多媒体数据压缩编码技术概述

第四章 多媒体数据压缩编码技术

单项选择题1-7：

1、下列哪些说法是正确的：

（1）冗余压缩法不会减少信息量，可以原样恢复原始数据。

（2）冗余压缩法减少冗余，不能原样恢复原始数据。

（3）冗余压缩法是有损压缩法。

（4）冗余压缩的压缩比一般都比较小。

（a）（1）（3）、（b）（1）（4）、（c）（1）（3）（4）、（d）仅（3）

答：（b）

2、图象序列中的两幅相邻图象，后一幅图象与前一幅图象之间有较大的相关，这是：

（a）空间冗余 （b）时间冗余 （c）信息熵冗余 （d）视觉冗余

答：（b）

3、下列哪一种说法是不正确的：

（a）预测编码是一种只能针对空间冗余进行压缩的方法

（b）预测编码是根据某一种模型进行的

（c）预测编码需将预测的误差进行存储或传输

（d）预测编码中典型的压缩方法有dpcm、adpcm

答：（a）

4、下列哪一种说法是正确的：

（a）信息量等于数据量与冗余量之和

（b）信息量等于信息熵与数据量之差

（c）信息量等于数据量与冗余量之差

（d）信息量等于信息熵与冗余量之和

答：（c）

5、p′64k是视频通信编码标准，要支持通用中间格式cif，要求p至少为：

（a）1 （b）2 （c）4 （d）6

答：（d）

6、在mpeg中为了提高数据压缩比，采用了哪些方法：

（a）运动补偿与运行估计 （b）减少时域冗余与空间冗余

（c）帧内图象数据与帧间图象数据压缩 （d）向前预测与向后预测

答：（c）

7、在jpeg中使用了哪两种熵编码方法：

（a）统计编码和算术编码 （b）pcm编码和dpcm编码

（c）预测编码和变换编码 （d）哈夫曼编码和自适应二进制算术编码

答：（d）

8、简述mpeg和jpeg的主要差别。

答：mpeg视频压缩技术是针对运动图象的数据压缩技术。为了提高压缩比，帧内图象数据和帧间图象数据压缩技术必须同时使用。

mpeg通过帧运动补偿有效地压缩了数据的比特数，它采用了三种图象，帧内图、预测图和双向预测图。有效地减少了冗余信息。对于mpeg来说，帧间数据压缩、运动补偿和双向预测，这是和jpeg主要不同的地方。而jpeg和mpeg相同的地方均采用了dct帧内图象数据压缩编码。

