第三章多媒体数据压缩技术
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第3章《多媒体数据压缩技术》练习思考题答案
第1章《多媒体技术概论》思考练习题答案填空题：1、国际电讯联盟（ITU）将媒体分为五大类，分别为感觉媒体、表示媒体、表现媒体、存储媒体、传输媒体。
2、多媒体技术中所说的媒体一般指感觉媒体，图像编码应属表示媒体。
3、多媒体信息的主要特点包括信息媒体的多样性、集成性、交互性、实时性，还有数据的海量性、媒体信息表示的空间性和方向性等。
4、多媒体技术的发展历程大致可分为三个阶段，即启蒙发展阶段、标准化阶段、普及应用阶段。
5、ISO和ITU联合制定的数字化图像压缩标准主要有JPEG标准、MPEG系列标准、H.26X 标准。
简答题：1、什么是多媒体？答：从多媒体技术专业角度讲，可理解为：多媒体的“多”是其多种媒体的表现，多种感官的作用，多种设备的使用，多学科的交汇，多领域的应用；“媒“是指人与客观世界的中介；“体”是言其综合、集成一体化。
2、什么是多媒体技术？答：是指多媒体信息的数字化、设计与制作技术、及各种媒体集成一体化，经数据压缩处理和存储，并由新传播媒介发布的具有交互性的多媒体信息技术。
3、JPEG标准（ISO/IEC 10918标准）？答：适用彩色和单色、多灰度连续色调、静态图像压缩国际标准。
4、MPEG-1（ISO/IEC 11172标准）？答：用于数字运动图像，其伴音速率为1.5Mbps的压缩编码。
5、我国国家信息产业部批准成立的数字音频视频的编码技术标准工作组（A VS）的主要工作是什么？答：开展具有自主产权的数字音视频产业的共性基础标准的研究。
并面向我国的信息产业需求，制定数字音视频的压缩、解压缩、处理和表示等共性技术标准A VS，服务于数字音视频产业应用。
第二章多媒体数据压缩技术复习思考题答案填空题：1、多媒体数据能不能被压缩，关键是多媒体数据中是否存在“＿＿＿＿＿”,即“多媒体数据压缩的可能性”。
答：数据冗余2、“信息量”与“数据量”之间的关系是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
答：信息量＝数据量－冗余量3、多媒体数据冗余信息包括＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、图像区域的相同性冗余、其它冗余。
第三章 数据压缩的基本技术
3.2.2信源的相关性与序列熵的关系 平稳序列：序列中的各符号有相同的概率分布； 无记忆序列：序列中的各符号间为统计独立； 联合熵：又称序列熵，随机序列中包含两个符号X、Y， X、Y取自各自的离散信源，则新序列的平均信息量为
独立熵：离散信源X、Y如果统计独立，则H（X）、 H（Y）称为独立熵。 此时有：
逆DCT变换来重构原图像，不会引起明显误差，从而实 现数据压缩。
二维DCT变换
原图像 将基系数绝对值<10的分量置零 （DCT截断量化） 二维逆DCT变换 重构图像
图像清晰 （截断量化误差较小）
（数据压缩程度较小）
对DCT数据的截断量化示意图1
二维DCT变换
原图像 将基系数绝对值<100的分量置零 （DCT截断量化） 二维逆DCT变换 重构图像
•均匀量化（量化步长均匀）；
•最小均方误差量化（非均匀量化，可使均方误差量化最
小）；
•最小熵量化（使输出熵为最小值）； •自适应量化（自动动态选择切换到步长不同的某一组均 匀量化器）；
模数转换
模数转换，又称ADC（Analog-to-Digital Converter）， 是将连续变化的、平滑的模拟量转化成采用二进制（0，1） 编码的数字量的过程。
i m i a 2 i n 1
其中 ai－取值只有两个数码：0和1 2i－为二进制的权，基数为2 n 为整数位的个数、m 为小数位的个数 如（11011.101)2=1×24 +1×23 +0×22 +1×21 +1×20
+1×2－1+0×2-2 +1×2－3 =（27.625)10
i m i a 10 i n 1
其中: ai－称为数制的系数，表示第i位的数码，十进制 数码为0 ~ 9 十个数; 10 i－表示第i位的权值，10为基数，即采用数码的 个数; n 为整数位的个数、m 为小数位的个数;
多媒体数据压缩技术
• 第三阶段：目前，多媒体数据压缩技术正处于一个快速发展的阶段。随着人工智能、深度学习等技术的不断发 展，研究者们正致力于研究更为智能、高效的压缩算法和技术，以满足日益增长的数据传输和处理需求。例如 ，基于神经网络的自适应压缩算法已经被广泛应用于图像和视频的压缩。同时，跨平台、跨设备的多媒体数据 压缩技术也正在得到越来越多的关注和应用。
03
音频压缩技术
音频压缩原理
音频压缩算法
利用音频信号的冗余和人类感 知系统的特性，对音频信号进 行压缩，以降低存储空间和传
输带宽的需求。
压缩比
衡量音频压缩算法效率的重要指标 ，通常以压缩前后缩过程中会损失部分音频信 息，导致音质受损，通常以主观听 音测试进行评价。
02
图像压缩技术
图像压缩原理
图像压缩的基本原理是去除图像中的冗余信息，以减 少数据的存储空间和传输带宽。这种冗余可以是统计 冗余、空间冗余、时间冗余和编码冗余。
