第六章 多媒体数据压缩
第六章-多媒体技术基础习题
第六章-多媒体技术基础习题第六章多媒体技术基础一、是非题.1. 多媒体技术的集成性是指构成多媒体应用系统的硬件设备由多种产品集成而来。
A. 对B. 错2. 多媒体数据压缩和解压缩技术一直是多媒体技术中必须解决的关键技术。
A. 对B. 错3. MIDI文件保存的是MIDI设备演奏的乐曲波形数据。
A. 对B. 错4. 基于内容的检索技术研究是多媒体技术研究的重要领域。
A. 对B. 错5. 声音由频率和振幅两个基本参数决定，频率越高声音越响亮。
A. 对B. 错1．B 2．A 3．B 4．A 5．B6. 数字音频的特点是动态范围大，便于编辑和特效处理,但抗干扰能力差。
A. 对B. 错7. 语音的频率范围主要集中在100Hz～10kHz 范围内。
A. 对B. 错8. MP3数据压缩比可以达到20:1以上。
A. 对B. 错9. 模拟信号数字化时，采样频率超过信号本身频率的两倍以上即可。
A. 对B. 错10. 音频特效常常通过对音频波形的功率强度、时间上的延时、左右声道的混叠平衡等进行调整，达到特殊音响效果。
A. 对B. 错6．B 7．A 8．B 9．A 10．A11. 音频、视频的数字化过程中，量化过程实质上是一个有损压缩编码过程，必然带来信息的损失。
A. 对B. 错12. CMYK颜色模型是通过4种基本颜色按不同比例混合来表示各种颜色。
A. 对B. 错13. 用Photoshop编辑图片时，避免色彩损失的最佳方法是用Lab模式编辑图像，再转换成CMYK 模式打印。
A. 对B. 错14. Flash由于使用了矢量方式保存动画文件，并采用了流式技术，特别适合于网络动画制作。
A. 对B. 错15. 视频是一种动态图像，动画也是由动态图像构成，二者并无本质的区别。
A. 对B. 错11.A 12. B 13. A 14. A 15。
B二、单选题1. 其表现形式为各种编码方式，如文本编码、图像编码、音频编码等的媒体是______。
多媒体数据压缩技术
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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多媒体数据压缩技术
• PCM是概念上最简单、理论上最完善的编 码系统，是最早研制成功、使用最为广泛 的编码系统，它仅仅是对输入信号进行采 样和量化，但也是数据量最大的编码系统
• 下图中的“防失真滤波器”是一个低通滤 波器，用来滤除声音频带以外的信号； “波形编码器”可暂时理解为“采样器”， “量化器”可理解为“量化阶大小(stepsize)”生成器或者称为“量化间隔”生成 器。
• 利用子带编码达到既压缩声音数据又尽可 能保留声音原有质量的目的。
• 这种方法的具体思想是首先把时域中的声 音数据变换到频域中的多个子带当中，对 每个子带里的信号分别进行量化和编码， 根据心理声学模型确定样本的精度，从而 达到压缩数据量的目的。
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SLIDE 16
③ 层3的编码器最为复杂，编码器的输出数 据率为64 kb/s，广泛用于INTERNET传播。
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SLIDE 14
音频压缩标准
• MPEG-1 Audio (ISO/IEC 11172-3)压缩算 法是世界上第一个高保真声音数据压缩国 际标准，并且得到了极其广泛的应用。虽 然MPEG声音标准是MPEG标准的一部分，但 它也完全可以独立应用。数据的输入/输 出图如下：
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频域分析
信号频谱X(f)代表了信号在不同频率分量成分的大小，能够 提供比时域信号波形更直观，丰富的信息。
幅值
时域分析
频域分析
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SLIDE 2
频域分析
