多媒體技術(shù)原理及應(yīng)用 ppt課件.ppt

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1、第2章多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)信息表示與編碼常用的數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)靜態(tài)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)JPEG運動圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)MPEG視聽通信編碼解碼標(biāo)準(zhǔn)H.26X聲音壓縮技術(shù)2.1信息表示與編碼數(shù)字化表示彩色空間多媒體數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換2.1.1概述傳統(tǒng)上用模擬方式表示聲音和圖像信息。易出故障，常產(chǎn)生噪音和信號丟失，且拷貝過程中噪音和誤差逐步積累；模擬信號不適合數(shù)字計算機(jī)加工處理。數(shù)字化處理：巨大的數(shù)據(jù)量。采樣定理：僅當(dāng)采樣頻率≥2倍的原始信號頻率時，才能保證采樣后信號可被保真地恢復(fù)為原始信號。采用8bit數(shù)字化，從而1秒鐘電視信號的數(shù)據(jù)量約為99.2Mbits。即約為100Mbps。650MB的CD-ROM僅能存約1

2、分鐘的原始電視數(shù)據(jù)。若HDTV(1.2Gbps)，一張CD-ROM還存不下6秒鐘的HDTV圖像。人說話的音頻一般在20Hz~4kHz，即人類語音的帶寬為4kHz。依據(jù)采樣定理，設(shè)數(shù)字化精度為8b，則1秒鐘信號量為64kbits。因此，人講1分鐘話的數(shù)據(jù)量為480kB。數(shù)字化處理的關(guān)鍵問題－數(shù)據(jù)壓縮壓縮的基礎(chǔ)－數(shù)據(jù)冗余空間冗余時間冗余信息熵冗余結(jié)構(gòu)冗余知識冗余視覺冗余其他冗余空間冗余這是圖像數(shù)據(jù)中經(jīng)常存在的一種冗余。在同一幅圖像中，規(guī)則物體和規(guī)則背景的表面物理特性具有相關(guān)性，這些相關(guān)性的光成象結(jié)構(gòu)在數(shù)字化其他中就表現(xiàn)為數(shù)據(jù)冗余。時間冗余這是序列圖像和語音數(shù)據(jù)中所經(jīng)常包含的冗余。圖像序列中

3、的兩幅相鄰的圖像之間有較大的相關(guān)性，這反映為時間冗余。在語言中，由于人在說話時發(fā)音的音頻是一連續(xù)的漸變過程，而不是一個完全時間上獨立的過程，因而存在時間冗余。信息熵冗余信息熵是指一組數(shù)據(jù)所攜帶的信息量，它定義為：H=-∑i=0N-1Pilog2PiN為數(shù)據(jù)類數(shù)或碼元個數(shù)，Pi為碼元yi發(fā)生的概率.為使信息編碼單位數(shù)據(jù)量d接近于或等于H，應(yīng)設(shè)：d=∑i=0N-1Pib(yi)其中b(yi)是分配給碼元yi的比特數(shù)，理論上應(yīng)取b(yi)=-log2Pi.實際一般取b(y0)=b(y1)=…=b(yK-1).例如，英文字母編碼碼元長為7bit，即b(y0)=b(y1)=…=b(yK-1)=7

4、，這樣d必然大于H，由此帶來的冗余稱為信息熵冗余或編碼冗余。結(jié)構(gòu)冗余有些圖像從大域上看存著非常強(qiáng)的紋理結(jié)構(gòu)，我們稱它們在結(jié)構(gòu)上存在有冗余。例如，布紋圖像和草席圖像。知識冗余有許多圖像的理解與某些基礎(chǔ)知識有相當(dāng)大的相關(guān)性。例如，人臉的圖像有固定的結(jié)構(gòu)。比如說嘴的上方有鼻子，鼻子的上方有眼睛，鼻子位于正臉圖像的中線上等。這類規(guī)律性的結(jié)構(gòu)可由先驗知識和背景知識得到，我們稱此類冗余為知識冗余。視覺冗余人類視覺系統(tǒng)對于圖像場的任何變化，并不是都能感知的。例如，對于圖像的編碼處理時，由于壓縮或量化截斷引入了噪聲而使圖像發(fā)生了一些變化，如果這些變化不能為視覺所感知，仍認(rèn)為圖像足夠好。事實上人類視覺系

5、統(tǒng)一般分辨能力約為26灰度等級，而一般圖像量化采用28灰度等級，這類冗余我們稱為視覺冗余。其他冗余例如，由圖像的空間非定常特性所帶來的冗余。2.1.2數(shù)字圖像編碼技術(shù)1.彩色空間常見模型：RGB彩色空間HSI彩色空間YUV彩色空間YIQ彩色空間RGB彩色空間R、G、B是彩色最基本表示模型，也是計算機(jī)系統(tǒng)中所使用的彩色模型。RGB5：5：5方式用2個字節(jié)表示一個像素，具體位分配見圖2.1。圖2.1RGB5：5：5方式RGB8：8：8方式R、G、B三個分量各占一個字節(jié)。T(1b)R(5b)G(5b)B(5b)HSI彩色空間這種模型中，用H(Hue，色調(diào))、S(Saturation，飽和度

6、)、I(Intensity，光強(qiáng)度)3個分量來表示一種顏色，這種表示更適合人的視覺特性。YUV彩色空間Y為亮度信號，U、V是色差信號(B-Y，R-Y)。PAL制式彩色空間即為YUV。優(yōu)點是亮度和色差信號分離，容易使彩色電視系統(tǒng)與黑白電視信號兼容。國際無線電咨詢委員會根據(jù)實驗認(rèn)為采用雙倍度采樣4：2：2方案效果較好，提出CCIR601標(biāo)準(zhǔn)。變換公式（YUV<--->RGB）Y=0.299*R+0.587*G+0.114*B；U=-0.169*R-0.332*G+0.500*B；V=0.500*R+0.419*G-0.081*BYIQ彩色空間廣播電視系統(tǒng)另一種常用的亮度與色差分離的模型。N

7、TSC制式彩色空間即為YIQ。這里Y是亮度，I和Q共同描述圖像的色調(diào)和飽和度。變換公式(YIQ<--->RGB)Y=0.299*R+0.587*G+0.114*BI=0.211*R-0.523*G+0.312*BQ=0.596*R-0.275*G-0.322*B2.數(shù)字圖像文件格式TIFPCXGIF、TGA、BMP、DVI、JPEG等TIF文件格式由美國AldusDeveloper’sDesk和Microsoft制定結(jié)構(gòu)文件頭(8B)參數(shù)指針表