第3章 多媒体数据压缩技术

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。

三、多媒体数据的信息冗余多媒体计算机系统主要采用数字化方式，对声音、文字、图形、图像、视频等媒体进行处理。

数字化处理的主要问题是巨大的数据量。

一般来说，多媒体数据中存在以下种类的数据冗余：1）空间冗余：一些相关性的成像结构在数字化图像中就表现为空间冗余。

2）时间冗余：两幅相邻的图像之间有较大的相关性，这反映为时间冗余。

3）信息熵冗余（编码冗余）：信息熵是指一组数据所携带的信息量。

如果图像中平均每个像素使用的比特数大于该图像的信息熵，则图像中存在冗余，这种冗余称为信息熵冗余。

4）结构冗余：有些图像从大域上看存在着非常强的纹理结构，例如布纹图像和草席图像，我们说它们在结构上存在冗余。

5）知识冗余：有许多图像的理解与某些基础知识有较大的相关性。

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。

6）视觉冗余：人类视觉系统对于图像场的任何变化，并不是都能感知的。

这类冗余我们称为视觉冗余。

7）其他冗余：例如由图像的空间非定常特性所带来的冗余。

以上所讲的是多媒体数据的信息冗余。

设法去掉信号数据中的冗余，就是数据压缩。

第二节常用的数据压缩技术一、数据压缩编码方法1）根据解码后数据与原始数据是否完全一致来进行分类：① 可逆编码(无失真编码)，如Huffman编码、算术编码、行程长度编码等。

② 不可逆编码(有失真编码)，常用的有变换编码和预测编码。

2）根据压缩的原理进行划分：① 预测编码：它是利用空间中相邻数据的相关性，利用过去和现在出现过的点的数据情况来预测未来点的数据。

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;

3) 对上面得到的树林重复 2 的做法，直到所有符号都连入树中为止。这一步完成后，我们有这样的二叉树：
根(root)
0|1
+------+----------------+
|
0|
1
|
+---------+-----------+
|
0 |1 0 | 1
a
+-------+------+ +-------+-------+
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(1)、行程编码（RLE） RLE 编码是将数据流中连续出现的
字符用单一记号表示。 例如,字符串AAABCDDDDDDDDBBBBB
可以压缩为3ABC8D5B 。
RLE编码简单直观，编码/解码速度 快，因此许多图形和视频文件，如.BMP .TIFF及AVI等格式文件的压缩均采用此 方法.
1、信息存储量之比 2、压缩的算法 3、恢复效果
大 简单 好
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1.5.2 数据压缩方法
压缩处理一般是由两个过程组成： 一是编码过程，即将原始数据经过编码 进行压缩，以便存储与传输；二是解码 过程，此过程对编码数据进行解码，还 原为可以使用的数据。
数据压缩可分为两种类型：一种叫 做无损压缩，另一种叫做有损压缩。
2. 时间冗余
3. 视觉冗余
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空间冗余
一幅图像表面上各采样点的颜色之 间往往存在着空间连贯性，基于离散像 素采样来表示物体表面颜色的像素存储 方式可利用空间连贯性，达到减少数据 量的目的。
例如，在静态图像中有一块表面颜 色均匀的区域，在此区域中所有点的光 强和色彩以及饱和度都是相同的，因此 数据有很大的空间冗余。

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。