时域和频域的 对应关系
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多媒体信息的数据压缩PPT课件
根(root)
0|1
+------+----------------+
|
0|
1
|
+---------+-----------+
|
0 |1 0 | 1
a
+-------+------+ +-------+-------+
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20
(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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6
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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2
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
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。
第6讲-多媒体数据压缩编码方法
0
1
A 0
0 1 C
1 0 D 1 E
B
这幅图像的熵为: H（S）=(15/39) log2(39/15) + (7/39)log2(39/7) + (7/39)log2(39/7) + (6/39)log2(39/6) +(5/39)log2(39/5) = 2.1859 这说明每个符号可用2.1859位表示，39个象素需用85.25位。 编码中以N表示编码器输出码字的平均码长，用熵值衡量是 否最佳编码，即：当N>>H（S）有冗余，不是最佳；N< H(S)，不 可能；N≈H（S）（N稍大于H（S）），是最佳编码。
S=（A，B，C，D，E） 符号 出现的次数(Pi) A 15(0.3846) B 7(0.1795) C 6(0.1538) D 6(0.1538) E 5(0.1282)
log2(1/pi) 1.38 2.48 2.70 2.70 2.96
分配的代码 需要位数 0 15 100 21 101 18 110 18 111 15
• 离散信源
S1, S2 , ..., Sn X p(S ), p(S ), ..., p(S ), 2 n 1
p ( Si ) 1
i 1
n
• 图像的信息熵
H ( X ) p( Si ) I ( Si ) p( Si ) log 2 p( Si ) 1
第6讲 多媒体数据压缩 和信息编码
内 容 提 要
多媒体数据压缩基本特征和方法
图像统计特性
无损数据压缩编码方法 有损数据压缩编码方法
多媒体数据压缩基本特征和方法
1.数据压缩的处理过程：
编码过程：对原始数据进行压缩，便于存储和传输。 解码过程：对压缩数据进行解压，恢复成可用数据。
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。
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。
(广告传媒)多媒体数据压缩考试要点
1、熵对数据压缩编码的理论意义信源的熵是对该信源进行无失真编码的极限对信源进行无失真编码的最低码率就是该信源的熵如果对信源进行编码的码率小于信源的熵，则这种编码是有失真的 2、例：某一信源X 有四个符号，其出现概率为：则该信源的熵为：= 1.75 bit/符号平均码长L= =1/2*1+1/4*2+1/8*3= 1.75 bit/符号3、启示１：只要信源不是等概率分布的，就存在无失真数据压缩的可能性。
启示２：既然()m H p v非负，严格上凸，且等概率时达到最大，任一pj=1时达到最小值0，那么我们可以通过某中变换 T: m m A B → ，使12{,,,}m m B b b b =L 中某一个符号发生的概率尽可能大（1→）使其他的尽可能小（0→），这将有利于压缩，这就是变换编码的途径之一。