统计冗余是指图像中像素之间存在的统计相关性，可 以通过预测和编码来去除。空间冗余是指图像中相邻 像素之间存在的相关性，可以通过变换和预测来去除 。时间冗余是指视频序列中相邻帧之间存在的相关性 ，可以通过帧间预测和运动补偿来去除。编码冗余是 指图像中存在的人眼无法感知的信息，可以通过量化 编码来去除。
静态图像压缩标准
JPEG（Joint Photographic Experts Group）是一种静态图 像压缩标准，它采用离散余弦变换（DCT）和量化技术来压 缩图像数据。JPEG压缩比高，但有损压缩会导致图像质量的 损失。
JPEG 2000（Joint Photographic Experts Group 2000）是 另一种静态图像压缩标准，它采用小波变换和嵌入式编码技 术来实现渐进式传输和无损压缩。JPEG 2000压缩比更高， 且能够实现更高的图像质量。
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音频压缩技术
音频压缩原理
音频压缩算法
利用音频信号的冗余和人类感 知系统的特性，对音频信号进 行压缩，以降低存储空间和传
输带宽的需求。
压缩比
衡量音频压缩算法效率的重要指标 ，通常以压缩前后缩过程中会损失部分音频信 息，导致音质受损，通常以主观听 音测试进行评价。
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图像压缩技术
图像压缩原理
图像压缩的基本原理是去除图像中的冗余信息，以减 少数据的存储空间和传输带宽。这种冗余可以是统计 冗余、空间冗余、时间冗余和编码冗余。
统计冗余是指图像中像素之间存在的统计相关性，可 以通过预测和编码来去除。空间冗余是指图像中相邻 像素之间存在的相关性，可以通过变换和预测来去除 。时间冗余是指视频序列中相邻帧之间存在的相关性 ，可以通过帧间预测和运动补偿来去除。编码冗余是 指图像中存在的人眼无法感知的信息，可以通过量化 编码来去除。
静态图像压缩标准
JPEG（Joint Photographic Experts Group）是一种静态图 像压缩标准，它采用离散余弦变换（DCT）和量化技术来压 缩图像数据。JPEG压缩比高，但有损压缩会导致图像质量的 损失。
JPEG 2000（Joint Photographic Experts Group 2000）是 另一种静态图像压缩标准，它采用小波变换和嵌入式编码技 术来实现渐进式传输和无损压缩。JPEG 2000压缩比更高， 且能够实现更高的图像质量。
多媒体数据的压缩与传输技术
多媒体数据的压缩与传输技术随着计算机和互联网的不断发展，多媒体数据在我们的生活中扮演着越来越重要的角色，如音频、视频、图像等。
随之而来的问题就是如何保证这些数据的高效传输和存储。
本文将探讨多媒体数据的压缩与传输技术，以及优化这些技术的方法。
一、多媒体数据的压缩技术多媒体数据的压缩技术是指通过对数据进行编码和压缩，减少数据传输和存储所占用的空间和带宽。
常见的压缩技术包括有损压缩和无损压缩两种。
1. 有损压缩有损压缩是指通过丢弃一部分数据来减小数据的大小，以达到压缩的目的。
这种压缩方法适用于音频和视频等数据，一般情况下，这些数据对人的感知有一定的误差容忍度，可以通过有损压缩的方法将数据体积大幅度压缩。
常见的有损压缩算法包括MP3、JPEG、MPEG等。
2. 无损压缩与有损压缩相比，无损压缩可以确保数据在压缩后不会有任何信息丢失。
无损压缩适用于图像和文本等数据，这些数据对精确性要求较高。
常见的无损压缩方法包括GIF、PNG和ALAC等。
二、多媒体数据的传输技术多媒体数据的传输技术一般分为实时传输和非实时传输两类。
1. 实时传输实时传输是指数据的传输需要在某个时间点到达并得到有效处理的传输方法。
此类传输方法通常用于视频通话、游戏直播等场景中。
因此，实时传输需要具备低延迟、高质量和可靠性三个特点。
常见的实时传输技术包括传统的TCP/IP协议与User Datagram Protocol（UDP）协议相对应的RTCP（Real-time Transfer Control Protocol）和RTP（Real Time Transport Protocol）协议。
同时，目前应用最广泛的实时传输协议是WebRTC技术。
2. 非实时传输非实时传输则是指数据的传输不需要在某个时间点到达并得到有效处理的传输方式，该传输方法常用于文件下载、在线视频播放等场景中。
此类数据传输相对于实时传输，对于时间要求更为宽松，但需要对数据传输的可靠性和完整性进行保证。
多媒体数据压缩
多媒体数据压缩1. 引言多媒体数据压缩是当今数字技术中的重要问题之一。
随着互联网的发展以及多媒体应用的广泛应用，对数据的传输和存储的需求也越来越大。
多媒体数据常常具有巨大的数据量，传输和存储所需的带宽和存储空间也相应增加。
为解决这一问题，多媒体数据压缩技术应运而生。
2. 多媒体数据压缩的基本原理多媒体数据压缩的基本原理是通过减少多媒体数据中的冗余信息来降低数据的传输和存储成本。
