第二章 多媒体数据压缩编码技术
《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
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。
多媒体文件的编码与压缩技术
多媒体文件的编码与压缩技术随着数字媒体技术的飞速发展，多媒体文件的编码和压缩技术显得越来越重要。
这样的技术可以极大地节省储存空间，降低传输成本，在数字娱乐、在线视频、移动通讯以及其他领域中发挥着至关重要的作用。
本文将介绍多媒体文件的编码和压缩技术，并探讨其背后的原理与应用。
一、多媒体文件的编码技术多媒体文件的编码是指将原始的声音、图像、视频或其他类型的数据转换成一组数字编码的过程。
编码的目的是为了方便存储和传输，并且可以提供更好的音频和视频质量。
目前，最常用的音频编码格式包括MP3、AAC、WMA等，而视频编码格式则有H.264、MPEG-4、VP9等。
这些编码格式通过压缩原始的媒体文件，使文件大小减小，同时尽可能地保留媒体文件的原始质量。
音频编码技术主要是根据人类听觉系统的原理来进行设计的。
比如，MP3编码格式是通过对原始音频信号进行一系列分析，利用人类听觉系统对声音的不敏感区域进行压缩的方式来实现高效的音频压缩。
AAC则是一种比MP3更加高效和先进的音频编码格式，采用了更加复杂的音频压缩算法，具有更高的压缩比和更好的音频质量。
视频编码技术则主要是根据图像和视频处理的原理来进行设计。
无论是H.264还是MPEG-4等视频编码格式，都采用了一种称为“运动补偿”的技术，用于在时间和空间上压缩和优化视频流。
VP9则是一种由Google发布的高度优化的视频编码格式，具有更好的性能和更高的压缩比。
二、多媒体文件的压缩技术多媒体文件压缩的目的是降低文件大小，以便更方便的储存和传输。
常见的压缩技术有无损压缩和有损压缩。
无损压缩是指将文件压缩至原始文件大小的一定程度以下，同时确保压缩后的文件数据与原始文件的数据完全相同。
例如，常见的无损压缩格式有FLAC和ALAC。
这些压缩格式通常用于音频文件，以便在不减少音频质量的情况下减小文件大小。
有损压缩是指将文件压缩至原始文件大小的更小程度，但在此过程中会对数据进行处理（通常是削除）以达到更小的文件大小。
2-1 数据压缩编码基本理论
3、算术编码
原理：根据信源不同符号概率的不同，分别 对应[0，1）中不同的区间，每个符号用对 应区间内的任意一个实数表示，这个实数 就是该符号对应的码字。 特点：只有算术运算，无论原数据位多长， 每次编码算法只处理一个数据符号，因此 编码效率高。
符号
00
01
10
11
例1
概率
初始区间
0.1
[0, 0.1)
3、算术编码
二、无损编码（统计编码、熵编码）
1、行程编码(run length code,RLC也叫游程编码) 压缩原始数据中相同的字节序列
例：原始字符串RTTTTTTTTABBBCDIU
行程编码将字符串变换为： R＃8TABBBCDIU
将原来17个字符压缩为12个字符。
2、霍夫曼（Huffman）编码
自适应算术编码特点
自适应算术编码可以在编码过程中根据符 号出现的频繁程度，动态地修改分布概率， 因此不需要在编码前求出信源概率，但要 求编码器和解码器使用的概率模型一致。
三、有损编码
1、预测编码 2、子带编码
3、变换编码
4、矢量量化编码
5、其它编码
三、有损编码
1、预测编码
脉冲编码调制(pulse code modulation,PCM)
率；
（3）重复（1）和（2），直到概率和达到1为止； （4）将最后合并的元素作为树根，每个原始信 源作为树叶，构成一个编码二叉树；从树根到 树叶，对合并的两个分支分别赋予1和0；
（5）对每一符号写出从树根到信源点1、0序列
即为该符号的编码。
复习
数据可压缩的原因 数据压缩的种类 数据压缩的技术指标 无损压缩的常见技术：行程编码、霍夫曼 编码、算术编码
多媒体数据压缩编码技术
线性预测编码（LPC）
通过对音频信号的线性预测系数进行编码，减少了数据冗余。
参数编码
倒谱系数编码（cepstrum）
利用音频信号的倒谱系数进行编码，倒谱系数描述了音频信号的短时谱特征，具有较好的鲁棒性和抗噪性能。
梅尔频率倒谱系数（MFCC）
在倒谱系数的基础上引入了人耳感知特性，通过对梅尔频率倒谱系数进行编码，提高了音频压缩编码的音质和抗噪性能。
基于人工智能的压缩编码技术
深度学习
通过自动提取多媒体数据的特征，减少数据冗余和信息损失，提高压缩效率。
特征提取
