數(shù)據(jù)壓縮的實(shí)用性和必要性

1、演講人：鄢航程u 人們喜歡積攢數(shù)據(jù)而不愿丟棄數(shù)據(jù)，不論多大的存儲設(shè)備，都會溢出，數(shù)據(jù)壓縮可延緩這一過程u 人們喜歡快速的數(shù)據(jù)傳輸，討厭長時間的等待一份計算機(jī)文件中，某些字符重復(fù)出現(xiàn)，或在特定位置可預(yù)見性出現(xiàn)，這邊是冗余部分圖片顏色變化，視頻兩幀差別，音頻波動周期人的感官對時間變化，幅度變化，程度變化等識別能力有限u時間域壓縮迅速傳輸媒體信號u頻率域壓縮并行開通更多業(yè)務(wù)u空間域壓縮降低存儲費(fèi)用u能量域壓縮降低發(fā)射頻率1.原始采樣的靜態(tài)和視頻圖象的數(shù)據(jù)量巨大多媒體信息包括了文本、數(shù)據(jù)、聲音、動畫、圖形、圖像以及視頻等多種媒體信息。經(jīng)過數(shù)字化處理后其數(shù)據(jù)量非常大，如果不進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮處理，計算機(jī)系統(tǒng)就

2、無法對它進(jìn)行存儲和交換。2.有效利用存儲器存儲容量CDROM單片容量為650MB840MBDVDROM或者其它光存儲技術(shù)單片容量可達(dá)816GB但是都幾乎很難以非壓縮格式容納一部完整的商業(yè)影片3.提高通信線路的傳輸效率目前，局域網(wǎng)、internet的訪問速度都不可能以非壓縮格式實(shí)時傳輸和播放視頻節(jié)目。多媒體的大數(shù)據(jù)量不僅超出了計算機(jī)的存儲和處理能力，更是當(dāng)前通信信道的傳輸速率所不及的。因此，為了存儲、處理和傳輸這些數(shù)據(jù)，必須進(jìn)行壓縮。4.消除計算機(jī)系統(tǒng)處理視頻I/O瓶頸PCI總線頻率為3366MHz，傳輸速率是133266MB/s目前CDROM接口傳輸率為40150KB/s=6MB/sPC硬盤接

3、口（UDMA）傳輸率為（cache到總線）3366MB/s但是就總線頻率和外存儲器的尋道性能來說，很難以非壓縮格式實(shí)時地將視頻節(jié)目從CDROM或者硬盤中持續(xù)傳送到顯示子系統(tǒng)。數(shù)據(jù)壓縮有不同的方法，他們基于不同的理念，適合不同的數(shù)據(jù)類型，產(chǎn)生不同的壓縮效果。但是原理都相同，即通過去除源文件的原始數(shù)據(jù)的冗余度來壓縮數(shù)據(jù)。什么是冗余？相同或者相似信息的重復(fù)可以在空間范圍重復(fù)，也可以在時間范圍重復(fù)可以是嚴(yán)格重復(fù)，也可以是以某種相似性重復(fù)分為統(tǒng)計冗余和心理視覺冗余兩大類它們?yōu)閿?shù)據(jù)壓縮技術(shù)的應(yīng)用提供了可能的條件。因此在多媒體系統(tǒng)中必須采用數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，它是多媒體技術(shù)中一項(xiàng)十分關(guān)鍵的技術(shù)。1.空間冗余靜態(tài)圖