冗余信息是指数据中重复或不必要的部分，可以通过一定的算法进行识别和剔除。
多媒体数据压缩主要涉及到图像、音频和视频等不同类型的数据。
对于图像数据，常用的压缩算法包括无损压缩和有损压缩。
无损压缩通过对图像进行编码和解码来实现数据的压缩和恢复，保证了压缩前后数据的完全一致性。
有损压缩则通过牺牲一定的图像质量来实现更高的压缩比，常见的有损压缩算法包括JPEG和PNG等。
对于音频数据，压缩技术主要包括无损压缩和有损压缩。
无损压缩常用的算法有FLAC和ALAC等，它们主要通过减小数据中的冗余部分来实现音频数据的压缩。
而有损压缩则通过对音频信号进行一定的量化和编码来实现更高的压缩比，例如MP3和AAC等。
对于视频数据，压缩技术主要包括基于帧间压缩和基于帧内压缩。
帧间压缩通过对相邻帧之间的差异进行编码来实现数据的压缩，常见的压缩算法有MPEG-2和H.264等。
而帧内压缩则通过对单帧图像进行编码来实现压缩，常见的压缩算法有MPEG-1和H.265等。
3. 多媒体数据压缩的应用多媒体数据压缩技术在各个领域都有广泛的应用。
互联网上的图片和视频网站常常需要处理大量的多媒体数据，通过压缩技术可以减少带宽的占用和存储空间的消耗，提高网站的加载速度和用户体验。
在音频和视频传输领域，多媒体数据压缩技术可以实现音视频流的实时传输，满足实时通信和视频会议等应用的需求。
多媒体数据压缩技术还广泛应用于存储介质，例如CD、DVD和蓝光光盘等，通过压缩技术可以在有限的存储空间中存储更多的多媒体内容。
多媒体数据压缩
多媒体数据压缩多媒体数据压缩1. 引言随着科技的不断发展，多媒体数据的使用越来越广泛。
无论是在互联网、移动通信还是娱乐媒体领域，多媒体数据都扮演着重要的角色。
由于多媒体数据的文件大小较大，传输和存储成本较高。
多媒体数据压缩技术的发展显得至关重要。
2. 多媒体数据压缩的意义多媒体数据压缩是指通过一系列算法和技术将多媒体数据的文件大小减小，并保持其视听效果的过程。
多媒体数据压缩的意义在于：减小文件大小：多媒体文件的压缩可以减小文件的存储和传输成本，提高多媒体数据在网络中的传输速度。
提高传输质量：压缩后的多媒体文件传输速度更快，能够在网络传输过程中保持更好的质量，减少传输延迟。
提升用户体验：多媒体数据压缩可以减小存储空间的占用，用户可以更便捷地访问和共享多媒体文件，提升用户体验。
3. 多媒体数据压缩的方法多媒体数据压缩可以通过不同的方法实现，以下是常用的几种方法：3.1 图像压缩图像压缩是指对图像数据进行压缩，以减小图像文件的大小。
常见的图像压缩算法有：无损压缩算法，如GIF格式，通过移除冗余信息来减小文件大小，但不会丢失数据。
有损压缩算法，如JPEG格式，通过舍弃一些细节信息来减小文件大小，但会造成一定程度的图像质量损失。
3.2 音频压缩音频压缩是指对音频数据进行压缩，以减小音频文件的大小。
常见的音频压缩算法有：无损压缩算法，如FLAC格式，通过消除冗余信息来减小文件大小，但不会损失音频质量。
有损压缩算法，如MP3格式，通过减少音频数据的精度和采样率来减小文件大小，但会引入一定程度的音频质量损失。
3.3 视频压缩视频压缩是指对视频数据进行压缩，以减小视频文件的大小。
常见的视频压缩算法有：无损压缩算法，如H.264格式，通过消除冗余信息来减小文件大小，但不会损失视频质量。
有损压缩算法，如MPEG格式，通过减少视频数据的精度和帧率来减小文件大小，但会引入一定程度的视频质量损失。
4. 多媒体数据压缩的发展趋势随着科技的不断进步，多媒体数据压缩技术也在不断发展。
《多媒体技术》教学大纲
《多媒体技术》教学大纲第一章概论本章首先介绍多媒体技术的基本概念，包括媒体与多媒体技术的定义，以及多媒体技术的重要特征；然后回顾多媒体技术的发展历程，简要介绍多媒体技术的几个重要标准；最后简述多媒体技术的主要研究内容，说明本课程的内容和结构。
第一节多媒体技术的基本概念主要掌握：多媒体的定义，多媒体的基本概念重点：多媒体技术的组成及其特点，其在计算机、通信领域中的应用第二节多媒体技术的发展历程主要掌握：信息技术的融合走向多媒体的方法，了解多媒体技术的发展历史重点：无第三节多媒体技术的研究内容主要掌握：多媒体技术研究中所包括的主要内容重点：无第四节多媒体技术的应用与发展前景主要掌握：多媒体技术的应用范围，涉及的领域，了解其发展的前景重点：多媒体技术的应用范围3.试从一两个应用实例出发，谈谈多媒体技术的应用对人类社会的影响。
第二章数字信息处理基础本章简述数字信息处理的基础知识，内容包括数字信号的基本概念、数字音频处理基础、数字视频处理基础。
第一节数字信号的基本概念主要掌握：信号及其分类，信号及其频谱原理，滤波方法重点：信号及其分类第二节数字音频处理基础主要掌握：模拟音频与数字音频，数字音频的采样和量化，音频信号的特点重点：模拟音频与数字音频信号的区别，采样和量化的特点第三节数字视频处理基础主要掌握：有关色彩的基本知识，彩色空间表示，彩色空间的转换重点：无3.对RGB、YUV、YIQ与HSI 彩色空间进行比较，简述各自的特点。
第三章多媒体数据压缩技术本章讨论的多媒体数据压缩技术与标准是多媒体计算机系统的重要基础。
首先介绍多媒体技术中常用的数据压缩方法，然后讨论几个重要的图像压缩标准和声音压缩标准。