利用人工智能技术对压缩编码算法进行优化，提高压缩比和重建质量。
智能优化
利用区块链的去中心化特性，将多媒体数据分布式存储在多个节点上，保证数据安全和可靠。
分布式存储
通过区块链的加密算法对多媒体数据进行加密处理，防止数据泄露和篡改。
加密技术
利用智能合约对多媒体数据的压缩、传输、存储和分发进行自动化管理，降低运营成本和提高效率。
智能合约
基于区块链的压缩编码技术
即时传输
通过云计算的网络传输能力，实现多媒体数据的即时传输和实时播放，提高用户体验。
云端处理
将多媒体数据处理任务转移到云端进行，利用云计算的分布式计算和存储资源，提高处理效率和降低成本。
基于帧内预测的编码
01
运动补偿编码是一种利用视频序列中图像帧之间的运动信息进行预测编码的技术。它通过分析图像序列中相邻帧之间的运动向量和运动模式，对运动信息进行预测和补偿。
基于运列中相邻帧之间的冗余信息，提高压缩效率。它通常适用于动态场景，因为在动态场景下，相邻帧之间的像素值变化较大，运动信息更加明显。
混合编码
05
视频压缩编码技术
《多媒体技术》电子教案：多媒体数据压缩编码技术
多媒体技术电子教案：多媒体数据压缩编码技术一、多媒体数据压缩编码技术概述多媒体技术是指利用计算机技术将文字、图像、音频、视频等多种形式的信息进行集成，并能够对它进行处理、传输和存储，以提供更好的用户体验。
在多媒体技术中，数据压缩编码技术是非常重要的一个部分。
数据压缩编码技术可以将多媒体数据进行压缩，以便更有效地存储和传输。
该技术可以通过减少数据冗余、淘汰不必要的数据等方式来降低多媒体文件的大小。
数据压缩编码技术有很多种不同的方法，如无损压缩和有损压缩等。
二、无损压缩技术无损压缩技术是将多媒体数据进行无损压缩，即在不损失数据质量的情况下，将文件大小进行压缩。
常见的无损压缩技术包括：Run Length Encoding（RLE）、标志赋值编码、霍夫曼编码等。
1. Run Length Encoding（RLE）Run Length Encoding（RLE）是一种简单的数据压缩编码技术，它通过识别文件中连续出现的相同数据并进行编码来压缩多媒体数据。
例如，当一张图像中有大量相同的像素时，RLE可以将它们表示为一个像素值和一个重复次数的序列，从而达到压缩数据的目的。
2. 标志赋值编码标志赋值编码也是一种简单的无损压缩技术，它可以通过对多媒体数据中的不同符号/颜色赋予不同的标志来将其进行压缩。
例如，一种常见的标志赋值编码技术是算术编码。
3. 霍夫曼编码霍夫曼编码是一种无损压缩技术，它利用统计学原理来压缩多媒体数据。
该编码技术通过对多媒体数据中出现频率较高的符号/颜色分配短码，对出现频率较低的符号/颜色分配长码，从而达到对数据进行压缩的目的。
三、有损压缩技术有损压缩技术是将多媒体数据进行有损压缩，即在一定程度上损失数据质量的情况下，将文件大小进行压缩。
常见的有损压缩技术包括：数据降采样、量子化、离散余弦变换（DCT）、离散小波变换（DWT）等。
1. 数据降采样数据降采样也是一种简单的有损压缩技术，它通过减少音频和视频数据的采样率和比特率来达到压缩文件大小的目的。
网络多媒体技术(西电版)第2章 多媒体数据压缩编码技术
存储和传输所必需的未压缩速率以及信号特性。
6
表2-1 各种信号的特性和未压缩速率
7
从以上两个例子以及表2-1可以看出：未进行任何形式的 编码和压缩的多媒体信息数据量庞大，如果不进行压缩处理， 计算机系统几乎无法对其进行存取和交换。因此，对多媒体数 据进行压缩十分必要。
8
2.1.2 多媒体数据压缩的可行性
20
假设离散无记忆信源发出两个符号X和Y,X可发出的信息 集合为A＝{ai|i＝1，2，…，m}，ai出现的概率为P(ai)，而Y可 发出的信息集合为B＝{bj|j＝1，2，…，m}，bj出现的概率为 P(bj)，则接收到该符号后所得到的平均信息量称为联合熵，定 义为
H ( X Y ) P(ai b j ) lb P(ai b j )
P( xi | y j )
P( xi , y j ) P( y j )
P( xi , y j ) P( x j )
(2-9)
P( yi | x j )
(2-10)
24
2.2.2 无失真编码理论
无失真编码方法(或称无损压缩算法)是指编码后的图像可 经译码完全恢复为原图像的压缩编码方法。在编码系统中，无 失真编码也称为熵编码。 无失真编码定理：对于离散信源X，对其编码时每个符号