4、象中存在的最主要的一種數(shù)據(jù)冗余同一景物表面上采樣點(diǎn)的顏色之間往往存在著空間連貫性但是基于離散象素采樣來表示物體顏色的方式通常沒有利用這種連貫性例如：圖象中有一片連續(xù)的區(qū)域，其象素為相同的顏色，空間冗余產(chǎn)生2.時間冗余運(yùn)動圖象中經(jīng)常包含的冗余一組連續(xù)的畫面之間往往存在著時間和空間的相關(guān)性但是基于離散時間采樣來表示運(yùn)動圖象的方式通常沒有利用這種連貫性例如：房間里的兩個人在聊天，在這個聊天的過程中，背景（房間和家具）一直是相同的，同時也沒有移動，而且是同樣的兩個人在聊天，只有動作和位置的變化。3.結(jié)構(gòu)冗余在某些場景中，存在著明顯的圖象分布模式，這種分布模式稱作結(jié)構(gòu)圖象中重復(fù)出現(xiàn)或相近的紋理結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)

5、可以通過特定的過程來生成例如：方格狀的地板，蜂窩，磚墻等4.知識冗余有些圖象的理解與某些知識有相當(dāng)大的相關(guān)性這類規(guī)律性的結(jié)構(gòu)可以由先驗(yàn)知識和背景知識得到例如：人臉的圖象有固定的結(jié)構(gòu)，嘴的上方是鼻子，鼻子的上方是眼睛，鼻子位于正臉圖象的中線上知識冗余是模型編碼的基礎(chǔ)5.視覺冗余人類的視覺系統(tǒng)對圖象場的敏感性是非均勻和非線性的對亮度變化敏感，而對色度的變化相對不敏感在高亮度區(qū)，人眼對亮度變化敏感度下降對物體邊緣敏感，內(nèi)部區(qū)域相對不敏感對整體結(jié)構(gòu)敏感，而對內(nèi)部細(xì)節(jié)相對不敏感可以根據(jù)這些視覺特性對圖象信息進(jìn)行取舍6.圖像區(qū)域的相同性冗余圖象中的兩個或者多個區(qū)域所對應(yīng)的所有象素值相同或者相近，從而產(chǎn)生數(shù)

6、據(jù)重復(fù)性存儲。這種冗余是矢量量化的基礎(chǔ)7.紋理的統(tǒng)計冗余有些圖象紋理盡管不嚴(yán)格服從某個分布規(guī)律，但是在統(tǒng)計意義上服從這種規(guī)律在統(tǒng)計意義上的重復(fù)壓縮比要大恢復(fù)后失真小壓縮算法簡單快速壓縮能否用硬件實(shí)現(xiàn)信源信源編碼信道編碼信道信道譯碼信源譯碼信宿人工智能（專家系統(tǒng)，知識樹）編譯（JAVA）程序設(shè)計（算法/空間/時間效率）全文索引（倒排索引表）密碼學(xué)（消除數(shù)據(jù)的原始特征性）文件系統(tǒng)（壓縮扇區(qū)）數(shù)據(jù)庫（B+樹）歸檔（RAR/ZIP）音頻（MP3）視頻（MPEG/RM）存儲（壓縮池）圖像（GIF/JPEG）電報傳真（CCITT）通訊（Modem/網(wǎng)絡(luò)協(xié)議）DEFLATE（LZ77與哈夫曼編碼的組合） Z

7、IP、gzip、zlib與PN文件在使用LZMA：7-Zip與StuffitX使用LZO（非?？焖俚腖Z變體，針對速度要求）Unix compress工具（.Z文件格式）、以及GIF使用LZWbzip2（Burrows-Wheeler變換與哈夫曼編碼的組合）PAQ（一種基于context mixing的超高壓縮率的算法，但是極度緩慢，是最高壓縮比競爭中的佼佼者。）JPEG（使用離散余弦變換、量化、哈夫曼編碼的圖像壓縮）MPEG（廣泛使用的音頻及視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)族，視頻壓縮使用離散余弦變換以及運(yùn)動補(bǔ)償預(yù)測）MP3（MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)中用于聲音及音樂壓縮的部分，使用子帶、MDCT、感知模型、量化以及哈夫曼編碼）WMA（WMV音頻編碼規(guī)范中的一部分，使用MDCT、感知模型、低比特率量化、量化以及哈夫曼編碼）Vor