第一节概述主要掌握：数据压缩的必要性与可能性，数据压缩的理论基础重点为：数据压缩的必要性与常用方法第二节数据压缩的基本原理和方法主要掌握：预测编码，变换编码，统计编码，模型编码，其它编码重点为：各种编码的方法，基本原理第三节图像与声音压缩标准主要掌握：静态图像压缩标准JPEG，动态图像压缩标准MPEG，声音压缩标准重点：JPEG，MPEG的方法7.简述声音压缩常用的标准及其压缩算法原理。
《多媒体技术与应用》课程教学大纲
《多媒体技术与应用》课程教学大纲一、课程教学目标及学生应达到的能力多媒体技术是在计算机技术基础上发展起来的一门学科，、由于多媒体技术一直处于高速的发展变化过程中，因此课程内容应该根据这种变化做相应的调整和变化，注意知识和内容的更新，保持时效性。
本门课程实践性强。
多媒体技术不仅理论体系完整，而且更要求将理论与实践紧密结合，只有在实践的基础上才能掌握理论内涵和技术要点。
通过本门课程的学习，学生可以掌握多媒体技术的基础知识和基本技能，能够使用工具软件制作多种类型的多媒体作品，从而为学生日后的学习和工作打下良好的基础。
教学目标是使学生系统地掌握多媒体技术的基本理论和知识，形成基本的知识体系逻辑；掌握各种媒体的基本处理技术和常用多媒体外设的使用，培养学生实际操作的动手能力；结合多媒体作品设计，培养学生综合运用所学知识能力并发挥想象力和创造力，这也是信息时代对人才的需求；通过对各种多媒体软件的介绍和学习，培养学生通过自己的探索和利用软件中提供的帮助进行自我学习的能力；通过布置课后作业，学生分组完成，培养学生的学习兴趣和合作精神。
二、课程教学内容和要求•第一章多媒体技术概论教学内容1、多媒体技术的基本概念2、多媒体技术的研究对象3、多媒体关键技术4、多媒体技术的应用和发展教学要求• 1、掌握：媒体定义、媒体的种类和特点。
• 1、理解：多媒体的概念、多媒体技术的内容。
• 2、了解：多媒体技术的发展历程。
教学建议• 根据具体情况，对多媒体关键技术以及应用的最新发展作适当介绍。
第二章多媒体计算机系统教学内容1、多媒体技术的基本概念2、多媒体计算机3、多媒体关键技术4、多媒体技术的应用和发展教学要求• 1、掌握：多媒体计算机的组成、光存储设备的使用。
• 1、理解：多媒体接口卡的工作原理、光存储系统的原理。
• 2、了解：多媒体系统的特点与分类,常用多媒体输入输出设备。
教学建议• 根据具体情况，对多媒体系统的运行环境作适当介绍。
多媒体数据压缩
多媒体数据压缩多媒体数据压缩1. 引言随着科技的不断发展，多媒体数据已经成为现代社会生活的重要组成部分。
音频、图像和视频等多媒体数据的传输和存储需求不断增加，同时由于其数据量较大，对网络带宽和存储空间造成了巨大压力。
为了解决这一问题，多媒体数据压缩技术应运而生。
2. 多媒体数据压缩概述多媒体数据压缩是通过消除冗余信息和利用信号处理算法来减小多媒体数据的尺寸，以达到减少存储空间和传输带宽的目的。
常见的多媒体数据压缩方法有有损压缩和无损压缩。
2.1 有损压缩有损压缩是指在压缩多媒体数据时，一定程度上牺牲了一些数据的质量，从而达到较高的压缩比例。
音频和视频的压缩一般采用有损压缩方法。
在有损压缩中，一些冗余或不重要的数据将被舍弃或减少，从而减小数据的尺寸。
2.2 无损压缩无损压缩是指压缩多媒体数据时，完全保留原始数据的质量，不丢失任何信息。
图像和文本的压缩一般采用无损压缩方法。
无损压缩通过利用数据的统计特性和编码技术，将冗余信息进行编码和重新表示，从而减小数据的尺寸。
3. 多媒体数据压缩算法多媒体数据压缩算法主要包括数据预处理、变换编码和熵编码三个过程。
3.1 数据预处理数据预处理是多媒体数据压缩的第一步，它主要通过降低原始数据的冗余性来减小数据的尺寸。
常用的数据预处理方法有去除冗余像素、空间上的局部特性分析和时间上的相关性分析等。
3.2 变换编码变换编码是指通过对多媒体数据进行变换，将信号的冗余信息转化为频域的权值，从而减少数据的尺寸。
常用的变换编码方法有离散余弦变换（DCT）和小波变换等。
3.3 熵编码熵编码是指基于信息论的编码方法，通过统计数据的出现频率，将频率高的数据用较短的编码表示，频率低的数据用较长的编码表示，从而减小数据的尺寸。
常用的熵编码方法有霍夫曼编码和算术编码等。
4. 多媒体数据压缩标准为了实现多媒体数据在不同平台和设备间的互通性，国际上制定了一系列的多媒体数据压缩标准。
常见的多媒体数据压缩标准有：- 音频压缩标准：MP3、AAC、FLAC等；- 图像压缩标准：JPEG、PNG、GIF等；- 视频压缩标准：MPEG-2、H.264、AVC、H.265、HEVC等。
第3章 数据压缩技术
3.3 多媒体文件
• 除此之外，许多在电视中播放的电影现在也提供英文字幕， 使讲英语但是听力较弱的人可以观看，结果，数字电影实 际上可能由多个文件组成：一个视频文件、多个音频文件 以及多个包含各种语言字幕的文本文件。DVD能够存放至 多32种语言的字幕文件。
3.3 多媒体文件