第2章多媒体数据压缩编码技术21多媒体数据压缩的必要性和可行性22多媒体数据压缩理论基础23压缩算法的分类及性能评价24熵编码25预测编码第2章多媒体数据压缩编码技术26变换编码27矢量量化编码28压缩编码新技术29本章小结思考练习题在多媒体系统中处理传输存储的多媒体信息主要包括文字声音图形图像视频等媒体类型这些媒体以大量数据的形式存在如果不对它们进行压缩是无法在计算机中存储处理和传输的
多媒体数据压缩编码技术概述
多媒体数据压缩编码技术概述多媒体数据压缩编码技术是一种通过减少或去除冗余数据来减小多媒体文件的存储空间或传输带宽的过程。
这些技术广泛应用于图像、音频和视频等各种形式的多媒体数据。
下面将对多媒体数据压缩编码技术的主要方法进行概述。
1. 无损压缩编码：无损压缩编码技术可以将多媒体数据压缩到较小的大小，而不会丢失原始数据。
该技术通过利用多媒体数据中的冗余和统计特性来实现压缩效果。
其中，哈夫曼编码、算术编码和Lempel-Ziv编码等是常用的无损压缩编码方法。
2. 有损压缩编码：有损压缩编码技术可以在一定程度上丢失原始数据，并将其转换为较小的文件大小。
这种压缩方法适用于某些多媒体数据，如音频和视频等，因为人类的感知系统对这些数据中的一些细微变化不太敏感。
有损压缩编码方法包括离散余弦变换（DCT）、小波变换、运动补偿和预测编码等。
3. 基于上下文的压缩编码：这种压缩编码技术利用多媒体数据内部的上下文信息来实现更高的压缩效果。
上下文信息包括像素点的位置、颜色和周围像素点的关系等。
基于上下文的编码方法有助于提高压缩比，并减少信号的失真。
包括了一些流行的基于上下文的压缩编码算法，如JPEG（图像）、MP3（音频）和H.264/AVC（视频）。
4. 神经网络压缩编码：近年来，神经网络技术在多媒体数据压缩编码领域取得了显著的进展。
这些技术利用深度学习的方法来学习多媒体数据中的复杂模式，并使用这些模式进行压缩编码。
神经网络压缩编码方法通常能够在保持较高视觉和听觉质量的同时，实现更高的压缩比。
综上所述，多媒体数据压缩编码技术是一种通过减少或去除冗余数据来减小多媒体文件的存储空间或传输带宽的过程。
该技术涵盖了无损压缩编码、有损压缩编码、基于上下文的压缩编码和神经网络压缩编码等方法。
这些技术在多媒体数据领域发挥着重要的作用，帮助人们有效地处理和传输大量的多媒体数据。
5. 图像压缩编码技术：图像压缩编码技术是多媒体数据压缩编码中的一个重要领域。
多媒体信息处理中的数据压缩与编码
多媒体信息处理中的数据压缩与编码第一章引言多媒体信息处理已经成为现代社会中不可或缺的重要组成部分。
从音频到视频，从图像到动画，多媒体数据的处理与传输在我们的生活和工作中起着至关重要的作用。
然而，多媒体数据具有复杂的特性，包括大量的数据量和高带宽要求。
为了高效地传输和储存这些数据，数据压缩和编码在多媒体信息处理中变得尤为重要。
本文将重点讨论多媒体数据压缩和编码的原理、方法和应用。
第二章数据压缩理论数据压缩是通过减少数据量来提高传输和储存效率的一种技术。
在多媒体数据中，数据压缩是必不可少的，因为多媒体数据通常具有高存储和传输要求。
本章将介绍数据压缩的理论基础，包括无损压缩和有损压缩的原理，并介绍常用的压缩算法，如哈夫曼编码、算术编码和字典编码等。
第三章音频数据压缩与编码音频数据压缩与编码是多媒体信息处理中的重要内容。
由于音频数据具有大量的冗余信息，通过适当的压缩和编码方法可以大大减少数据量。
本章将介绍音频数据压缩和编码的常用方法，包括声波编码、脉冲编码调制和自适应预测编码等。
第四章图像数据压缩与编码图像数据压缩与编码是多媒体信息处理中另一个重要的领域。
图像数据通常具有高维度和复杂性，因此需要高效的压缩和编码方法来降低数据量并保持图像质量。
本章将介绍图像数据压缩和编码的常用方法，如离散余弦变换、小波变换和预测编码等。
第五章视频数据压缩与编码视频数据是多媒体信息处理中最复杂的数据类型之一。
它由连续的图像序列组成，需要处理大量的数据并保持连续性和流畅性。
本章将介绍视频数据压缩和编码的常用方法，包括运动估计、空间和时间预测、变换编码和熵编码等。
第六章应用和未来发展数据压缩与编码在多媒体信息处理中有着广泛的应用。
从手机上的音乐文件到高清电影的传输，数据压缩和编码技术为我们提供了高效的信息传输和储存方式。
未来，随着多媒体技术的不断发展，数据压缩和编码技术也将继续进步和创新，以适应更高要求的多媒体数据处理。
结论多媒体信息处理中的数据压缩与编码是实现高效传输和储存的关键技术之一。
多媒体数据压缩编码技术
多媒体数据压缩编码技术多媒体数据压缩编码技术1. 多媒体数据压缩的可行性(1)多媒体视频信号存在空间冗余和时间冗余。