4\ 研究在限定失真下为了恢复信源符号所必需的编码率，简称率失真理论。
5.——表示输入为Ｘ，输出为Ｙ时，整个系统所具有的不确定程度 6、7、可见，只要允许误差存在，就可以减少编码输出的字符数，降低码率。
输出字符数越少，译码误差失真就越大。
8、 则平均失真 9、10、率失真函数是在允许失真为D 的条件下，信源编码给出的平均互信息量的下界。
——有失真时的信源编码的逆定理当编码码率R<()R D 时，无论用何种编码方式，其平均失真必大于D⎝⎛⎪⎪⎭⎫=8/18/14/12/143214a a a a A 81log 41*241log 4121log )21()(---=x H ⎝⎛⎪⎪⎭⎫1111101004321a a a a ∑i i l p (;)(,)log (,)i j i j i jH X Y p a b p a b =-∑∑(;)()(/)()log ()(,).log (/)(/).()()log ()().(/).log ()i i i j i j i i j j i i i i i j i i i jj I X Y H X H X Y p a p a p a b P a b Q b a p a p a p a p a Q b a Q b =-=-+=-+∑∑∑∑∑∑1111()(,).(,)().(/).(,)m n m n i j i j i j i i j i j i j D Q p a b d a b p a Q b a d a b ======∑∑∑∑()min (;)D Q Q R D I X Y ∈=11、变长码要正确识别码字起点就不是那么容易了，并且还存在着唯一可译性等问题。
大学计算机基础教程第六章 多媒体技术及应用
6.1.4 多媒体技术的发展
• ① 计算机系统本身的多媒体化。 • ② 多媒体技术与点播电视、智能化家电、 识别网络通信等技术互相结合，使多媒体 技术进入教育、咨询、娱乐、企业管理和 办公室自动化等领域。 • ③ 多媒体技术与控制技术相互渗透，进入 工业自动化测控等领域。
6.1.5 多媒体制作流程
图6-1 多媒体个人计算机的基本硬件组成
2.多媒体计算机软件系统
• 系统软件：控制多媒体硬件设备和组织，处理 多媒体数据 。 • 应用软件。在多媒体开发平台上设计开发的面 向领域的软件系统 。
6.1.3 多媒体计算机的基本特征
• • • • • • • 数字化 多样性 集成性 交互性 实时性 智能性 易扩展性
大学计算机基础教研室
第六章 多媒体技术及其应用
6.1 多媒体技术概述
6.2 多媒体数据处理 6.3 多媒体图像处理技术 6.4 多媒体音频处理技术 6.5 多媒体视频处理技术
6.6 多媒体动画制作技术
6.7 其他多媒体技术
6.1 多媒体技术概述
教 学 内 容
• • • • • 多媒体技术基本概念 多媒体计算机的基本组成 多媒体计算机的基本特征 多媒体技术的发展 多媒体制作流程
6.6.3 常见动画编辑工具简介
• • • • • Flash Ulead GIFAnimator Toon Boom Studio 3D Studio Max Maya
6.2.2 静态图像压缩编码的国际标准
• JPEG数据压缩标准
6.2.3 运动图像压缩编码的国际标准
• MPEG数据压缩标准
6.2.4 音频压缩编码的国际标准
6.3 多媒体图像处理技术
教 学 内 容
多媒体数据压缩基本原理
数据冗余的类别
1 空间冗余
这是图像数据中经常存在的 一种冗余。在同一幅图像中， 规则物体和规则背景的表面 物理特性具有相关性，这些 相关的光成像结构在数字化 图像中就表现为数据冗余。
多媒体技术与应用
多媒体数据压缩基本原理 1.1 多媒体数据压缩的必要性和可能性 1.2 数据冗余的基本概念与种类 1.3 图像压缩预处理技术 1.4 量化及其质量 1.5 数据压缩算法综合评价指标
1.1 多媒体数据压缩的必要性和可能性
数据压缩的必要性——数据量大
多媒体信息数据巨大是多媒体计算机系统所面 临的最大难题之一。在各种媒体信息中,视频信息数 据量最大,其次是音频信号，因此，为了处理和传输 多媒体信息不仅需要很大的存储容量,而且要有很高 的传输速度.