• 因此，文件系统需要跟踪每个文件的多个“子文件”。一 种可能的方案是像传统的文件一样管理每个子文件（例如， 使用i节点来跟踪文件的块），并且要有一个新的数据结构 列出每个多媒体文件的全部子文件。另一方法是创造一种 二维的i节点，使每一列列出每个子文件的全部块。一般而 言，其组织必须能够使观众观看电影时可以动态地选择使 用哪个音频及字幕轨迹。在各种情况下，还必须有保持子 文件同步的某种方法，才能保证当选中的音频轨迹回放时 与视频保持同步。
Hale Waihona Puke 3.1 多媒体信息的计算机表示
• 多媒体信息的主要类型有文本（text）、语音（voice）、音 响（audio）、矢量图（vector graphics）、位图（bitmap） 和视频（video）等。 • 通常，数字化的视频和音频信号其数据量是十分巨大的。 例如，一幅640×480点阵的彩色图像（6位色，即65536种 颜色/像素）数据量约为4.92MB；对于电视信号，如果以每 秒25帧图像的速度进行播放，则要求这种信号必须以不低 于122.9Mb/s速度进行数据传输，才不至于造成失真；而音 频信号，如果采样频率为 44.1kHz，量化为16位双声道立体 声，则650MB的光盘只能存放l个小时的播放量，并且要求 其传输速率不低于1.4Mb/s。
• 说多媒体数据是可以被压缩的，是因为多媒体数据中存在 着上述各种各样的冗余。针对不同类型的冗余，人们已经 提出了许多方法用于实施对多媒体数据的压缩。
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第三章多媒体数据压缩技术
2.2.1静态图像压缩编码JPEG概况
n JPEG是国际上彩色、灰度、静止图像的第 一个国际标准。用来在低分辨率到高分辨率 的较宽范围内支持较高的图像分辨率。它不 仅适用于黑白、彩色照片和印刷图片（高分 辨率）等静止图像的压缩，而且适用于传送 彩色传真、电话会议、新闻图片（低分辨率） 的静止图像的压缩，以及电视图像序列的帧 内图像的压缩编码也常采用JPEG压缩标准。
变换编码 DCT编码 小波变换 子带编码
模型编码ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ分形编码
混合编码 JPEG MPEG H. 261
第三章多媒体数据压缩技术
四、数据压缩技术的性能指标
节省图象或视频的存储容量，增加访问速 度，使数字视频能在PC机上实现，需要进行视 频和图象的压缩。
有三个关键参数评价一个压缩系统 u 压缩比 u 图象质量 u 压缩和解压的速度 u 另外也必须考虑每个压缩算法所需的硬
第三章多媒体数据压缩技术
2.2.3 JPEG 压缩编码的扩展系统
n 3. 无损压缩预测编码运行方式
源图像 数据
预测器
熵编码器
压缩后 图像数据
表说明
第三章多媒体数据压缩技术
无损压缩预测编码 运行方式
Px
第三章多媒体数据压缩技术
2.的3 国运际动标图准像—压M缩PE编G码
n 2.3.1运动图像压缩编码—MPEG概况 n 2.3.2 MPEG 标准简介 n 2.3.3 MPEG 标准化算法
u ①经常会产生噪音和信号丢失，并且在复 制过程中逐步积累噪音和误差。
u ②模拟信号不适合数字计算机加工处理。
第三章多媒体数据压缩技术
一、多媒体数据压缩编码的必要性
n 数字化后未经压缩的视频和音频等媒 体信息的数据量是非常大的。
1.图像数据量的大小可用下面的公式来计 算：
图像数据量＝图像的总像素×色彩深度 ÷8 （ 单 位 为 Byte ， 简 写 为 B ） 例如，一幅640×480、24位（bit）真彩 色的图像，其文件大小为： 640×480×24÷ 8 ＝921.6KB
u 无损压缩 （图象质量不变） u 有损压缩
u 有损压缩：失真情况很难量化，只能对测 试的图象进行估计。
– 模拟图象质量的指标：信噪比、分辨率 – 必须观察实际图象以后估计。
第三章多媒体数据压缩技术
3．压缩解压速度
n 在许多应用中，压缩和解压可能不同时用，在 不同的位置不同的系统中。所以，压缩、解压 速度分别估计。
第三章多媒体数据压缩技术
二、多媒体数据压缩的可能性
u 1. 空间冗余
一幅图像中一般都有连续的有规则物体和规 则背景的颜色分布，使图像数据在空间上表现 出相关性，我们可以通过改变物体表面颜色的 像素存储方式来利用空间相关性，达到减少数 据量的目的。
例: 图象中的“A”是一个规则物体。光的亮 度、饱 和度及颜色都一样，因此，数据A有很大的冗余。
第三章多媒体数据压缩技术
三、数据压缩技术的分类
n 根据多媒体数据冗余类型的不同，解码后数据 与原始数据是否完全一致、质量有无损失来进行 分类，压缩方法可被分为有失真编码和无失真编 码两大类。 u 无失真压缩法也称无损压缩，一般是利用数 据的统计特性来进行数据压缩，对数据流中出 现的各种数据进行概率统计编码，使得数据流 经压缩后形成的代码流总位数大大减少。 u 无失真压缩的特点是压缩比较小，大约在2∶l 至5∶l之间，主要用于文本数据、程序代码和 某些要求严格不丢失信息的环境中，常用的无 失真压缩编码有如哈夫曼编码等。
如草席图结构上存在冗余。
第三章多媒体数据压缩技术
二、多媒体数据压缩的可能性
u 4. 知识冗余