(2)人眼对图像的细节分辨率、运动分辨率和对比度分辨率的感觉都存在着一定的界限。
２. 多媒体数据压缩方法(1) 熵编码详细内容熵编码在解压缩过程中重新构造出与原始数据完全一致的数据，因此是一种无损压缩方法。
它把已压缩的数据流看做是简单的数字序列，而忽略该数据的语义，因此熵编码适用于不考虑其自身具体特点的媒体。
(2) 源编码详细内容源编码用于把原始数据中的相关数据与不相关数据分开的场合。
该方法要考虑原始数据的语义，通过消除不相关数据以达到对初始数据流的压缩。
源编码常常是有损方法，其原始数据流与已编码的数据流相似但不相同。
(3) 混合编码详细内容混合编码是熵编码和源编码技术的组合，通常是几种不同的熵编码和源编码技术组织在一起构成一种新的混合编码方法。
3.多媒体数据国际标准(1) H.261 详细内容由CCITT （国标电报电话咨询委员会）通过的用于音视频服务的视频编码解码器，主要适用于视频电话和视频电视会议。
它使用一帧中的有损压缩和用于帧间压缩的无损编码两种类型的压缩，并在此基础上使编码器采用带有运动估计的DCT （离散余弦变换）和DPCM 的混合方式。
2) JPEG 详细内容JPEG （Joint Photographic Experts Group ）联合图像专家组，是一种基于DCT （离散余弦变换）的静止图像压缩和解压缩算法，它由ISO （国际标准化组织）和CCITT （国标电报电话咨询委员会）共同制定，并在1992 年后被广泛采纳后成为国际标准。
用于连续色调、多级灰度、彩色/ 单色静态图像压缩(3) 混合编码详细内容MPEG 是Moving Pictures Experts Group （动态图像专家组）的英文所写，实际上是指一组由ITU 和ISO 制定发布的视频、音频数据的压缩标准。
第二章 多媒体数据压缩技术
的一个间隔，信息越长，编码表示它的间隔就
越小，表示这一间隔所需的二进制位就越多。 2、编码方法：后一个编码字符是在前面编码字符 的范围内，利用原概率分配区间重新求解该编 码字符的范围。
33
2.2.2 常用无损压缩算法
3、编码过程举例：假设信源符号为{a,e,i,o,u}，
这些符号的概率分别为{ 0.2, 0.3, 0.1, 0.2， 0.2 }，根据这些概率可把间隔[0, 1)分成5个子 间隔（如下图）： 字符 概率 范围 a 0.2 e 0.3 i 0.1 o 0.2 u 0.2
概述
（1）数据压缩研究主要集中于图像和视频信号的压缩 （2）数据压缩是以一定的质量损失为代价， 质量损失 一般都是在人眼允许的误差范围之内。 （3）压缩处理过程：
编码过程：将原始数据经过编码进行压缩，以便存 储与传输； 解码过程：对编码数据进行解码，还原为可以使用 的数据。
18
2.1
概述
四、衡量数据压缩技术的指标
第二章 多媒体数据压缩技术
2.1
概述
2.2
常用的数据压缩技术
1
2.1 概述
一、为什么要进行数据压缩
1. 多媒体信息数据量大
例:对语音信号来说（20HZ—4KHZ) 依据采样定理，设数字化精度为8bit，则1秒
数据量为：
4k 2 8b 64kb
2
2.1 概述
对动态图像信息来说，采用代表光强、色彩和饱 和度的YIQ彩色空间，如果带宽分别为： 4.2MHZ、1.5MHZ、0.5MHZ，则1秒钟数据量为：
（1）第一个字符e被编码时： rangelow=0.2, rangehigh=0.5 low=low+range*rangelow = 0+1*0.2=0.2, high=low+range*rangehigh=0+1*0.5=0.5 Range=high-low=0.5-0.2=0.3 此时分配给e的范围为[0.2,0.5）
多媒体数据压缩编码技术
三、图像冗余度和编码效率
根据香农信息保持编码定理，假设某无干扰信息源旳熵值为H(x),假如能找到一种编码措施，其编码平均长度 存在一种下限，这个下限是信源信息熵H(x)，即最佳信息保持编码旳平均码长无限接近信源熵值。若原始图像平均码长为 ，则
为灰度级i相应旳码长， 为灰度级i出现旳概率。图像旳冗余度可定义为：
第四节 数据压缩编码旳国际原则
一、静态图像压缩编码原则——JPEG 二、运动图像压缩编码原则——MPEG
一、静态图像压缩编码原则——JPEG
（一）JPEGJPEG(Joint Photographic Expert Grout)原则是由IS0旳联合摄影教授组制定旳，1986年成立教授组，1992年完毕旳原则，简称JPEG原则，用于静止图像压缩编码原则。该原则合用于多种辨别率和格式旳连续色调图像旳压缩，可将24位单帧彩色图像，压缩到2位而依然具有很好旳图像质量。