第1页 共4页 多媒体技术 第二讲 多媒体数据压缩技术（第1—2节）课堂笔记及练习题

主 题： 第二讲 多媒体数据压缩技术（第1—2节）

学习时间： 4月4日--4月10日

内 容：

第二讲 多媒体数据压缩技术

第一节 多媒体数据和信息转换

一、多媒体间的信息转换

为了便于交流信息，需要对不同的媒体信息进行转换。下表是部分媒体之间的转换关系。

转换 位图图像 图形 语音 音乐 文本 视频 数值

位图图像 － ＊

映射 ？ ？ ＊

映射 ＊

冻结 ？

图形 ＊＊

轮廓或理解 － ＊

波形 ＊

乐谱 ＊

矢量化 ？ ＊

图形化

语音 ？ ＿ ＊

波形 ＊

语音合成 ？ ＊

合成

音乐 ？ ＊＊

识别 ＿ ＊

音乐合成 ？ ？

文本 ＊＊

文字识别 ＊

识别 ＊

语音识别 ＊

转换 － ？ ＊

符号化

视频 ＊

序列化 ＊

序列化 ？ ？ ？ － ？

数值 ＊

计算 ＊＊

识别 ？ ＊

转换 ？ －

说明：＊易＊＊较困难＊＊＊很困难

二、多媒体数据文件格式

多媒体文件的格式很多，下表介绍常用文件格式的特点和应用场合。

文件类型 后缀 应用场合 特点

文本文件 txt 办公软件 文件小，可被所有的软件识别

图形文件 wmf 办公软件 矢量文件，文件小，可反复修改

图形文件 dxf 工程绘图 矢量文件，可用于工程图形交换数据

图像文件 bmp 数据交换或少量使用 可被大部分软件识别,占用磁盘空间大，信息无损失，编辑方便

图像文件 jpg 图幅大，变化平缓的图像 压缩比大，图像边缘失真明显

图像文件 gif 图幅大，变化锐利的图像 压缩比大

声音文件 wav Windows桌面 可被大部分软件识别,占用磁盘空间大，编辑方便

声音文件 mp3 较长的音乐和录音 压缩比大,失真小

２０１０年１１月　第２３卷第６期　黑龙江生态工程职业学院学报　ＪｏｕｍＭ　ｏｆ　Ｈｅｉｂｎ￣ｉａｎｇ　Ｖｏｃ￣ｉｏｎＭ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｅｃｏｌｏ￣ｃＭ　Ｅｎ￣ｎｅｅｆｉｎｇ　ＮＯＶ．２０１０　Ｖｏ１．２３　Ｎｏ．６　