有许多图像的理解与某些基础知识有相当大的 相关性。这类规律性的结构可由先验知识和背景知 识得到，我们称此类冗余为知识冗余。
例:人脸的图像有同样的结构：嘴的上方有鼻子，鼻子上 方有眼睛，鼻子在中线上……
u 5. 视觉冗余
人类视觉系统对图像场的敏感性是非均匀和非 线性的，人眼并不能察觉图像场的所有变化，人类 视觉系统的分辨能力约为64灰度等级，而一般图像 量化采用256灰度等级，这类冗余称视觉冗余。
第三章多媒体数据压缩技术
二、多媒体数据压缩的可能性
u 6. 听觉冗余
u 人耳对不同频率的声音的敏感性是不同的， 并不能察觉所有频率的变化，对某些频率不必 特别关注，因此存在听觉冗余。
第三章多媒体数据压缩 技术
2020/12/7
第三章多媒体数据压缩技术
第一节 多媒体数据压缩技术概述
n 一、多媒体数据压缩编码的必要性 n 二、多媒体数据压缩的可能性 n 三、数据压缩技术的分类 n 四、数据压缩技术的性能指标
第三章多媒体数据压缩技术
一、多媒体数据压缩编码的必要性
信息时代的重要特征是信息的数字化。 早期的计算机系统采用模拟方式表示信息，但 存在着明显的缺点：
n 2.2.3 JPEG压缩编码的扩展系统
第三章多媒体数据压缩技术
2.2.1静态图像压缩编码JPEG概况
JPEG(Joint Photographic Experts Group) 是一个由 ISO和IEC两个组织机构 联合组成的一个专家组，负责制定静态的 数字图象数据压缩编码标准，因此又称为 JPEG标准。JPEG是一个适用范围很广的静 态图象数据压缩标准，适应于彩色和单色 多灰度或连续色调静止数字图像的压缩标 准。
第三章多媒体数据压缩技术
一、多媒体数据压缩编码的必要性
n 2. 双通道立体声激光唱盘，采用脉冲 码调制采样，采样频率为44.1KHz，采样 精度16位，其一秒钟时间内的采样数据 量为：
44.1×1000×16×2÷8 ＝ 176.4KB
一个650MB的CD—ROM，大约可存1小时 的音乐。
第三章多媒体数据压缩技术
第三章多媒体数据压缩技术
三、数据压缩技术的分类
u 有失真压缩法也称有损压缩，允许一定程 度的失真，会丢失一些人眼和人耳所不敏感 的图像或音频信息，而且丢失的信息不可恢 复，即解压缩后并不能完全恢复成原来的数 据，但是根据人的视觉和听觉的主观评价是 可以接受的，有失真压缩法的冗余压缩取决 于初始信号的类型、前后的相关性、信号的 语义内容等，压缩比可以从几到几百倍。
n 静态图象中，压缩速度没有解压速度严格；动 态图象中，压缩、解压速度都有要求，因为需 实时地从摄像机或VCR中抓取动态视频。
第三章多媒体数据压缩技术
4．硬软件系统
n 有些压缩解压工作可用软件实现。设计系统时 必须充分考虑：
u 算法复杂 － 压缩解压过程长 u 算法简单 － 压缩效果差
目前有些特殊硬件可用于加速压缩/解压。 硬接线系统速度快，但各种选择在初始设计时 已确定，一般不能更改。因此在设计硬接线压 缩/解压系统时必须先将算法标准化。
n 对于今天我们所范指的MPEG-X版本，是指一组由
ITU(International
Telecommunications
Union) 和 ISO(International Standards
Organization)制定发布的视频、音频、数据的压
u 帧间编码技术 u 运动补偿技术
n 2.3.4 MPEG视频压缩数据流结构 n 2.3.5 MPEG音频简述
第三章多媒体数据压缩技术
2.3.1运动图像压缩编码—MPEG概况
n MPEG本是Moving Pictures Experts Group,动 态图象专家组的英文缩写，这个专家组始建于 1988年，专门负责为CD建立视频和音频标准，其 成员均为视频、音频及系统领域的技术专家。
第三章多媒体数据压缩技术
2.2 静态图像压缩国际标准--JPEG
n 2.2.1静态图像压缩编码JPEG概况 n 2.2.2 JPEG压缩编码的基本系统
u （1） 数据块准备 u （2） 离散余弦正变换DCT u （3） 量化 u （4） DCT系数Z形扫描 u （5） DC系数编码 u （6） AC系数编码
件和软件。
第三章多媒体数据压缩技术
1．压缩比
n 压缩性能常常用压缩比定义（输入数据 和输出数据比）
n 例：512×480， 24bit/pixel(bpp)
u 输出15000byte u 输入＝737280byte u 压缩比＝737280/15000＝49
第三章多媒体数据压缩技术
2．图象质量
n 压缩方法：
第三章多媒体数据压缩技术
二、多媒体数据压缩的可能性
u 2. 时间冗余
图像序列中的相邻帧图像往往包含相同的背 景和移动物体，只不过移动物体所在的空间位 置略有不同。我们把一帧图像中的某物体或场 景可以由其他帧图像中的物体或场景进行处理 后重构出来，可以大大减少时间冗余。
u 3. 结构冗余
有些图像从大体上看存在着非常强的纹理结 构，这些纹理具有较强的相似性称此为结构冗 余。
u 常用的有失真压缩编码技术有预测编码、变 换编码、模型编码、混合编码方法等。
u 主要用于压缩图像、声音等信息。
第三章多媒体数据压缩技术
三、数据压缩技术的分类
n 常用的图像和视频压缩方法如图2-1所示：
