多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)

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1、第6章多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)【教學(xué)內(nèi)容】1．多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼的必要性、可能性和壓縮方法的分類；2．量化；3．統(tǒng)計(jì)編碼；4．變換編碼；5．多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼國際標(biāo)準(zhǔn)?！窘虒W(xué)目的與要求】數(shù)字化后的音頻和視頻等媒體信息具有數(shù)據(jù)海量特性，與當(dāng)前硬件技術(shù)所能提供的計(jì)算機(jī)存儲資源和網(wǎng)絡(luò)帶寬之間有很大差距（雖然現(xiàn)在的存儲器的容量越來越大），解決這一問題的關(guān)鍵技術(shù)就是數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，即多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼的必要性。由于數(shù)據(jù)中存在著大量的冗余，所以多媒體數(shù)據(jù)壓縮才是可行的。介紹常用的編碼方法，數(shù)據(jù)壓縮編碼的國際標(biāo)準(zhǔn)：JPEG、MPEG等。1．熟練掌握：多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼的必要性、可能性；

2、哈夫曼編碼；JPEG壓縮編碼。2．掌握：量化；統(tǒng)計(jì)編碼；變換編碼。1．一般了解：壓縮編碼的分類；多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼的其他國際標(biāo)準(zhǔn)，如MPEG-1，MPEG-2，MPEG-4，MPEG-7等；【考核知識點(diǎn)】多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼的必要性；多媒體數(shù)據(jù)壓縮的可行性；哈夫曼編碼、算術(shù)編碼的基本原理；數(shù)據(jù)壓縮編碼的國際標(biāo)準(zhǔn)：JPEG、MPEG的基本原理。41《多媒體技術(shù)》第6章多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)隨著通信、計(jì)算機(jī)和大眾傳播這三大技術(shù)更緊密的融合，計(jì)算機(jī)已不局限于數(shù)值計(jì)算、文字處理的范疇，同時(shí)成為處理圖形、圖像、文字和聲音等多媒體等多種信息的工具。數(shù)字化后的視頻和音頻等媒體信息具有

3、數(shù)據(jù)海量性，與當(dāng)前硬件技術(shù)所能提供的計(jì)算機(jī)存儲資源和網(wǎng)絡(luò)帶寬之間有很大差距，可以通過數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)解決該關(guān)鍵問題。在多媒體計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步的進(jìn)程中，數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)扮演著舉足輕重的角色。本章重點(diǎn)介紹一些重要的壓縮編碼方法，也介紹現(xiàn)有的多媒體數(shù)據(jù)壓縮的國際標(biāo)準(zhǔn)：JPEG、MPEG、H.21、H.23可視通信的國際標(biāo)準(zhǔn)。這些壓縮算法和國際標(biāo)準(zhǔn)可以廣泛地應(yīng)用于多媒體計(jì)算機(jī)、多媒體數(shù)據(jù)庫、常規(guī)電視數(shù)字化、高清電視（HDTV）以及交互式電視（InteractiveTV）系統(tǒng)中。目前，正在開展應(yīng)用的項(xiàng)目有：可視電話、視頻會議、多媒體電子郵件、音頻、視頻點(diǎn)播和IP電話等。6.1

4、多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)概述6.1.1多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼的必要性由于媒體元素種類繁多、構(gòu)成復(fù)雜，即數(shù)字計(jì)算機(jī)所要處理、傳輸和存儲等對象為數(shù)值、文字、語言、音樂、圖形、動畫、靜態(tài)圖像和電視視頻圖像等多種媒體元素，并且使他們在模擬量和數(shù)字量之間進(jìn)行自由轉(zhuǎn)換、信息吞吐、存儲和傳輸。目前，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)要實(shí)現(xiàn)逼真的三維空間、3D立體聲效果和在實(shí)境中進(jìn)行仿真交互，帶來的突出的問題是媒體元素?cái)?shù)字化后數(shù)據(jù)量大得驚人。在前幾章中曾介紹過諸如聲音、圖像等信號的海量表現(xiàn)，下面不妨再舉幾個(gè)例子說明：（1）陸地衛(wèi)星的水平、垂直分辨率分別為3240和2340，4波段、采樣精度為7位，那么一幅圖像的

5、數(shù)據(jù)量為2340×3240×7×4/8=26.5MB，按每天30幅計(jì)算，每天的數(shù)據(jù)量就有26.5×30=795MB，每年的數(shù)據(jù)量高達(dá)283GB。41《多媒體技術(shù)》第6章多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)（2）高保真立體聲音頻信號的采樣頻率為44.1kHz、16位采樣精度，一分鐘存儲量為10.34MB。一片CD-ROM（存儲量為650MB）可存放約63分鐘的音樂。如果使用48kHz采樣頻率的話，需要的存儲量就更大了。（3）數(shù)字電視圖像（InternationalConsultativeCommitteeForRadio，ICCR）格式，PAL制式、8:8:8采樣，每幀數(shù)據(jù)量為720

6、×576×3=1.19MB；每秒的數(shù)據(jù)量為1.19×25=29.75MB；一片CD-ROM只能存放650÷1.19=546幀圖像，或一片CD-ROM可存儲節(jié)目的時(shí)間為650÷29.75=21.85秒。從以上的例子可以看出，數(shù)字化信息的數(shù)據(jù)量十分龐大，無疑給存儲器的存儲量、通信干線的信道傳輸率以及計(jì)算機(jī)的速度都增加了極大的壓力。如果單純靠擴(kuò)大存儲器容量、增加通信干線傳輸率的辦法來解決問題是不現(xiàn)實(shí)的。通過數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)可以大大降低數(shù)據(jù)量，以壓縮的形式存儲和傳輸，既節(jié)約了存儲空間，又提高了通信干線的傳輸效率，同時(shí)也使計(jì)算機(jī)得以實(shí)時(shí)處理音頻、視頻信息，保證播放出高質(zhì)量的視頻

7、和音頻節(jié)目。6.1.2多媒體數(shù)據(jù)壓縮的可能性(可行性)經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，與音頻數(shù)據(jù)一樣，圖像數(shù)據(jù)中存在著大量的冗余。通過去除那些冗余數(shù)據(jù)可以極大地降低原始圖像數(shù)據(jù)量，從而解決圖像數(shù)據(jù)量巨大的問題。圖像數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)就是研究如何利用圖像數(shù)據(jù)的冗余性來減少圖像數(shù)據(jù)量的方法。因此，進(jìn)行圖像壓縮研究的起點(diǎn)是研究圖像數(shù)據(jù)的冗余性。（1）空間冗余。在靜態(tài)圖像中有一塊表面顏色均勻的區(qū)域，在這個(gè)區(qū)域中所有點(diǎn)的光強(qiáng)和色彩以及色飽和度都相同，具有很大的空間冗余。這是由于基于離散像素采樣的方法不能表示物體顏色之間的空間連貫性導(dǎo)致的。（2）時(shí)間冗余。電視圖像、動畫等序列圖片，當(dāng)其中物體有位移時(shí)，

8、后一幀的數(shù)