多媒體數(shù)據(jù)壓縮基礎(chǔ)

1、第四章第四章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮基礎(chǔ)多媒體數(shù)據(jù)壓縮基礎(chǔ) 4.1 圖像數(shù)據(jù)壓縮基礎(chǔ)圖像數(shù)據(jù)壓縮基礎(chǔ)必要性：多媒體數(shù)據(jù)量非常龐大，存儲(chǔ)、傳輸必要性：多媒體數(shù)據(jù)量非常龐大，存儲(chǔ)、傳輸困難。困難。壓縮的前提：聲音、圖像數(shù)據(jù)存在大量壓縮的前提：聲音、圖像數(shù)據(jù)存在大量冗余冗余壓縮的目的：消除冗余壓縮的目的：消除冗余,便于存儲(chǔ)和傳輸便于存儲(chǔ)和傳輸4.2 冗余種類冗余種類一一 統(tǒng)計(jì)冗余：圖像數(shù)據(jù)存在大量的統(tǒng)計(jì)特征的統(tǒng)計(jì)冗余：圖像數(shù)據(jù)存在大量的統(tǒng)計(jì)特征的重復(fù)。包括空間上的冗余和時(shí)間上的冗余重復(fù)。包括空間上的冗余和時(shí)間上的冗余二二 信息熵冗余信息熵冗余 信息熵定義為一組數(shù)據(jù)所表示的信息熵定義為一組數(shù)據(jù)所表示的信息量信

2、息量 這種碼元編碼長(zhǎng)度的不經(jīng)濟(jì)帶來的冗余稱為信這種碼元編碼長(zhǎng)度的不經(jīng)濟(jì)帶來的冗余稱為信息熵冗余息熵冗余三三 結(jié)構(gòu)冗余結(jié)構(gòu)冗余 圖像大面積上存在著重復(fù)出現(xiàn)的相同或相圖像大面積上存在著重復(fù)出現(xiàn)的相同或相近的紋理結(jié)構(gòu)，稱為結(jié)構(gòu)冗余近的紋理結(jié)構(gòu)，稱為結(jié)構(gòu)冗余四四 知識(shí)冗余知識(shí)冗余 人對(duì)圖像的理解與圖像所表現(xiàn)內(nèi)容的基礎(chǔ)知人對(duì)圖像的理解與圖像所表現(xiàn)內(nèi)容的基礎(chǔ)知識(shí)有相當(dāng)大的相關(guān)性，從中可以總結(jié)出某種規(guī)識(shí)有相當(dāng)大的相關(guān)性，從中可以總結(jié)出某種規(guī)律性變化律性變化五五 視覺冗余視覺冗余 圖像數(shù)據(jù)中存在著大量人眼覺察不到的細(xì)節(jié)圖像數(shù)據(jù)中存在著大量人眼覺察不到的細(xì)節(jié)4.3 圖像數(shù)據(jù)壓縮算法圖像數(shù)據(jù)壓縮算法 數(shù)據(jù)編碼的前

3、提：數(shù)字化數(shù)據(jù)編碼的前提：數(shù)字化壓縮算法標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)：壓縮算法標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)：壓縮比壓縮比 指壓縮編碼后的數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)大指壓縮編碼后的數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)大小的比值小的比值算法的復(fù)雜性和運(yùn)算速度算法的復(fù)雜性和運(yùn)算速度失真度失真度要求：壓縮比要大。既壓縮前后所需的信息要求：壓縮比要大。既壓縮前后所需的信息存儲(chǔ)量之比要大存儲(chǔ)量之比要大實(shí)現(xiàn)壓縮的算法要簡(jiǎn)單，壓縮實(shí)現(xiàn)壓縮的算法要簡(jiǎn)單，壓縮/解壓縮速度要解壓縮速度要快，盡可能地做到適時(shí)壓縮快，盡可能地做到適時(shí)壓縮/解壓縮解壓縮恢復(fù)效果要好，盡可能恢復(fù)原來的數(shù)據(jù)恢復(fù)效果要好，盡可能恢復(fù)原來的數(shù)據(jù)4.4 編碼的分類：（按編碼前后數(shù)據(jù)是否一編碼的分類：（按編碼前后數(shù)據(jù)是否

4、一致分類）致分類）1） 無損編碼：解碼后的數(shù)據(jù)與編碼前的數(shù)無損編碼：解碼后的數(shù)據(jù)與編碼前的數(shù)據(jù)完全一致，沒有任何失真據(jù)完全一致，沒有任何失真2） 有損編碼：解碼后的數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)有有損編碼：解碼后的數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)有一定程度的失真一定程度的失真4.5 常用編碼方法常用編碼方法1 行程長(zhǎng)度編碼（游程編碼）行程長(zhǎng)度編碼（游程編碼）編碼方法：將一系列重復(fù)值用一個(gè)單獨(dú)的值再編碼方法：將一系列重復(fù)值用一個(gè)單獨(dú)的值再加上一個(gè)計(jì)數(shù)值來取代加上一個(gè)計(jì)數(shù)值來取代aaaabbccccccc 4a2b7c011 011 011 011 100 011 此法對(duì)于長(zhǎng)重復(fù)值串壓縮編碼很有效此法對(duì)于長(zhǎng)重復(fù)值串壓縮編碼很有效例

