多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼技術(shù)（上）課件.ppt

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1、第四章多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼技術(shù)4.1數(shù)據(jù)壓縮編碼的重要性和分類4.2預(yù)測(cè)編碼4.3變換編碼4.4統(tǒng)計(jì)編碼4.5數(shù)據(jù)壓縮編碼的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)1多媒體技術(shù)最大難題是海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與傳送電視信號(hào)數(shù)字化后的數(shù)據(jù)量。1、多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼的重要性2數(shù)據(jù)量是否等于信息量?512?512?8?3=6291456=6.3Mbit/s6.3?30幀/s=188Mbit/s188/8=23.5MByte/s650Mbyte光盤/23.5Mbytes/s=27.5秒電視信號(hào)3信息量與數(shù)據(jù)量的關(guān)系I=D-duI—信息量D—數(shù)據(jù)量du—冗余量42、多媒體數(shù)據(jù)壓縮的

2、可能性1）空間冗余例:圖像中的“A”是一個(gè)規(guī)則物體。光的亮度、飽和度及顏色都一樣，因此，數(shù)據(jù)A有很大的冗余。A52）時(shí)間冗余例:序列圖像F2F1AA63）信息熵冗余信息量：指從N個(gè)相等的可能事件中選出一個(gè)事件所需要的信息度量和含量。信息熵：指一團(tuán)數(shù)據(jù)所帶的信息量，平均信息量就是信息熵（entropy）。74）結(jié)構(gòu)冗余圖像有非常強(qiáng)的紋理結(jié)構(gòu)。如草席圖結(jié)構(gòu)上存在冗余。85）知識(shí)冗余圖像的理解與某些基礎(chǔ)知識(shí)有關(guān)。例:人臉的圖像有同樣的結(jié)構(gòu)：嘴的上方有鼻子，鼻子上方有眼睛，鼻子在中線上……96）視覺冗余視覺冗余是非均勻、非線性的。例:人

3、類視覺分辨率為2，但常用2就是數(shù)據(jù)冗余。687）其他冗余圖像空白的非定長(zhǎng)性。103、多媒體數(shù)據(jù)壓縮方法的分類按壓縮方法分:(1)有失真壓縮(2)無失真壓縮11第四章多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼技術(shù)4.1數(shù)據(jù)壓縮編碼的重要性和分類4.2預(yù)測(cè)編碼4.3變換編碼4.4統(tǒng)計(jì)編碼4.5數(shù)據(jù)壓縮編碼的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)121、預(yù)測(cè)編碼的基本原理預(yù)測(cè)編碼(PredictionCoding)是統(tǒng)計(jì)冗余數(shù)據(jù)壓縮理論的三個(gè)重要分支之一，用預(yù)測(cè)編碼減少數(shù)據(jù)時(shí)間和空間的相關(guān)性。13如果有一個(gè)數(shù)，通過數(shù)學(xué)模型能夠精確的產(chǎn)生數(shù)據(jù)源，就不需要傳輸了。通過以往的樣本值預(yù)測(cè)，將預(yù)測(cè)

4、值與實(shí)際值相減，對(duì)差進(jìn)行編碼。14建立一個(gè)數(shù)學(xué)模型利用以往的樣本數(shù)據(jù)對(duì)新樣本值進(jìn)行預(yù)測(cè)將預(yù)測(cè)值與實(shí)際值相減對(duì)其差值進(jìn)行編碼這時(shí)差值很少，可以減少編碼碼位。預(yù)測(cè)編碼的基本思想152、DPCM和ADPCMDPCM差分脈沖編碼調(diào)制DifferentialPulseCodeModulation16DPCM編/解碼原理圖17第四章多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼技術(shù)4.1數(shù)據(jù)壓縮編碼的重要性和分類4.2預(yù)測(cè)編碼4.3變換編碼4.4統(tǒng)計(jì)編碼4.5數(shù)據(jù)壓縮編碼的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)181、變換編碼的特點(diǎn)利用預(yù)測(cè)編碼可以去除圖象數(shù)據(jù)的時(shí)間和空間的冗余。它的優(yōu)點(diǎn)是直觀、簡(jiǎn)

5、捷、易于實(shí)現(xiàn)，特別是用于硬件實(shí)現(xiàn)。但壓縮能力有限，DPCM一般只能壓縮到2~4bit/像素。191、變換編碼的特點(diǎn)變換編碼是進(jìn)行一種函數(shù)變換，映射變換從信號(hào)域變換到另一個(gè)信號(hào)域。20例：有兩個(gè)相鄰采樣值X1和X2，每一采樣值用3bit編碼，因此有8個(gè)幅度等級(jí)，兩個(gè)為：8×8=64種。y2x2y1x121變換編碼的系統(tǒng)構(gòu)成信源序列變換變換域采樣量化編碼存儲(chǔ)和傳輸解碼反變換再現(xiàn)序列222、K-L變換(Karhunen—Loeve)它是以統(tǒng)計(jì)特性為基礎(chǔ)的，也稱為特征向量變換。最優(yōu)的正交變換：特征向量矩陣向量指向數(shù)據(jù)變化最大的方向。缺點(diǎn)

6、：計(jì)算過程復(fù)雜，變換速度慢。23一、Y向量的平均向量為0，直流分量為0。二、Y的協(xié)方差矩陣協(xié)方差等于0方差對(duì)角線按減序排列K-L變換是最佳變換243、離散余弦變換（DCT變換）次最優(yōu)正交變換DCT變換與K-L變換壓縮性能和誤差很接近，而DCT計(jì)算復(fù)雜度適中，又具有可分離性，還有快速算法等特點(diǎn)。所以在圖像數(shù)據(jù)壓縮中，采用離散余弦變換編碼的方案很多。25離散余弦變換(DCT變換)二維離散傅立葉變換正變換逆變換26第四章多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼技術(shù)4.1數(shù)據(jù)壓縮編碼的重要性和分類4.2預(yù)測(cè)編碼4.3變換編碼4.4統(tǒng)計(jì)編碼4.5數(shù)據(jù)壓縮編碼的

7、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)271、變字長(zhǎng)編碼定理在變字長(zhǎng)編碼中，對(duì)于出現(xiàn)概率大的信息符號(hào)，編以短字長(zhǎng)的碼,對(duì)于出現(xiàn)概率小的信息符號(hào)編以長(zhǎng)字長(zhǎng)的碼，如果碼字長(zhǎng)度嚴(yán)格按照符號(hào)概率的大小的相反順序排列，則平均碼字長(zhǎng)一定小于按任何其他符號(hào)順序排列方式得到的碼字長(zhǎng)度。28英文字母出現(xiàn)的概率按大小排列該英文字母編碼的碼長(zhǎng)按大小排列概率大碼長(zhǎng)短292、哈夫曼編碼Huffman編碼就是利用變字長(zhǎng)最佳編碼，實(shí)現(xiàn)信源符號(hào)按概率大小順序排列。30信源符號(hào)按概率大小順序排列(1)出現(xiàn)概率最小的兩個(gè)符號(hào)概率相加合成一個(gè)概率。31(2)將合成概率看成一個(gè)新組合符號(hào)概率，重復(fù)

8、上述做法，直到最后只剩下兩個(gè)符號(hào)概率為止。32(3)反過來逐步向前編碼，每一步有兩個(gè)分支各賦予一個(gè)二進(jìn)制碼，可以對(duì)概率大的編碼為1。33a10.2001a20.1900a30.18111a40.17110a50.15101a60.101001a70.011000