据从一种编码映射为另一种编码，以减少表示信息所需要的总位数。数据压缩方法分为：无损编码、有损编码、混合编码。数据压缩方法的衡量指标有：压缩率、压缩质量、压缩/解压缩速度、 7.2数据压缩编码算法 7.2.1统计编码 1．行程编码：行程编码又称为游程编码，其编码原理是将具有相同值的连续串用其串长和一个代表值来代替，该连续串就称为行程，串长称为行程长度。 2. 哈夫曼编码：哈夫曼编码是对统计独立信源能达到最小平均码长的编码方法，其基本思想是：对于给定的数据串，先计算其每个字符的出现频率，并得到频率表，运用哈夫曼算法按出现频率由高到低分配编码位数，然后给出一个最优的编码。 3．算术编码：算术编码把整个信源字符串看作是一个集合，它把集合表示为实数线上的0到1之间的一个区间。这个集合中的每个元素都要用来缩短这个区间。信源集合的元素越多，所得到的区间就越小，当区间变小时，就需要更多的数位来表示这个区间，这就是区间作为代码的原理。 7.2.2预测编码 预测编码是根据离散信号之间存在着一定关联性的特点，利用前面一个或多个信号预测下一个信号进行，然后对实际值和预测值的差（预测误差）进行编码。如果预测比较准确，误差就会很小。在同等精度要求的条件下，就可以用比较少的比特进行编码，达到压缩数据的目的。 1．差分脉冲编码调制 2．自适应差分脉冲编码调制 7.2.3变换编码 变换编码是指先对信号进行某种函数变换，从一种信号变换到另一种信号，然后再对信号进行编码。变换编码系统中压缩数据有变换、变换域采样和量化3个步骤。变换本身并不进行数据压缩，它只把信号映射到另一个域，使信号在变换域里容易进行压缩，变换后的样值更独立有序。这样，量化操作通过比特分配可以有效地压缩数据。 7.3常见多媒体数据压缩标准 7.3.1音频压缩标准 音频信号是多媒体信息的重要组成部分。音频信号可分为电话质量的语音信号（带宽为200Hz~3.4kHz）、调幅广播质量的音频信号（带宽为50 Hz~7 kHz）、调频广播质量的音频信号（带宽为20 Hz~15 kHz）和高保真立体声信号（带宽为20 Hz~20 kHz）4种。因此，数字音频压缩技术标准分为电话语音压缩、调幅广播语音压缩和调频广播及CD音质的宽带音频压缩3种。 7.3.2静态图像压缩标准 联合图像专家组 (Joint Photographic Expert Group，JPEG)是国际标准化组织下属的一个组织，它由很多国家和地区的标准化组织联合组成。JPEG的作用是研究数字化图像的标准编码技术，通过该标准编码技术，能更好地对图形和图像进行处理。在1991年，JPEG开发研制出“多灰度静止图像数字压缩编码”方法。这个压缩编码方法被称为JPEG标准，它是第一个数字图像压缩编码的国际标准。随着多媒体应用领域的快速增长，传统的JPEG压缩技术已经无法满足人们对数字化多媒体图像的要求，因此，在2000年，新一代数字化图像标准JPEG2000也成功地推出。 7.3.3运动图像和视频压缩标准 运动图像专家组（Moving Pictures Experts Group，MPEG）是由ISO与IEC于1988年联合成立，专门致力于视频和音频标准化工作。从1992年起先后推出了多个MPEG标准，主要有MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7和MPEG-21等。 重点 多媒体数据压缩的必要性、多媒体数据压缩的可能性。数据压缩方法分类，数据压缩编码算法。 难点 多媒体数据压缩的可能性、多媒体压缩编码算法 课后训练 课后的思考题1，3，5，6，10。 教学 小结 本章主要介绍了多媒体数据的压缩原理和方法，并介绍了相关的国际压缩标准。针对本章理论性较强的特点，在学习的过程中注意结合了相关技术的实际应用，以更好地掌握本章内容，取得了较好的效果。