5、：有一線狀圖像，其灰度隨長(zhǎng)度坐標(biāo)的例：有一線狀圖像，其灰度隨長(zhǎng)度坐標(biāo)的關(guān)系如圖關(guān)系如圖 011,011,011,011,101,101,101100,011,011,101 3 預(yù)測(cè)編碼預(yù)測(cè)編碼預(yù)測(cè)：用先前像素?cái)?shù)據(jù)對(duì)當(dāng)前像素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)預(yù)測(cè)：用先前像素?cái)?shù)據(jù)對(duì)當(dāng)前像素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)計(jì)，將預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)的差值進(jìn)行熵編碼計(jì)，將預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)的差值進(jìn)行熵編碼差分編碼調(diào)制差分編碼調(diào)制(DPCM) 其基本原理是基于圖像其基本原理是基于圖像中相連像素之間的相關(guān)性，每個(gè)像素可通過與中相連像素之間的相關(guān)性，每個(gè)像素可通過與之相關(guān)的幾個(gè)像素來作預(yù)測(cè)。之相關(guān)的幾個(gè)像素來作預(yù)測(cè)。例：假設(shè)輸入信號(hào)已經(jīng)量化差值不再進(jìn)行

6、例：假設(shè)輸入信號(hào)已經(jīng)量化差值不再進(jìn)行量化。系統(tǒng)輸入為（量化。系統(tǒng)輸入為（0，1，2，1，1，2，3，3，4，4.）x(n)x(n)0 01 12 21 11 12 23 33 34 44 4x(n)x(n)0 00 01 12 21 11 12 23 33 34 4d(n)d(n)0 01 11 1-1-10 01 11 10 01 10 0 例例 對(duì)下列數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)編碼對(duì)下列數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)編碼x(n)x(n)0 01 11 12 22 23 34 45 54 44 4x(n)x(n)d(n)d(n)2 哈夫曼編碼哈夫曼編碼基本思路：出現(xiàn)頻率越高的值其對(duì)應(yīng)的編碼長(zhǎng)基本思路：出現(xiàn)頻率越高的值其對(duì)應(yīng)

7、的編碼長(zhǎng)度越短，反之出現(xiàn)頻率越低的值其對(duì)應(yīng)的編碼度越短，反之出現(xiàn)頻率越低的值其對(duì)應(yīng)的編碼長(zhǎng)度越長(zhǎng)長(zhǎng)度越長(zhǎng)編碼步驟編碼步驟1 統(tǒng)計(jì)信號(hào)源出現(xiàn)的概率統(tǒng)計(jì)信號(hào)源出現(xiàn)的概率 2 將信號(hào)源符號(hào)按概率遞減順序排列將信號(hào)源符號(hào)按概率遞減順序排列 3 把兩個(gè)最小的概率值加起來，作為一個(gè)新組合把兩個(gè)最小的概率值加起來，作為一個(gè)新組合符號(hào)的概率符號(hào)的概率 4 重復(fù)步驟重復(fù)步驟2、3，直到概率和達(dá)到，直到概率和達(dá)到1為止為止 5 在每次合并信號(hào)源時(shí)，將合并的信號(hào)源分別標(biāo)在每次合并信號(hào)源時(shí)，將合并的信號(hào)源分別標(biāo)記記1和和0 6 尋找從每一信號(hào)源符號(hào)到概率為尋找從每一信號(hào)源符號(hào)到概率為1的路徑，記錄的路徑，記錄下路徑上的下路徑上的1和和0 7 對(duì)每一符號(hào)寫出對(duì)每一符號(hào)寫出1和和0序列序列4 模型法編碼模型法編碼 模型法編碼是利用計(jì)算機(jī)視覺和計(jì)算機(jī)圖形模型法編碼是利用計(jì)算機(jī)視覺和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的知識(shí)對(duì)圖像信號(hào)的分析與合成學(xué)的知識(shí)對(duì)圖像信號(hào)的分析與合成. 模型法編碼的關(guān)鍵是對(duì)特定的圖像建立模型，模型法編碼的關(guān)鍵是對(duì)特定的圖像建立模型，并根據(jù)這個(gè)模型確定圖像中景物的特征參數(shù)。并根據(jù)這個(gè)模型確定圖像中景物的特征參數(shù)。解碼時(shí)利用圖像合成技術(shù)重建圖像解碼時(shí)利用圖像合成技術(shù)重建圖像.5 變換編碼變換