多媒体数据压缩编码

四. 压缩编码分类
无损压缩 -- 解码后可100 % 恢复原来数据 有损压缩 -- 解码后与原来数据有所不同。
五。主要压缩编码方法：
1.变换法：正交变换
例 声音 x ( t ) 的富里叶变换 x(t) F( f ) t 为时间 , f 为频率 , F( f ) 为频谱系数，数量较少



用 F( f ) 来存贮声音，需要时逆变换恢复原声音 适当压缩高频式低频系数，通过逆变换不影响声音的效果 常用变换：FT，CT，Hadamard，K一L等 选择原则：变换后系数集中（较少），计算方便
例如：二维图象：
（G0, L0) (G1,L1)(G2,L3).......... 2. 特点： 当串长数据大于二个数码值时，压缩有效 3。 应用： 二值化图象， 平涂图片，黑白文字。。
二。差分脉冲编码调制 ------- DPCM
x
x
1.原理：
x 1 = x1 - x0 d 1 = x1 - x1’
加 a. 上一层压缩编码: Jpeg b. 恢复图象 c. 插值，分辨率增加一层，作为下一 层预测图象 d. 差分编码 Dpcm 编码 = Jpeg + Dpcm
5 动 态 图 象 的 压 缩 编 码 及 MPEG 标 准 5.1动态图象的一般特征及压缩原理
一．动态图象：
· 空间+时间
x y
f (x,y) = E(u)E(v)C(u,v) Cos(u (2x+1)/2M ) Cos(v(2y+1)/2N)
x=0,1,2,....M-1 y=0,1,2,.....N-1 E(u) = E(v) = 1/2 1 当 u=0,v=0
四。 熵编码 -- Huffman 编码
4
5
50
yi ---. vi 1. 量化误差:
E qms =
( yi - vi * ) * ( yi - vi * )
越大 ， E qms 越大， 但是量化值越小 2。 变区间量化： 大小根据yi出现 的概率而定，概率大 0 1 | | 2 | 3 | 4 5 | |
的yi 对应大的
2. 常用码： 等长码： 自然码： 000， 001， 010， 011， ... 格雷码：111，110，100，101，001，... 反射码：000，001，010，011，100 ，011，110，111 变长码：0， 10， 11，110，...
4。2。2。 常用编码方法
一。 行程码
1。 原理：数据序列中相同数据串表示为二个数码： （ 数据值， 串长 ）
64 k
SB-ADPCM
电视电话 卫星通信
效率高
CD-I DVI
128 k
ADPCM SB-ADPCM
LD\CD 音响
质量高
MPEG
三。G722 标准
1。原理：
一个好的声音必须有高低音，但是人们对高音段往往不太敏感
高段采用低分辨率，低频段保证足滤波 器 高端 SB-ADPCM 多 路 调 制 器 MUX
1。原理：频率高者编短码，反之用长码
2。Huffman 树
。排列。归并最小概率。分配 D: d1 d2 0.04 0.06 0 0.1 0 1 1 0.2 0 0.3 0 1 1 1 d3 d4 d5 0.1 0.1 0.3 d6 0.4
3。 特点：
.最小概率最长码，最大概率最短码 .码串分割是唯一的 01 001 01 01 001 00001 01
二. 运动补偿算法：
已知图象 I0 I1 I3 , I1需要预测 运动补偿单元： 宏块 单元 宏块预测公式：若已知运动量为 mv(x, y)，Fig45-4
则当前块预测 B’1(x,y) = B0(x+x, y+ y) 或双向预测 ： B’1(x,y) =( B0(x1+x1, y1+ y1) + B2(x2+x2, y2+ y2) )/ 2
f (x,y,t)
· 表达方式： 图象帧序列 Fig45-1。时间常数Δ t。 40ms。 · 数据量 bits: M × N × B × 3× 1/
二．
物体的运动特征 -- 相邻帧的相关性
1．运动量的一致性：相邻帧图象中物体作近似平移移动 。
2．运动变化的连续性：连续帧中物体变化轨迹平缓。
三
.
压缩编码 格式 A 格式 B 解压缩编码 所有的编码方式必须是可逆的