谈多媒体数据压缩技术　

祖国强　

（黑龙江幼儿师范高等专科学校，黑龙江牡丹江１５７０１　１）　

摘要：多媒体数据压缩编码技术是多媒体技术中最为关键的技术。多媒体数据之所以能够压缩，是因为视　

频、图像、声音这些媒体具有很大的压缩力。压缩编码的方法很多，选用压缩编码时要考虑信源本身的统计特征、多　

媒体软硬件系统的适应能力、应用环境及技术标准等。　

关键词：多媒体；数据；压缩；技术　中图分类号：ＴＤ３７　文献标志码：Ａ　文章编号：１６７４—６３４１（２０１０）０６—００３２—０２　

在多媒体系统中，为了达到令人满意的图像、视频画面　

质量和听觉效果，必须解决大量视频、音频数据的存储和实　

时传输问题。这是由于数字化后的视频、音频信号数据量非　

常庞大。例如，一幅６４０×４８０分辨力、２４位真彩色图像，其　

数据量约为７．３７Ｍｂ，若要达到每秒２５帧的全动态显示所需　

数据量为１８４Ｍｂ，即１８４Ｍｂ的数据传输速率。对于声音若采　

用１６位样值的ＰＣＭ编码，采样速率为４４．１ｋＨｚ，则双声道立　

体声每秒将有１．５Ｍｂ的数据量。　

由此可见，对音频、视频数据的压缩处理是计算机系统　

对多媒体数据进行存取和交换的先决条件。而且由于图像　

数据和音频数据存在很大的相关性和冗余度，因此图像、声　

音这些媒体数据具有很大的压缩潜力，在允许一定限度失真　

的前提下，能够对图像数据进行大比例的压缩。压缩前后的　

图像不做仔细对比常人难以觉察出两者的差异。　

数字化后的多媒体信息的数据量非常庞大，例如，对于　

彩色电视信号的动态视频图像，数字化处理后的１秒钟数据　

量达十多兆字节，６５０ＭＢ容量的ＣＤ—ＲＯＭ仅能存１ｍｉｎ的　

原始电视数据。超大数据量给存储器的存储容量、带宽及计　

信息技术　ＳＯＩＥＮＯＥ＆ＴＥＣＨＮ０Ｌ０ＧＹ　．　匝圆　多媒体数据压缩技术①　王志丹　（丽江师范高等专科学校　云南丽江　６　７４１　０Ｏ）　摘要：多媒体数据压缩技术是现代网络发展的关键性技术之一。由于图像和声音信号中存在各种各样的冗余，为数据压缩提供了可能。　本文介绍了多媒体数据的特点及其压缩标准，并分析有损、无损压缩的优缺点。　关键词：多媒体　压缩标准　有损压垴　无损压缩　中图分类号：ＴＰ３１１　文献标识码：Ａ　文章编号：１　６７　２－３７９１（２０１３）１１（ｃ）一Ｏ０３１—０１　多媒体技术可以说提高了我们的生活　质量，为我们提供了更好的视听环境和视　听享受。生活中常用到的多媒体技术有多　媒体教育教学、视频会议、银行的自动取款　机等，还真是对我们的生活有很大的帮助。　在巨大的多媒体数据有效的实时处　理、传输和储存方面，实现该技术的关键就　是多媒体数据压缩技术，多媒体信息在更　多领域的应用中受到了更高的挑战，该问　题的解决关键在于压缩法如何更快更高　效。多媒体数据经常出现空间、时间、结构、　视觉、知识等方面的冗余，可以通过将图　像、音频、视频等多媒体数据使用有损压缩　和无损压缩的方式压缩，来最少保留有用　信息。　１多媒体数据的三个特点　１．１数据量巨大　采用编码表示的传统数据，其数据量　并不大。但多媒体文件信息量、数据量巨　大，特别是图像、声频和视频对象的数据量　就是上百、千兆。　１．２数据类型多　多媒体信息内容范围广泛，种类繁多，　包括图形、图像、声音、文本和动画、视频影　像等多种形式，即便都属于图像一类，也还　有灰度、彩色、高、低分辨率、单色静止、运　动之分。　１．３数据类型间差距大　其主要表现在：（１）不同媒体的存储量　差别大。（２）由于内容和格式不同，不同类　型的媒体相应的解释方法、内容管理、处理　方法也不同。（３）建立在空间数据基础上的　信息组织方法与声音、动态影像、视频的时　基媒体也有很大的不同。　２常见压缩标准（ＩＳＯ指定的国际标准）　２．１　ＪＰＥＧ标准　ＪＰＥＧ（Ｊｏｉｎｔ　Ｐｈｏｔ０ｇｒａｐｈｉｃ　Ｅｘｐｅｒｔ　Ｇｒｏｕｐ）用于连续色调、灰度级、静止图像或　彩色图象的压缩标准，适合来源真实景物　及简单的图像。用有损压缩方式，以最少的　磁盘空间去除冗余的图像数据，获得极高　的压缩率展现出逼真的图像。