多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼技術(shù)第一節(jié)

多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼技術(shù)第一節(jié)第1頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月學(xué)習(xí)內(nèi)容一、多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼概述二、多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼基本原理三、常見的多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼方法第2頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月學(xué)習(xí)目標(biāo)1、了解多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼的必要性和可能性

2、了解數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)的性能指標(biāo)

3、掌握數(shù)據(jù)壓縮編碼基本原理

4、掌握常見的多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼方法：前綴編碼、Shannon-Fano編碼、Huffman編碼等第3頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼概述1、多媒體數(shù)據(jù)壓縮的必要性2、多媒體數(shù)據(jù)壓縮的可能性3、多媒體數(shù)據(jù)壓縮的應(yīng)用領(lǐng)域4、多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼方法的分類5、多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼方法的評價第4頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月一、壓縮編碼的必要性一張B5紙300dpi，6.61MB/頁98頁/CD-ROM激光唱盤44.1kHz，16位，立體聲1小時/CD-ROM數(shù)字音頻磁帶48kHz，16位，2小時/CD-ROM數(shù)字電視圖像（NTSC）253KB/幀，7.603MB/秒1.42分鐘/CD-ROM數(shù)字電視圖像(PAL)1.24MB/幀，31.3MB/秒20.0秒鐘/CD-ROM存儲第5頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月電話8000樣本數(shù)/秒×12比特/樣本=96kbps寬帶語音16000樣本數(shù)/秒×14比特/樣本=224kbps寬帶音頻44100樣本數(shù)/秒×2信道×16比特/樣本=1.412Mbps圖像512×512彩色圖像×24比特/像素=6.3兆比特/圖像視頻640×480彩色圖像×24比特/像素×30圖像/秒=221Mbps高清晰度電視1280×720彩色圖像×60比特/像素×24圖像/秒=1.3Gbps傳輸一、壓縮編碼的必要性第6頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月二、壓縮編碼的可能性1、人類不敏感因素：

聽覺：對某些頻率的音頻信號不敏感

視覺：人眼存在所謂的“視覺掩蓋效應(yīng)”即人眼對亮度比較敏感，而對邊緣的強(qiáng)烈變化并不敏感2、存在數(shù)據(jù)冗余第7頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)據(jù)冗余的基本概念冗余是指信息所具有的各種性質(zhì)中多余的無用空間，其多余的程度叫做“冗余度”信息量、數(shù)據(jù)量和冗余量之間的關(guān)系式：

I=D-duI代表信息量D表示數(shù)據(jù)量du是冗余量第8頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)據(jù)冗余的例子計算機(jī)中用2個字節(jié)表示一個漢字一秒：8KHz×8bit＝64kb/s，即360字節(jié)/分鐘

0.36KB/分180字/分鐘，4kHz數(shù)字化(8khz、8位、單聲道)前后一分：64kb/s×60s/min＝3840kb/min

＝480KB/分播音員播音：第9頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)據(jù)冗余的種類空間冗余時間冗余結(jié)構(gòu)冗余知識冗余視覺冗余信息熵冗余第10頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月空間冗余規(guī)則物體的表面具有物理相關(guān)性，將其表面數(shù)字化后表現(xiàn)為數(shù)據(jù)冗余。第11頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月時間冗余第12頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)構(gòu)冗余在數(shù)字化圖像中，具有規(guī)則紋理的表面、大面積相互重疊的相同圖案，規(guī)則有序排列的圖形等結(jié)構(gòu)，都存在數(shù)據(jù)冗余，這種結(jié)構(gòu)上的冗余叫做“結(jié)構(gòu)冗余”。第13頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月知識冗余人類一旦掌握了知識，憑借經(jīng)驗(yàn)就可辨別事物，無須進(jìn)行全面的比較和辨別。第14頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月視覺冗余人類的視覺敏感度一般小于圖像的表現(xiàn)力，圖像的微小色彩變化、亮度層次的細(xì)膩?zhàn)兓约拜喞募?xì)微差別不易察覺，這就產(chǎn)生了視覺冗余。第15頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月信息熵冗余信息熵，又稱編碼冗余，是指一組數(shù)據(jù)所攜帶的信息量，一般定義為：E為信息熵k為數(shù)據(jù)類數(shù)或碼元的個數(shù)Pi為發(fā)生概率第16頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月編碼時，為使單位數(shù)據(jù)量d等于E或接近E：d為單位數(shù)據(jù)量k為數(shù)據(jù)類數(shù)或碼元的個數(shù)b(yi)為分配給碼元類yi的比特數(shù)信息熵冗余第17頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月因此，單位數(shù)據(jù)量d的值必然大于信息熵E，產(chǎn)生信息熵冗余。理論狀態(tài)下，b(yi)應(yīng)設(shè)為：式中，pi是yi的發(fā)生概率、由于要預(yù)先估算出很困難．因此實(shí)際上一般?。盒畔㈧厝哂嗟?8頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月三、數(shù)據(jù)壓縮編碼應(yīng)用領(lǐng)域圖像信號、視頻信號和音頻信號的壓縮編碼文件存儲系統(tǒng)和分布式系統(tǒng)的數(shù)據(jù)壓縮編碼為數(shù)據(jù)安全保密而開發(fā)的數(shù)據(jù)壓縮編碼第19頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月四、壓縮編碼方法分類多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼無失真編碼有失真編碼統(tǒng)計編碼預(yù)測編碼變換編碼分析合成編碼量化編碼小波變換編碼分行圖像子帶編碼K-L變換DCT變換DPCM編碼ADPCM編碼行程編碼LZW編碼霍夫曼編碼算術(shù)編碼第20頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2