梁倩《多媒体技术》第4章多媒体数据压缩技术.pptxVIP

第4章 多媒体数据压缩 数字化后的图像、音频和视频等媒体信息具有海量性，与当前计算机所提供的存储资源和网络带宽之间有很大的差距，这给存储及传输多媒体信息带来了很大的困难。为此人们尝试了各种技术方法，其中数据压缩解码技术作为解决上述问题的有效途径，成为了当今通信、广播、存储和多媒体技术等领域的一项必不可少的关键技术。 本章讲述了数据压缩必要性、压缩可行性和压缩编码分类，并介绍了几种数据压缩算法和常见的压缩标准。 数据压缩的必要性 多媒体数据压缩的可能性 编码方案分类 几种数据压缩算法 静态图像压缩标准JPEG 视频图像压缩标准MPEG 主要学习内容： 一、数据压缩的必要性 例1、计算没有压缩前音频、静态图像和高清晰数字电视视频数据量。 (1)音频数据量 对于音频信息来说，如果按CD音质（CD-DA）对原始音频进行不经压缩的数字化，采样频率为44.1kHz、量化精度为16bit、双声道立体声，则每分钟的数据量为： 44.1×103×16×2×60÷8÷220=10.1MB 这样，一张CD-ROM光盘按650MB的容量来计算，只能存放1个小时的CD音乐。 4.0 数据压缩的基本概念 (2)静态图像数据量 若数码相机的分辨率500万像素（2576×1932dpi），如果按24位色来表达，则存储这张图片所需的磁盘空间为： 5000000×24÷8÷220=14.3MB 则一张128MB的存储卡，只能存储8张照片。 (3)高清晰数字电视视频数据量 以某视频数据为例，其分辨率为800*600（12帧/s），真彩色则其每秒钟视频数据量高达： 800×600×24÷8÷220×12=16.5MB 这样，一张CD-ROM光盘按650MB的容量来计算，只能存放约40s（0.66分钟）的电视节目。 二、多媒体数据压缩的可行性 数据是用来记录和传送信息的，或者说数据是信息的载体。对于人类用计算机推理与计算来说，真正有用的不是数据本身，而是数据所携带的信息。多媒体数据，尤其是图像、音频和视频，其数据量是相当大的，但那么大的数据量并不完全等于它们所携带的信息量。在信息论中，这就称为冗余，即：冗余是指信息存在的各种性质的多余度。 多媒体数据中存在的数据冗余主要有以下几种类型。 1、空间冗余 这是图像数据中经常存在的一种冗余。在同一幅图像中，规则物体和规则背景（所谓规则是指表面是有序的而不是杂乱无章的排列）的表面物理特性具有相关性（简单说就是各采样点的颜色之间存在空间连贯性），这些相关性的光成像结果在数字化图像中就表现为数据冗余。 2、时间冗余：这是序列图像（电视图像、运动图像）和语音数据中所经常包含的冗余。图像序列中的两幅相邻的图像，后一幅图像与前一幅图像之间有较大的相关，这反映为时间冗余。同理，在语音中，由于人在说话时其发音的音频是一连续和渐变的过程，而不是一个完全时间上独立的过程，因而存在着时间冗余。 3、结构冗余：数字化图像（例如草席图像）中表面纹理存在着非常强的纹理结构，称之为在结构上存在冗余。 4、知识冗余： 人类可以凭借经验辨识事物，无需进行全面的比较和鉴别。但计算机则没有经验可循，只能按部就班地扫描和处理数据，这种与人类的差异所造成的数据冗余就是知识冗余 。 有许多图像的理解与某些基础知识有相当大的相关性。例如人脸的图像有固定的结构等。这类规律性的结构可由先验知识和背景知识得到，此类冗余为知识冗余。 5、视觉/听觉冗余： 人类的视觉/听觉系统由于受生理特性的限制，对于图像/声音的变化并不是都能感知的。这些变化如果不被视觉/听觉所察觉的话，我们仍认为图像/声音是完好的或足够好的。这样的冗余，称之为视觉/听觉冗余。例如人眼对灰度的分辨率为26，而一般图像采用的分辨率为28。 之所以说多媒体数据是可以被压缩的，是因为多媒体数据中存在着上述各种各样的冗余。针对不同类型的冗余，人们已经提出了许多方法用于实施对多媒体数据的压缩。 三、数据压缩解码技术 最初作为信息论研究中的一个重要课题，在信息论中被称为信源编码。近年已成为独立的体系，主要研究数据的表示、传输和转换方法，以减少数据存储空间，方便传输和存储。 数据压缩流程 1、数据压缩（数据编码） 在不丢失信息的前提下，按照一定的算法对数据进行重新组织，减少数据冗余和存储空间，提高传输、存储和处理效率的一种技术方法。 其本质是去掉数字信号数据中的冗余数据，用尽可能少的比特数来