标量量化的量化特性采用阶梯形函数的 形式。图2.2给出了几种均匀量化器的量化特 性
y
yi+1
yi
xi xi+1
x
y x
y x
（a）中平型
（b）中升型
死区 （c）具有死区的中平型
图2.2 均匀量化特性
图中量化器的特性都是对称的，且
yi1 yi xi1 xi
（i 1,2,, N 1) （i 1,2,, N 1)
6 知识冗余
由图像记录方式与人对图像的知识之 间的差异所产生的冗余称为知识冗余。 例如 人脸的图像就有固定的结构，鼻子位于脸的
中线上，上方是眼睛，下方是嘴等
又如 建筑物的门和窗的形状、位置、大小比例 等,这些规律的结构可由先验知识和背景知识得到。
多媒体数据压缩
多媒体数据压缩一、引言本章介绍多媒体数据压缩的背景和目的，并提供本文档的概述。
二、多媒体数据压缩介绍本章将介绍多媒体数据压缩的定义、分类和应用领域。
2·1 定义在这一部分，将对多媒体数据压缩的概念和作用进行详细解释。
2·2 分类在这一部分，将介绍多媒体数据压缩的各种分类方法，如无损压缩和有损压缩，以及其它的分类依据。
2·3 应用领域在这一部分，将介绍多媒体数据压缩在各个领域的具体应用案例，并对其效果进行评估。
三、多媒体数据压缩的算法本章将介绍多媒体数据压缩的常用算法，如JPEG、MPEG等，并对其原理进行详细解释。
3·1 JPEG算法在这一部分，将介绍JPEG算法的原理、步骤和具体实现方法，并对其在图像压缩中的应用进行探讨。
3·2 MPEG算法在这一部分，将介绍MPEG算法的原理、步骤和具体实现方法，并对其在视频压缩中的应用进行探讨。
四、多媒体数据压缩的性能评估本章将介绍如何对多媒体数据压缩的性能进行评估，包括压缩比、失真等指标的计算方法和分析。
4·1 压缩比计算方法在这一部分，将介绍计算压缩比的方法和公式，并对其结果进行解读和分析。
4·2 失真评估方法在这一部分，将介绍如何评估多媒体数据压缩导致的失真，并对其结果进行解读和分析。
五、多媒体数据压缩的挑战和未来发展方向本章将介绍多媒体数据压缩所面临的挑战，以及未来的发展方向和趋势。
六、附件本文档涉及的附件包括相关研究论文、实验数据、压缩算法的代码等，详细信息请参见附件部分。
七、法律名词及注释本文涉及的法律名词及其注释，请参见法律名词及注释部分。
八、结论通过对多媒体数据压缩的详细介绍和分析，我们得出结论并对未来的发展进行展望。
----------附件：1·相关研究论文2·实验数据3·压缩算法的代码法律名词及注释：1·版权：指对于某一作品（包括文学、艺术、科学等领域）的创造者所享有的一种专有权利，用于保护其作品不被他人侵犯。
多媒体数据压缩
多媒体数据压缩多媒体数据压缩1. 介绍多媒体数据压缩是一种广泛应用于图片、音频和视频等多媒体文件的技术。
由于多媒体文件通常包含大量的数据，压缩技术能够减小文件的存储空间和传输带宽要求，提高数据的传输速率和存储效率。
本文将介绍多媒体数据压缩的原理和常用的压缩算法。
2. 图片压缩2.1 无损压缩无损压缩是指在压缩过程中不丢失任何原始数据的压缩方法。
其中最常用的无损压缩算法是GIF和PNG格式。
GIF格式通过限制颜色数量和使用LZW编码来实现数据压缩，而PNG格式则使用DEFLATE算法对图片数据进行压缩。
2.2 有损压缩有损压缩是指在压缩过程中会有一定的信息丢失的压缩方法。
最常用的有损压缩算法是JPEG格式。
JPEG格式通过使用离散余弦变换（DCT）将图像从时域转换到频域，并通过量化和哈夫曼编码来减小数据量。
压缩的程度可以通过调整量化表的精度来控制。
3. 音频压缩3.1 无损压缩无损压缩在音频领域并不常见，因为音频文件通常比较大，无损压缩往往无法达到很高的压缩比。
其中一个常用的无损压缩算法是FLAC格式。
FLAC格式通过使用线性预测和残差编码来减小数据的大小，保持音频的质量不变。