图像旳压缩与解码 图像数据一般旳都存在多种信息旳冗余，如空间冗余、信息熵冗余、视觉冗余、构造冗余等。想方法去掉多种冗余，保存真正有用旳信息，就是图像压缩。把信号进行压缩旳过程常称为图像编码，恢复原图像旳过程常称为解码。
图像压缩领域常用旳编码有： 1. 信息保持编码：主要应用于图像数字存储方面。要求：无失真编码。 2. 保真度编码 ：主要应用于数字电视技术和静止图像通信方面。要求：在确保保真度旳条件下允许一定旳失真。 3. 特征提取 ：主要应用于某些图像辨认和分析技术中，要求：对需要旳特征信息进行编码，就能够压缩图像数据。
二、医学数据压缩
医学图像压缩得以实施旳两个主要根据： 医学图像旳统计特征和人类视觉特征 1. 利用图像本身固有旳统计特征来降低原始医学图像数据中旳冗余信息，采用某种编码措施减小原始图像文件旳大小。 2.因为人类旳视觉系统能从极为杂乱旳图像中抽象出有意义旳信息，并以非常精炼旳信息形式传到大脑，而且视觉系统对图像中旳不同部分旳敏感程度是不同旳，能够利用人类旳视觉特征清除医学图像中对信息传播和整合影响小旳部分，获取较大旳压缩比。
多媒体视频压缩与编码技术
多媒体视频压缩与编码技术多媒体视频压缩与编码技术是当今数字视频处理领域中的重要技术之一，其在视频传输、存储和播放等方面起到了至关重要的作用。
通过对视频数据进行压缩和编码处理，不仅可以减小视频文件的体积，节省存储空间，同时也能提升视频传输的效率和减少传输带宽的占用，从而实现高清视频的流畅播放和传输。
在实际应用中，视频压缩技术主要分为有损压缩和无损压缩两种类型。
有损压缩是指通过舍弃一些视频数据的精确信息来降低文件大小，以牺牲一定的视频质量为代价。
最常见的有损压缩算法包括MPEG（Moving Picture Experts Group）系列、H.264等。
而无损压缩则是在不损失视频质量的前提下减小文件大小，通常应用于对视频数据精确性要求高的领域，如医学影像领域。
视频编码技术则是指将视频数据转换为特定格式的编码流，以便于存储、传输和播放。
常见的视频编码格式有AVI、MP4、FLV等。
视频编码技术的进步不仅提升了视频播放的效率和画质，同时也丰富了视频内容的表现形式，满足了不同用户群体对视频的需求。
在实际应用中，我们经常会遇到需要对视频进行压缩和编码的情况。
比如，在视频分享网站上上传视频时，如果文件过大，会影响上传速度和用户体验，因此需要通过压缩技术降低文件大小；在视频会议中，为了降低带宽占用和提升画面流畅度，也需要对视频流进行编码处理。
总的来说，多媒体视频压缩与编码技术是数字视频处理中不可或缺的重要环节，它的发展不仅促进了数字视频产业的发展，同时也提升了视频传输和播放的效率，为用户带来更优质的视频体验。
在未来，随着技术的不断进步，视频压缩与编码技术将会继续发展，为数字视频领域注入新的活力和可能性。
多媒体应用-多媒体数据压缩与编码技术
多媒体应用-多媒体数据压缩与编码技术咱现在的生活，那可是被多媒体包围得严严实实的！从手机里的短视频，到电脑上的大片儿，多媒体无处不在。
可您想过没有，为啥这些多媒体文件能在各种设备上顺畅地播放，还不占太多空间？这就得聊聊多媒体数据压缩与编码技术啦！就说我上次出门旅游吧，拿着我的相机咔咔一顿拍，那照片和视频可不少。
等我想把它们都存到电脑里的时候，傻眼了！这文件大得吓人，电脑硬盘都快装不下了。
这时候我就意识到，要是没有数据压缩和编码技术，那我的这些美好回忆可就没地儿存了。
咱们先来说说这数据压缩是咋回事儿。
其实啊，多媒体数据里有很多重复或者不太重要的信息，就像咱写一篇作文，可能会有不少重复的词语或者啰嗦的句子。
数据压缩技术就是把这些重复的、多余的信息给去掉，只留下关键的、有用的部分。
比如说一张图片里有一大片蓝色的天空，其实没必要把每一个像素点的信息都详细记录下来，只要记录一些关键的特征，就能在需要的时候还原出差不多的蓝天效果。
编码技术呢，就像是给这些数据穿上了一件“精简的衣服”。
不同的编码方式能让数据变得更小，更方便存储和传输。
就好比把一堆杂乱的东西按照一定的规则整理好，放进一个个小盒子里，既整齐又省地方。
您想想，要是没有这些技术，咱们下载个电影得等半天，手机里也存不了几首歌。
而且，现在网络这么发达，数据得在各种线路里跑来跑去，如果不压缩编码，那速度慢得能把人急死。
再比如说，咱们在网上看直播，那画面和声音能实时传到咱们眼前和耳朵里，靠的也是数据压缩和编码技术。
把大量的视频和音频信息快速处理好，然后传过来，咱们才能看得过瘾、听得舒坦。
