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《多媒体技术与应用》 第三章

归档日期:07-24       文本归类:帧内压缩      文章编辑:爱尚语录

  《多媒体技术与应用》 第三章_计算机软件及应用_IT/计算机_专业资料。第三章 多媒体数据压缩编码 技术 多媒体技术与应用 3.1 多媒体数据压缩的重要性 3.1.1 多媒体数据压缩的必要性 信息时代的重要特征是信息的数字化。早期的信息用模拟方式表示,模拟 存在着明

  第三章 多媒体数据压缩编码 技术 多媒体技术与应用 3.1 多媒体数据压缩的重要性 3.1.1 多媒体数据压缩的必要性 信息时代的重要特征是信息的数字化。早期的信息用模拟方式表示,模拟 存在着明显的缺点:在信息的传输过程中会产生噪音和信号丢失;信息在 复制过程中其噪音和误差会逐步积累;模拟信号不适合数字计算机加工处 理。信号的数字化克服了上述缺点,但数字化后未经压缩的视频和音频等 媒体信息的数据量是非常大的。 在多媒体系统中,如果不进行数字信息的压缩处理,计算机系统几乎无法 对多媒体数据进行存取和传输。对多媒体数据进行压缩是非常必要的。 多媒体技术与应用 3.1.2 多媒体数据压缩的可行性 可以根据不同的冗余设计相应的数据压缩技术。 ?时间冗余 ?空间冗余 空间冗余和时间冗余是将图像信号看作为随机信号时所反映出的 统计特征,因此有时把这两种冗余称为统计冗余。 ?结构冗余 ?知识冗余 ?视觉冗余 ?听觉冗余 多媒体技术与应用 3.2 多媒体数据压缩方法 数据压缩技术的性能指标有三个: ?压缩比: ?图象质量: ?压缩和解压的速度: 图像和视频压缩方法 无损压缩 有损压缩 哈夫曼编码 行程编码 预测编码 变换编码 DCT编码 小波变换 模型编码 混合编码 JPEG 算术编码 LZW编码 分形编码 MPEG 运动补偿 子带编码 H.261 图3-1 图像和视频压缩方法 多媒体技术与应用 3.2.1 有损压缩编码 ?预测编码 预测编码方法是根据某一模型,利用以往的样本值进行预测。预测编码方法在图 像数据和语音信号数据压缩中都得到广泛应用,它是针对数据的统计冗余进行压 缩的一种方法。 ?变换编码 变换编码也是一种对统计冗余进行压缩的方法。变换编码并不直接对信号进行压 缩编码,而首先将信号映射到另一个域中,产生一组变换系数,然后对这些系数 进行量化、编码、传输。一般在空间上具有强相关性的信号,反映在频域上则是 能量被集中在某些特定的区域内,或是变换系数的分布具有规律性。利用这些规 律,在不同的频率区域上分配不同的量化比特数,可以达到压缩数据的目的。 多媒体技术与应用 变换编码原理如图3-3所示。 输入端 变换 G U A 量化 A’ 编码器 发 送 端 解码器 信 道 输出端 逆变换 U’′ 图3-3 变换编码原理图 G’ 多媒体技术与应用 3.2.2 无损压缩编码 哈夫曼编码属于一种变字长码,把信息源事件按概率大小顺序排列,对出现概 率大的信息源事件赋予短码字,而对于概率小的信息源事件赋予长码,只要码 字长度按照信息出现的概率大小逆顺序排列,则平均码字长度一定小于其它任 何事件顺序的排列方式。 实现哈夫曼编码的步骤是: 1. 将信息源事件按概率递减顺序排列: 如P(1)>P(2)>…>P(Sm-1)>P(Sm) 2. 把其中两个最小的概率P(Sm-1)、P(Sm)挑出来,且将事件“1”赋给其中 最小的即 3. 把两个最小概率相加作为新事件的概率,即求出: P(Si) =P(Sm-1) 十 P(Sm)。P(Si)是对应于一个新的消息的概率。 4. 将P(Si)与上面未处理的(m-2)个消息P(Sm-2)的概率重新由大到小再排 列,构成一个新的概率序列。 5. 重复步骤2)、3)、4),在每次合并信息源时,将被合并的信源分别赋 “0”和“1”直到所有m个事件的概率均已全部合并处理为止。 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。 多媒体技术与应用 3.3 多媒体数据压缩的国际标准 3.3.1 JPEG标准 JPEG标准有两种基本的压缩算法,一种是基于离散余弦变换DCT的有损压缩 算法;另一种是基于空间预测的无损压缩算法。在压缩比为25:1的有损压缩 算法下,压缩还原后得到的图像与原始图像相比较几乎没有区别,因此基于 离散余弦变换DCT的有损压缩算法得到了广泛的应用。 多媒体技术与应用 8×8图像块 DCT基编码器 FDCT 源图像数据 量化器 熵编码器 压缩图像数据 量化表 图3- 5 DCT基压缩编码步骤 熵编码表 DCT基解码器 压缩图像数据 熵解码器 逆量化器 IDCT 重构图像数据 熵编码表 量化表 图3-7 DCT基解压缩步骤 多媒体技术与应用 3.3.2 MPEG标准 ? ? ? MPEG-1标准:称为多媒体运动图像和伴音的数据压缩编码标准。 MPEG-2标准:称为“活动图像及有关声音信息的通用编码”标准。 MPEG-4标准:是为解决多媒体计算机技术中对数据压缩编、解码技术及 其遵循标准的高需求而推出的新的国际标准。 MPEG-7标准:称作“多媒体内容描述接口”。它为各种类型的多媒体信 息规定一种标准化的描述。 ? ? MPEG-21 标准:正式名称为多媒体框架。试图用多媒体框架将各种服务 综合在一起并进行标准化。 多媒体技术与应用 视频压缩和音频压缩标准 视频压缩标准 视频压缩算法用使用了帧间预测编码技术、运动补偿技术、空间压缩(帧 内压缩)技术以及上一节介绍到的哈夫曼熵编码技术。 ?帧间预测编码技术 ?I运动补偿技术 ?空间压缩(帧内压缩)技术 音频压缩标准 MPEG-1 音 频 编 码 是 国 际 上 制 定 的 第 一 个 高 保 真 立 体 声 音 频 编 码 标 准 (ISO11172-3) 。 通 过 对 14 种音 频 编 码 方 案的 比 较 测 试, 最 后 选 定 了 以 MUSICAM为基础的三层编码结构。根据不同的应用要求,使用不同的层来构 成其音频编码器。 多媒体技术与应用 MPEG音频压缩标准有以下特点: 1. 音频信号采样率可以是22KHz,44.1 KHz或48KHz。 2. 压缩后的比特流可以按以下3种模式之一支持单声道或双声道: (1) 提供给单音频通道的单声道模式。 (2) 提供给两个独立的单音频通道的双—单声道模式。 (3) 提供给立体声通道的立体声模式。 3. 提供3个独立的压缩层次:(MP1,MP2,MP3) 4. 编码后的比特流支持循环冗余校验CRC。 5. 还支持在比特流中携带附加信息。

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