3.2 有损压缩有损压缩在音频领域非常常见，因为人耳对音频的感知有一定的容忍度。
最常用的有损压缩算法是MP3格式。
MP3格式通过使用MDCT变换将音频从时域转换到频域，并通过子带编码和声学模型来减小数据量。
压缩的程度可以通过调整比特率来控制。
4. 视频压缩4.1 无损压缩无损压缩在视频领域并不常见，因为视频文件通常非常大，无损压缩往往无法达到很高的压缩比。
其中一个常用的无损压缩算法是HuffYUV格式。
HuffYUV格式通过使用无损哈夫曼编码来减小数据的大小，保持视频的质量不变。
4.2 有损压缩有损压缩在视频领域非常常见，因为视频的冗余性很高，有很多可以被压缩的信息。
最常用的有损压缩算法是H.264和HEVC格式。
H.264和HEVC格式通过使用运动估计和帧间预测等技术来减小数据量。
多媒体数据压缩基础
.2.3 压缩和解压速度
在许多应用中，压缩和解压可能丌同时 使用，所以压缩和解压速度分别估计。 静态图像中，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，因为需要实时的从摄像机或VCR 中抓取动态视频
.2.4 软硬件处理能力
软硬件压缩、解压时需要有统一的标准。
软件：photoshop、kmplayer、暴风 影音 硬件：显卡、声卡
仙农-范诺编码算法需要用到下面两个基本概 念： （1）熵（Entropy） 某个事件的信息量（又称自信息）用Ii ＝ log2 pi表示，其中pi为第i个事件的概率，0< pi ≤ 1。 信息量Ii的概率平均值叫做信息熵，或简称熵。 熵是信息量的度量方法，它表示某一事件出现 的消息越多，事件发生的可能性就越小，数学 上就是概率越小。
三、多媒体数据压缩算法
3.1熵编码
熵编码是基亍统计的，可变码长的压缩 编码方法
方法：识别一个给定的数据流中出现频 率最高的比特或字节模式，幵用比原始 比特更少的比特数来对其编码；即出现 频率多的模式，编码位数越少，而出现 频率少的模式，其编码位数越多。
.3.1.1仙农—范诺编码 仙农-范诺（Shannon-Fano）编码的目的是 产生具有最小冗余的码词（code word）。其 基本思想是产生编码长度可变的码词。码词长 度可变指的是，被编码的一些消息的符号可以 用比较短的码词来表示。估计码词长度的准则 是符号出现的概率。符号出现的概率越大，其 码词的长度越短。
多媒体数据压缩基础
本节介绍
多媒体数据压缩原理 多媒体数据压缩性能指标 多媒体数据压缩的常用算法
课后作业
1. 为什么要迚行压缩、主要的数据冗 _、 ___、__和软件、硬件的处理能力
多媒体数据压缩
N 1
D pibi i0
式中，D为数据量，为第i个码元的二进制位数。
一般取 b0 b1 bN1(如ASCII编码把所有码元都编码为7
16
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
17
6.1.3 数据压缩技术的发展过程
20世纪40年代，人们开始系统地研究数据压缩技术；主要表现在 数据压缩算法方面：
首先是Claude Shannon与R.M.Fano的Shannon-Fano编码方法； 1952年，D.A.Huffman提出了Huffman编码方法； 1968年，P.Elias 发展了Shannon-Fano编码，构造出更为完美的 Shannon-Fano-Elias 编码。 1976年，J.Rissanen 提出了一种可以成功地逼近信息熵极限的编码 方法——算术编码。 1982年，Rissanen 和ngdon 一起改进了算术编码。 1977年，Jacob Ziv和Abraham Lempel提出了LZ77编码算法，78年 又作了改进，被称为LZ78编码算法。 1984年，Terry Welch提出了LZ78算法的变种算法——LZW。 LZ77、LZ78、LZW三种压缩技术就是目前无损压缩领域中最为流 行的、被称为“字典式编码”的压缩技术。