而且啊，这技术可不只是在娱乐方面有用。
在医学领域，那些高清的 CT 图像、核磁共振图像，要是不压缩编码，存储和传输都很麻烦，医生诊断病情的效率也会大打折扣。
在教育领域也是一样，现在很多在线课程都得靠数据压缩和编码技术，才能让我们在网上顺畅地学习。
不然，卡顿的视频、断断续续的声音，这课还怎么上呀？总之，多媒体数据压缩与编码技术就像是一个神奇的魔法，让我们的多媒体世界变得更加便捷、高效和精彩。
多媒体数据压缩及编码技术研究
多媒体数据压缩及编码技术研究随着数字化时代的发展，音频、视频等多媒体数据成为了人们日常生活中必不可少的一部分。
然而，这些数据却占据了大量的存储空间和传输带宽，对于存储和传输的效率造成了极大的压力。
因此，多媒体数据压缩及编码技术成为了当前重要的研究方向之一。
一、多媒体压缩的必要性多媒体数据占据了大量的存储空间和传输带宽。
例如，一首高品质的音乐文件需要几十兆乃至几百兆的存储空间，一个高清视频文件要占据数千兆的空间。
这使得多媒体文件的传输和存储都需要庞大的空间和带宽，给多媒体数据的应用造成很大的不便。
因此，多媒体压缩的技术应运而生，通过对多媒体数据进行压缩，从而达到缩小数据体积和减少传输带宽的目的。
二、多媒体数据压缩的基本原理多媒体数据压缩技术的核心在于利用信号的冗余特性，去除掉冗余信号，将原来占据大量存储空间的数据压缩至较小的存储空间中，从而降低存储成本和传输成本。
压缩技术的基本原理可以分为无损压缩和有损压缩两种。
无损压缩技术是指在压缩过程中，不会丢失原始数据的任何信息，保证了数据的完整性。
无损压缩技术常见的方法有：预测编码、霍夫曼编码、算术编码等。
其中，霍夫曼编码以其高压缩率和高效率的优点而广泛应用。
有损压缩技术是指在压缩过程中，会对原始数据进行一定的信息损失，这种方法一般适用于对信号质量要求不是很高的场合，如语音、图像、视频等。
有损压缩技术主要分为可逆压缩算法和非可逆压缩算法。
可逆压缩算法主要用于需要准确恢复数据的场合，如CT、MRI影像信息存储等；而非可逆压缩算法一般用于对视频、音频等信号的间接感受。
三、多媒体数据编码技术的基本原理多媒体数据的编码技术是将多媒体数据通过编码器转换为具有压缩性能的数学表达式或码字串，从而实现数据压缩的过程。
常见的多媒体编码技术包括JPEG、MPEG、H.264/AVC等。
JPEG编码技术是一种常见的静态图像压缩技术，该技术主要采用离散余弦变换（DCT）作为图像变换形式，利用掩码技术（量化）来去除冗余信息，从而实现压缩。
第二章 多媒体数据压缩编码技术
精选2021版课件
1
第一节 多媒体数据压缩编码概述
一、数据压缩与多媒体压缩 二、医学数据压缩
精选2021版课件
2
一、数据压缩与多媒体压缩
• 数据压缩 就是以最少的数码表示信源所发的信号，以
减少容纳给定消息集合或数据采样集合的信号空 间，通过减少计算机中所存储数据或者通信传播 中数据的冗余度，达到增大数据密度，最终使数 据的存储空间减少的技术。
精选2021版课件
4
• 图像的压缩与解码
图像数据一般的都存在各种信息的冗余， 如空间冗余、信息熵冗余、视觉冗余、结构冗余 等。想办法去掉各种冗余，保留真正有用的信息， 就是图像压缩。把信号进行压缩的过程常称为图 像编码，恢复原图像的过程常称为解码。
精选2021版课件
5
• 图像压缩领域常用的编码有：
精选2021版课件
8
4. 知识冗余: 与收发端所共有的知识相关 联的冗余。
5. 熵冗余: 像素灰度值出现概率不均匀 产生的冗余。
6. 视觉冗余: 由于人的视觉分辨有限性产 生的冗余。
7. 其他冗余: 由于医学图像非平稳性产生 的冗余。
精选2021版课件
9
• 可以把医学图像信号看成有用信息和冗余信息的结 合，其压缩通过编码器实现
精选2021版课件
16
2. 主观保真度准则
尽管客观保真度准则提供了一种简单、方 便的评估信息损失的方法，但很多解压图像最 终是供人观看的。对具有相同客观保真度的不 同图像，人的视觉可能产生不同的视觉效果。 这是因为客观保真度是一种统计平均意义下的 度量准则，对于图像中的细节无法反映出来， 而人的视觉能够觉察出来。这种情况下，用主 观的方法来评价图像的质量更为合适。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
SNRms
x 0 y 0
f ( x, y ) 2
M 1 N 1 x 0 y 0
[ f ( x, y ) f ( x, y )]2
^
多媒体技术及其医学应用
15
• 如果令