格式B 有较少的数据或较小的数值。
三. 多媒体数据压缩的可能性



声音图像中大量的空白或相同无变化的数据，称为冗余数据 信息 声音图像数据中相邻的数据往往变化不大，称为有较高的相 关性 人们对音像媒体的理解往往利用其与目的有关的主要特征， 去除与目的无关的信息不影响视听效果
多媒体数据压缩编码
1．压缩与编码 2．压缩编码的一般过程 2．1．编码器原理 2．2．常用的编码算法 3．语音压缩编码 静态彩色图象的压缩编码 1． 图象的压缩编码 2．JPEG 压缩编码的基本算法 3．其他JPEG压缩编码算法 5. 动态图象的压缩编码及MPEG标准 5. 1. 动态图象的一般特征及压缩原理 5. 2. MPEG图象的压缩算法
4。2。1。 编码器原理
映 射
{xi} {yi}
量 化 {vi}
g l M { (gi, li) } i=1,2, ...
编 码 {ci}
一。映射 ----减少减短数据。 1。变换法： 2。差分： 3。行程： M * N
N
二。 量化： v 0 1 -- 量化区间
10
1
2 3 y 20
30 40
２
．
子
块
DCT
变
换
― ― → F(u,v): 8 × 8 二 维 数 组 6 4 个 系 数 . DC 分 量 F(0,0) 图 象 平 均 灰 度 值 ， . AC 分 量 6 3 个 系 数 , 高频部分，图象细节 特点：系数集中在F(0,0) 左右
３
．
量
化 F‘(u,v)
： =
对 Int(
JPEG
压
缩
编
码
算
法


2．DPCM 框图 3．特点：质量高，基本无失真，但是压缩率不 大（2：1） Fig446
二．改进型JPEG 压缩算法

1．累进操作 原理： 压缩
恢复图象 删除部分系数
质量好？ 是
删除部分系数：高频系数： 象元数字的低位部分
2. 分层操作：
图象金字塔：分辨率从上到下层次增
高频部分采用粗区间，根据人的视觉对高频细节不敏感，进一步 压缩他们的系数大小
差分编码：相邻子块的DC分量相差不大，对他们采用 差 分 编 码 行程编码：其余63个系数按Z字型行程进行编码， 提 高 行 程 相 同 率
结 AC
果 分 符号１ 量
： :
符 DC 符 分
号 量 号
２ ： １
符
号
２
５
对
常用方法：DM, DPCM, ADPCM, LPC
3. 统计（熵）编码
根据数码出现的频数（概率）来分配码长度，概率大则分配短 码长，反之则长码，总体上减少 Bit 数。
Huffman码，算术编码。
4。 混合编码 多种方法联合使用，提高编码效率。 JPEG， MPEG, H261 ....
2. 压缩编码的一般原理
X1’
x 数值小，可以压缩效果 di = xi - xi’
x0
x1
x2
x1’ 估计正确，d1 数值很小系数， 如何估计 x1’ ?
xi’ = p*x i -1 + (1 - p)* m
m = xi 平均值
p = E{xi,xi-1}/E{xi*xi} 称为相关系数， p = 0 不相关 xi’ = m 为平均值
音频 数字化
低端 SB-ADPCM
4 静态彩色图象的压缩编码
1图象的压缩编码


1．图象压缩的指标： 。数据压缩率 比率（倍） = （压缩编码前总比特）/（压缩 编码后总比特） 。图象恢复质量：主观评价： 极好、好 、中、差、 劣
2．静态图象 ―― 单幅图象，彩色：RGB, YUV 。压缩原理：利用图象象元之间的相关性－帧内
编码
。压缩标准：JPEG ３．动态（运动）图象 ―― 连续拍摄的图象序列 。压缩原理：利用连续图象帧之间的高度相关性 －帧间编码 。压缩标准：MPEG
２． JPEG 压缩编码的基本算法 （ 基于DCT 变换的基本算法 ）
一.算法描述
１．子块分割
子块： 8 × 8 象元， 特点： 象元间变化平缓，相关性高
一．预测图象：
压
缩
原
理
：
运动量补偿 前帧图象 当前图象 二．双向预测：
前帧图象
当前图象
后帧图象
5.2 MPEG图象的压缩算法
一．MPEG图象序列
I: 帧内图 基准图象。用帧内压缩（类似于JPEG方法） P: 预测图 P : I + mv mv为运动补偿 B: 内插图 双向预测图 B : (P + I )/ 2
计算机系统中存贮、传送、处理均是以bit为单位，空间和时 间开销巨大，使得现有计算机上难于实现多媒体处理，压缩 数据是必要的。

二.压缩原则

目的 在保持信息不变的情况下，减少总的bit量； ---减少总的数据量 ---缩短每个数据长度； 什么是信息不变？

方式
寻找一种可逆的数字编码方法
三。 编码器
1。若 {vi }有M个可能值，则设置M 个二进制码与之对应， 例如：
M= 8： { v1，v2，v3，v4，v5，v6，v7，v8， }