图像和视频压缩方法
无失真压缩
有失真压缩
哈夫曼编码 行程编码 算术编码 LZW编码
预测编码 运动补偿
一、多媒体数据压缩编码的必要性
n 3. 对动态图形和视频图像。例如对于 彩色电视信号，设代表光强Y的带宽为 4.2MHz、色彩I为1.5MHz和色饱和度Q为 0.5MHz，采样频率＞2倍原始信号频率， 各分量均被数字量化为8位，从而1秒钟 电视信号的数据量为：
（ 4.2 ＋ 1.5 ＋ 0.5 ） ×2×8×1000000÷8 ＝12.3 MB
第三章多媒体数据压缩技术
2.2.1静态图像压缩编码JPEG概况
2.2.1静态图像压缩编码JPEG概况
n JPEG是国际上彩色、灰度、静止图像的第 一个国际标准。用来在低分辨率到高分辨率 的较宽范围内支持较高的图像分辨率。它不 仅适用于黑白、彩色照片和印刷图片（高分 辨率）等静止图像的压缩，而且适用于传送 彩色传真、电话会议、新闻图片（低分辨率） 的静止图像的压缩，以及电视图像序列的帧 内图像的压缩编码也常采用JPEG压缩标准。
变换编码 DCT编码 小波变换 子带编码
模型编码ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ分形编码
混合编码 JPEG MPEG H. 261
第三章多媒体数据压缩技术
四、数据压缩技术的性能指标
节省图象或视频的存储容量，增加访问速 度，使数字视频能在PC机上实现，需要进行视 频和图象的压缩。
有三个关键参数评价一个压缩系统 u 压缩比 u 图象质量 u 压缩和解压的速度 u 另外也必须考虑每个压缩算法所需的硬
第三章多媒体数据压缩技术
2.2.3 JPEG 压缩编码的扩展系统
n 3. 无损压缩预测编码运行方式
源图像 数据
预测器
熵编码器
压缩后 图像数据
表说明
第三章多媒体数据压缩技术
无损压缩预测编码 运行方式
Px
第三章多媒体数据压缩技术
2.的3 国运际动标图准像—压M缩PE编G码
n 2.3.1运动图像压缩编码—MPEG概况 n 2.3.2 MPEG 标准简介 n 2.3.3 MPEG 标准化算法
u ①经常会产生噪音和信号丢失，并且在复 制过程中逐步积累噪音和误差。
u ②模拟信号不适合数字计算机加工处理。
第三章多媒体数据压缩技术
一、多媒体数据压缩编码的必要性
n 数字化后未经压缩的视频和音频等媒 体信息的数据量是非常大的。
1.图像数据量的大小可用下面的公式来计 算：
图像数据量＝图像的总像素×色彩深度 ÷8 （ 单 位 为 Byte ， 简 写 为 B ） 例如，一幅640×480、24位（bit）真彩 色的图像，其文件大小为： 640×480×24÷ 8 ＝921.6KB
u 无损压缩 （图象质量不变） u 有损压缩
u 有损压缩：失真情况很难量化，只能对测 试的图象进行估计。
– 模拟图象质量的指标：信噪比、分辨率 – 必须观察实际图象以后估计。
第三章多媒体数据压缩技术
3．压缩解压速度
n 在许多应用中，压缩和解压可能不同时用，在 不同的位置不同的系统中。所以，压缩、解压 速度分别估计。
第三章多媒体数据压缩技术
二、多媒体数据压缩的可能性
u 1. 空间冗余
一幅图像中一般都有连续的有规则物体和规 则背景的颜色分布，使图像数据在空间上表现 出相关性，我们可以通过改变物体表面颜色的 像素存储方式来利用空间相关性，达到减少数 据量的目的。
例: 图象中的“A”是一个规则物体。光的亮 度、饱 和度及颜色都一样，因此，数据A有很大的冗余。
第三章多媒体数据压缩技术
三、数据压缩技术的分类
n 根据多媒体数据冗余类型的不同，解码后数据 与原始数据是否完全一致、质量有无损失来进行 分类，压缩方法可被分为有失真编码和无失真编 码两大类。 u 无失真压缩法也称无损压缩，一般是利用数 据的统计特性来进行数据压缩，对数据流中出 现的各种数据进行概率统计编码，使得数据流 经压缩后形成的代码流总位数大大减少。 u 无失真压缩的特点是压缩比较小，大约在2∶l 至5∶l之间，主要用于文本数据、程序代码和 某些要求严格不丢失信息的环境中，常用的无 失真压缩编码有如哈夫曼编码等。
如草席图结构上存在冗余。
第三章多媒体数据压缩技术
二、多媒体数据压缩的可能性
u 4. 知识冗余
有许多图像的理解与某些基础知识有相当大的 相关性。这类规律性的结构可由先验知识和背景知 识得到，我们称此类冗余为知识冗余。
例:人脸的图像有同样的结构：嘴的上方有鼻子，鼻子上 方有眼睛，鼻子在中线上……
u 5. 视觉冗余
人类视觉系统对图像场的敏感性是非均匀和非 线性的，人眼并不能察觉图像场的所有变化，人类 视觉系统的分辨能力约为64灰度等级，而一般图像 量化采用256灰度等级，这类冗余称视觉冗余。
第三章多媒体数据压缩技术
二、多媒体数据压缩的可能性
u 6. 听觉冗余
u 人耳对不同频率的声音的敏感性是不同的， 并不能察觉所有频率的变化，对某些频率不必 特别关注，因此存在听觉冗余。
第三章多媒体数据压缩 技术
2020/12/7
第三章多媒体数据压缩技术
第一节 多媒体数据压缩技术概述
n 一、多媒体数据压缩编码的必要性 n 二、多媒体数据压缩的可能性 n 三、数据压缩技术的分类 n 四、数据压缩技术的性能指标