fmax max[ f ( x, y )], x0,1...,M 1, y0,1,..., N 1,
多媒体技术及其医学应用
20
一、统计编码
• 统计编码原理 根据信息论的观点，信元的冗余度是由于信 源本身所具有的相关性和和信源内事件概率分布 的不均匀性产生的。因此，图像的统计编码方法 就是利用信源的统计特性，去除其内在的相关性 和改变概率分布的不均匀性，从而实现图像信息 的压缩。
多媒体技术及其医学应用
• 最常用的客观保真度准则是解码图像和原始图像之 间的均方误差和均方根信噪比。 f ( x, y) 代表大小 为M*N的原始图像， f ( x, y) 代表解压缩后的图像，
^
^
对任意x和y，
为：
f ( x和 ) ,y
f ( x之间的误差定义 , y)
^
e( x, y) f ( x, y) f ( x, y)
多媒体技术及其医学应用 30
二、运动图像压缩编码标准——MPEG
MPEG(Moving Picture Experts Group)是活
动图像专家组的缩写，是ISO为制定数字视频和音
频压缩标准而建立的一个工作小组，其正式名称是 ISO/IEC JTCI SC29 WG11。自1988年成立以来， 该小组已经制定出了MPEG-1， MPEG-2， MPEG-4， MPEG-7等不同应用目的的标准。
多媒体技术及其医学应用
ห้องสมุดไป่ตู้14
• 则均方根误差
erms
1 MN
^
M 1 N 1 ^
[ f ( x, y) f ( x, y)] x 0 y 0
2
• 如果将 f ( x, y ) 看作原始图像
么解压图像的均方根信噪比为：
M 1 N 1 ^
f ( x, y) 和e(x,y)的和，那
多媒体技术及其医学应用 22
二、预测编码
• 预测编码(predictive coding)实际上是基于图像数 据的空间冗余特性的，用相邻的已知像素(或像素块) 来预测当前像素(或像素块)的值，然后再对预测误差 进行量化和编码，这些相邻像素或像素块可以是同行 的，也可以是前几行的，相应的预测编码分别称为一 维和二维预测。 • 预测编码的关键在于预测算法的选取，这与图像信号 的概率分布很有关系。实际中常根据大量的统计结果 来设计最佳的预测器，有时还使用自适应预测器以刻 画图像信号的局部特性，从而提高编码效率。
多媒体技术及其医学应用
7
• 医学图像存在的冗余
1. 空间冗余: 取决于医学图像中图案粗细程度 的冗余。 2. 时间冗余: 取决于医学图像随时间变化程度 的冗余。 3. 结构冗余: 把医学图像看作是区域集时产生 的冗余。
多媒体技术及其医学应用
8
4. 知识冗余: 与收发端所共有的知识相关 联的冗余。 5. 熵冗余: 像素灰度值出现概率不均匀 产生的冗余。 6. 视觉冗余: 由于人的视觉分辨有限性产 生的冗余。 7. 其他冗余: 由于医学图像非平稳性产生 的冗余。
21
• 哈夫曼编码 哈夫曼编码是50年代提出的一种基于统计 的无损编码方法，哈夫曼于1952年提出了一种不 等长编码方法，这种编码的码字长度的排列与符 号的概率大小的排列是严格逆序的，理论上已经 证明其平均码字最短，因此被称为最佳码。静态 哈夫曼编码使用一棵依据字符出现的概率事先生 成好的编码树进行编码。而动态哈夫曼编码需要 在编码的过程中建立编码树。由于哈夫曼编码所 得到的平均码字长度可以接近信源的熵，故也称 为熵编码。
多媒体技术及其医学应用 24
• 变换编码将给定的图像变换到另一个数据域(如频域) 上，使得大量的信息能用较少的数据来表示，从而 达到压缩的目的。变换编码有很多，如： ①离散傅立叶变换(Discrete Fourier Transform, 简称DFT) ②离散余弦变换 (Discrete Cosine Transform, 简 称DCT) ③离散哈达玛变换(Discrete Hadamard Transform, 简称DHT) ④特征向量变换(Karhunen-Loeve，简称K-L)
多媒体技术及其医学应用
4
• 图像的压缩与解码 图像数据一般的都存在各种信息的冗余，如 空间冗余、信息熵冗余、视觉冗余、结构冗余等。 想办法去掉各种冗余，保留真正有用的信息，就 是图像压缩。把信号进行压缩的过程常称为图像 编码，恢复原图像的过程常称为解码。
多媒体技术及其医学应用
5
• 图像压缩领域常用的编码有： 1. 信息保持编码：主要应用于图像数字存储方 面。要求：无失真编码。 2. 保真度编码 ：主要应用于数字电视技术和 静止图像通信方面。要求：在保证保真度的条 件下允许一定的失真。 3. 特征提取 ：主要应用于一些图像识别和分析 技术中，要求：对需要的特征信息进行编码， 就可以压缩图像数据。