该格式压缩　能保留优质的色彩信息，图像传送时间得　到减少，对高频信息、需连续色调的图像处　理较好。采用离散余弦变换、量化、行程与　哈夫曼编码等技术，定义了两种压缩算法：　一是基于ＤＣＴ变换有失真的压缩算法；二　是基于空间预测编码ＤＰＣＭ的无失真压缩　算法。　２．２　ＪＢＩＧ标准　ＪＢＩＧ（Ｊｏｉｎｔ　Ｂｉ—ｌｅｖｅｌ　Ｉｍａｇｅ　Ｇｒｏｕｐ）是　一种无损的二值图象压缩标准。ＪＢＩＧ可以　支持很高的图象分辨率，常用的文件格式　为１　７２８　Ｘ　２３７６或２３０４　Ｘ　２８９６，压缩比可达　１０：１。　虽然ＪＢＩＧ是二值图象的编码标准，但　是它也可以对含灰度值的图象或彩色图象　进行无失真压缩，在这种情况下，ＪＢＩＧ是对　图象的每个比特面作压缩变换。　２．３　ＭＰＥＧ系列标准　ＭＰＥＧ（Ｍｏｔｉｏｎ　Ｐｉｃｔｕｒｅ　Ｅｘｐｅｒｔ　Ｇｒｏｕｐ）　标准，目标是针对活动图像的数据压缩，是　视频图象压缩、伴音的数据压缩编码的一　个重要标准。实际上包括三个部分，ＭＰＥＧ　视频、ＭＰＥＧ音频、ＭＰＥＧ系统（视频和音　频的同步），ＭＥＰＧ编码技术的发展十分迅　速，从ＭＰＥＧ－１、ＭＰＥＧ一２到ＭＰＥＧ一４，不仅　图象质量得到了很大的提高，而且在编码　的可伸缩性方面，也有了很大的灵活性。　３数据压缩分两种类型：无损压缩和有损　压缩　３．１无损压缩　所谓无损压缩格式，是无失真的压缩，　数据可以完全回复到原始状态，是个“可　逆”的过程，此压缩编码基于信息熵原理，　属于可逆编码。无损压缩是利用数据的统　计冗余进行压缩的，因此压缩率受数据统　计冗余度的理论限制，一般为２：１到５：ｌ。这　类方法广泛用于文本数据，程序和特殊应　用场合的图像数据（如指纹图像，医学图像　等）的压缩。由于压缩比的限制，无损压缩　方法是不可能解决图像和数字视频的存储　和传输的所有问题。经常使用的无损压缩　方法有Ｓｈａｎｎｏｎ－Ｆａｎｏ编码，Ｈｕｆｆｍａｎ编码，　游程（Ｒｕｎ－ｌｅｎｇｔｈ）编码，ＬＺＷ（Ｌｅｍｐｅｌ—Ｚｉｖ—　ｗｅ１ｃｈ）编码和算术编码等。　基本原理是只需要保存一次相同的颜　色，但这并不能减少图像的内存占用量，它　可以删除一些重复的数据，但从磁盘读取　图像时，又会用适当的颜色补充进一些丢　失的像素。能较好的保存图像质量是无损　压缩的优点所在，但这种方面压缩率较低。　３．２有损压缩　所谓有损压缩是利用了人类对图像或　声波中的某些频率成分不敏感的特性，原　始数据与解码后的数据不一致，存在差异，　具有不可恢复性和不可逆性，允许一定的　信息在压缩过程中损失；又称破坏型压缩，　可以减少图像在磁盘和内存中占用的空　间，通过牺牲些质量减少次要的数据量，提　高压缩比，但不至于我们会误解原始资料　表达的信息。虽然不能完全回复原始数据，　但损失的部分对理解原始图像的影响较　小，而且换来了很大的压缩比。如果仅在屏　幕上显示，对图像质量影响不大，对于人类　眼睛的识别程度区别不大，但如果用高分　辨率打印机打印出一张经过有损压缩处理　过的图像，那么图像质量就会有明显受损　的迹象。有损压缩广泛应用于语音，图像和　视频数据的压缩，因特网尤其是流媒体以　及电话领域ＭＰ３、ｗＭＶ、ＯＧＧ、ＲＭ、ＲＭＯＢ、　ｗＭＡ、ＡＡＣ等都是有损压缩。　在多媒体应用中，常见的压缩方法有：　ＰＣＭ（脉冲编码调制），预测编码，变换编　码，插值和外推法，统计编码，矢量量化和　子带编码等，混合编码是近年来广泛采用　的方法。　参考文献　［１］胡艳．矢量地图数据无损压缩算法的研　究【Ｄ］．解放军信息工程大学，２００７．　［２】赵晓莉．浅析多媒体数据压缩技术【Ｊ】．　科技信息，２Ｏｌ１（１９）．　［３］中国互联网络信息中心．第２５次中国互　联网络发展状况统计报告［Ｒ】．２０１　０　（１）．　［４】匡文波．网络传播学概论【Ｍ】．高等教育　出版社，２００１．　［５］赵子江．多媒体技术应用教程【Ｍ］．机械　工业出版社．　①作者简介：王志丹（１９８６，ｌ　２一），女，籍贯：丽江，工作单位：丽江师范高等专科学校，研究方向：计算机，学历：本科，职称：助教。　科技资讯ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