第三章多媒体数据压缩技术
一、多媒体数据压缩编码的必要性
信息时代的重要特征是信息的数字化。 早期的计算机系统采用模拟方式表示信息，但 存在着明显的缺点：
n 2.2.3 JPEG压缩编码的扩展系统
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2.2.1静态图像压缩编码JPEG概况
JPEG(Joint Photographic Experts Group) 是一个由 ISO和IEC两个组织机构 联合组成的一个专家组，负责制定静态的 数字图象数据压缩编码标准，因此又称为 JPEG标准。JPEG是一个适用范围很广的静 态图象数据压缩标准，适应于彩色和单色 多灰度或连续色调静止数字图像的压缩标 准。
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一、多媒体数据压缩编码的必要性
n 2. 双通道立体声激光唱盘，采用脉冲 码调制采样，采样频率为44.1KHz，采样 精度16位，其一秒钟时间内的采样数据 量为：
44.1×1000×16×2÷8 ＝ 176.4KB
一个650MB的CD—ROM，大约可存1小时 的音乐。
第三章多媒体数据压缩技术
第三章多媒体数据压缩技术
三、数据压缩技术的分类
u 有失真压缩法也称有损压缩，允许一定程 度的失真，会丢失一些人眼和人耳所不敏感 的图像或音频信息，而且丢失的信息不可恢 复，即解压缩后并不能完全恢复成原来的数 据，但是根据人的视觉和听觉的主观评价是 可以接受的，有失真压缩法的冗余压缩取决 于初始信号的类型、前后的相关性、信号的 语义内容等，压缩比可以从几到几百倍。
n 静态图象中，压缩速度没有解压速度严格；动 态图象中，压缩、解压速度都有要求，因为需 实时地从摄像机或VCR中抓取动态视频。
第三章多媒体数据压缩技术
4．硬软件系统
n 有些压缩解压工作可用软件实现。设计系统时 必须充分考虑：
u 算法复杂 － 压缩解压过程长 u 算法简单 － 压缩效果差
目前有些特殊硬件可用于加速压缩/解压。 硬接线系统速度快，但各种选择在初始设计时 已确定，一般不能更改。因此在设计硬接线压 缩/解压系统时必须先将算法标准化。
n 对于今天我们所范指的MPEG-X版本，是指一组由
ITU(International
Telecommunications
Union) 和 ISO(International Standards
Organization)制定发布的视频、音频、数据的压
u 帧间编码技术 u 运动补偿技术
n 2.3.4 MPEG视频压缩数据流结构 n 2.3.5 MPEG音频简述
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2.3.1运动图像压缩编码—MPEG概况
n MPEG本是Moving Pictures Experts Group,动 态图象专家组的英文缩写，这个专家组始建于 1988年，专门负责为CD建立视频和音频标准，其 成员均为视频、音频及系统领域的技术专家。
第三章多媒体数据压缩技术
2.2 静态图像压缩国际标准--JPEG
n 2.2.1静态图像压缩编码JPEG概况 n 2.2.2 JPEG压缩编码的基本系统
u （1） 数据块准备 u （2） 离散余弦正变换DCT u （3） 量化 u （4） DCT系数Z形扫描 u （5） DC系数编码 u （6） AC系数编码
件和软件。
第三章多媒体数据压缩技术
1．压缩比
n 压缩性能常常用压缩比定义（输入数据 和输出数据比）
n 例：512×480， 24bit/pixel(bpp)
u 输出15000byte u 输入＝737280byte u 压缩比＝737280/15000＝49
第三章多媒体数据压缩技术
2．图象质量
n 压缩方法：
第三章多媒体数据压缩技术
二、多媒体数据压缩的可能性
u 2. 时间冗余
图像序列中的相邻帧图像往往包含相同的背 景和移动物体，只不过移动物体所在的空间位 置略有不同。我们把一帧图像中的某物体或场 景可以由其他帧图像中的物体或场景进行处理 后重构出来，可以大大减少时间冗余。
u 3. 结构冗余
有些图像从大体上看存在着非常强的纹理结 构，这些纹理具有较强的相似性称此为结构冗 余。
u 常用的有失真压缩编码技术有预测编码、变 换编码、模型编码、混合编码方法等。
u 主要用于压缩图像、声音等信息。
第三章多媒体数据压缩技术
三、数据压缩技术的分类
n 常用的图像和视频压缩方法如图2-1所示：
图像和视频压缩方法
无失真压缩
有失真压缩
哈夫曼编码 行程编码 算术编码 LZW编码
预测编码 运动补偿
一、多媒体数据压缩编码的必要性
n 3. 对动态图形和视频图像。例如对于 彩色电视信号，设代表光强Y的带宽为 4.2MHz、色彩I为1.5MHz和色饱和度Q为 0.5MHz，采样频率＞2倍原始信号频率， 各分量均被数字量化为8位，从而1秒钟 电视信号的数据量为：
（ 4.2 ＋ 1.5 ＋ 0.5 ） ×2×8×1000000÷8 ＝12.3 MB
第三章多媒体数据压缩技术
2.2.1静态图像压缩编码JPEG概况