则可得到峰值信噪比
2 f max PSNR 10lg M 1 N 1 ^ [ f ( x, y ) f ( x, y )]2 x 0 y 0
多媒体技术及其医学应用
16
2. 主观保真度准则
尽管客观保真度准则提供了一种简单、方 便的评估信息损失的方法，但很多解压图像最 终是供人观看的。对具有相同客观保真度的不 同图像，人的视觉可能产生不同的视觉效果。 这是因为客观保真度是一种统计平均意义下的 度量准则，对于图像中的细节无法反映出来， 而人的视觉能够觉察出来。这种情况下，用主 观的方法来评价图像的质量更为合适。
多媒体技术及其医学应用
25
第四节 数据压缩编码的国际标准
一、静态图像压缩编码标准——JPEG
二、运动图像压缩编码标准——MPEG
多媒体技术及其医学应用
26
一、静态图像压缩编码标准——JPEG
（一）JPEG • JPEG(Joint Photographic Expert Grout)标 准是由IS0的联合摄影专家组制定的，1986年 成立专家组，1992年完成的标准，简称JPEG 标准，用于静止图像压缩编码标准。该标准适 用于各种分辨率和格式的连续色调图像的压缩， 可将24位单帧彩色图像，压缩到2位而仍然具 有较好的图像质量。
多媒体技术及其医学应用
12
二、图像压缩性能评价
• 在图像压缩编码中，解码图像与原始图像 可能会有差异，因此，需要评价压缩后图 像的质量。描述解码图像相对原始图像偏 离程度的测度一般称为保真度（逼真度） 准则。常用的准则可分为两大类：客观保 真度准则和主观保真度准则。
多媒体技术及其医学应用
13
1. 客观保真度准则
多媒体技术及其医学应用
3
• 数字图像压缩的出现 二十世纪末，人类社会开始进入到数字化时 代，数字图像技术作为数字技术的重要组成部分， 将人们带入了崭新的多媒体世界。随着科学的发 展和社会的进步，人们对图像信息的需求也越来 越大。在多媒体计算机系统、电子出版、视频会 议、数字化图书馆等许多领域，数字图像都有着 广泛的应用。
i 0
多媒体技术及其医学应用 18
L 1
• i 为灰度级i对应的码长， pi 为灰度级i出现 的概率。图像的冗余度可定义为：
－
B r= 1 H(x)
• 编码效率则定义为：
H ( x)
B
1 1 r
19
多媒体技术及其医学应用
第三节 常用数据压缩编码算法
一、统计编码
二、预测编码 三、变换编码
多媒体技术及其医学应用
23
三、变换编码
• 变换编码((Transform coding)是通过信号 变换来消除图像数据空间相关性的一种有效 方法。尽管图像变换本身不能对数据进行压 缩，但由于变换后系数之间的相关性明显降 低，图像的大部分能量只集中在少数变换系 数上，采用适当的量化和熵编码方法就可以 有效地压缩图像的数据量。而且图像经过某 些变换后，系数的空间分布和频率分布特性 与人眼的视觉特性相符合，因此可以利用人 类视觉系统的生理和心理特点来得到较好的 编码系统。
多媒体技术及其医学应用
6
二、医学数据压缩
• 医学图像压缩得以实施的两个主要依据： 医学图像的统计特性和人类视觉特性 1. 利用图像本身固有的统计特性来减少原始医学 图像数据中的冗余信息，采用某种编码方法减小 原始图像文件的大小。 2.由于人类的视觉系统能从极为杂乱的图像中抽 象出有意义的信息，并以非常精炼的信息形式传 到大脑，而且视觉系统对图像中的不同部分的敏 感程度是不同的，可以利用人类的视觉特性去除 医学图像中对信息传输和整合影响小的部分，获 取较大的压缩比。
多媒体技术及其医学应用 9
• 可以把医学图像信号看成有用信息和冗余信息的结 合，其压缩通过编码器实现
无损 有损 、 无损压 有损 缩 医学图 像数据 库
ct 工作站
信息提取
量化
重复压缩
否
比特分配
是
多媒体技术及其医学应用
10
第二节 数据压缩编码的基本原理
一、图像的可压缩理论
二、图像压缩性能评价 三、图像冗余度和编码效率
多媒体技术及其医学应用
11
一、图像的可压缩理论
• 数据压缩的理论研究始于香农的信息论。1948年香 农在其经典论文《通信的数学原理》中首次提到信 息率——失真函数概念，1959年又进一步确立了失 真率理论，从而奠定了信源编码的理论基础。
• 压缩编码的理论基础是信息论。从信息论的角度看， 信息定义为“用来消除不确定性的东西”。压缩是 去掉信息中的冗余部分，也就是确定的或可推知的 部分，用一种更接近信息本质的描述来代替原有冗 余的描述。