M=D-∆d 其中M表示实际媒体信息，D表示数字化后的采 样数据，∆d表示数据冗余量。
数据压缩就是从采样数据中去除冗余，即保留原始信息 中变化的、特征性信息，去除重复的、确定的或可推知的 信息，在实现更接近实际媒体信息描述的前提下，尽可能 的减少描述用的信息量。
多媒体数据压缩
多媒体数据压缩多媒体数据压缩1. 引言随着互联网的快速发展和移动设备的普及，多媒体数据的使用越来越多。
然而，多媒体数据通常具有较大的文件大小，这给数据的传输、存储和处理带来了挑战。
为了解决这个问题，多媒体数据压缩成为一项重要的技术，可以显著减小文件的大小，提高数据的传输效率和存储效率。
2. 多媒体数据压缩的基本原理多媒体数据压缩是指通过采用一定的压缩算法，将原始的多媒体数据以更小的体积表示的过程。
多媒体数据压缩可以分为有损压缩和无损压缩两种方式。
2.1 有损压缩有损压缩是指在压缩的过程中，会有一定程度的信息丢失。
有损压缩通常适用于一些对数据精确性要求不高的场景，如音频和视频的传输和存储。
常见的有损压缩算法有MP3、JPEG等。
2.2 无损压缩无损压缩是指在压缩的过程中，不会丢失任何信息。
无损压缩通常适用于对数据精确性要求较高的场景，如图像和文本的传输和存储。
常见的无损压缩算法有ZIP、PNG等。
3. 常见的多媒体数据压缩算法3.1 MP3MP3是一种常用的音频数据压缩算法，其采用有损压缩的方式。
MP3压缩算法通过去除音频数据中的冗余部分和听觉上不明显的部分，来达到压缩文件大小的目的。
虽然会有一定程度的音频质量损失，但对于普通用户来说，这种损失是很难察觉的。
3.2 JPEGJPEG是一种常用的图像数据压缩算法，其同样采用有损压缩的方式。
在JPEG压缩算法中，将图像分成多个8x8的小块，然后对每个小块进行离散余弦变换和量化处理，最后再对处理后的数据进行熵编码。
JPEG压缩算法可以显著减小图像文件的大小，但会对图像质量产生一定的影响。
3.3 ZIPZIP是一种常用的通用数据压缩算法，其采用无损压缩的方式。
ZIP压缩算法通过预测和替代重复出现的数据来减小文件的大小，从而实现数据的压缩。
ZIP压缩算法广泛应用于文件的存储和传输，能够有效地减少存储空间和传输时间。
3.4 PNGPNG是一种常用的图像数据压缩算法，其同样采用无损压缩的方式。
多媒体数据压缩
多媒体数据压缩
多媒体数据压缩是指通过一系列算法和技术，将多媒体数据以
更小的尺寸进行存储或传输的过程。
多媒体数据主要包括图像、音
频和视频等形式。
压缩多媒体数据可以减少存储空间和传输带宽的
需求，从而提高数据的传输效率和用户体验。
常见的多媒体数据压缩方法有以下几种：
1. 图像压缩：常见的图像压缩算法有无损压缩和有损压缩两种。
无损压缩方法包括Run-length Encoding (RLE)、LZW和Huffman编
码等；有损压缩方法如JPEG使用了离散余弦变换(DCT)和量化等技术，通过牺牲一定的图像质量来实现较高的压缩率。
2. 音频压缩：音频压缩方法主要有无损压缩和有损压缩两种。
无损压缩方法如FLAC和ALAC能够将音频数据压缩到更小的文件大
小且不损失音频质量；有损压缩方法如MP3和AAC利用了人耳的听
觉特性，通过减少对听觉上不敏感的部分数据来实现较高的压缩率。
3. 视频压缩：视频压缩方法通常采用有损压缩。
常见的视频压缩标准包括MPEG-2、MPEG-4和H.264等。
视频压缩技术主要利用了时域和空域的冗余性，以及运动补偿、帧间预测等技术，通过减少冗余信息和丢弃一些不重要的细节来实现高效的压缩。
多媒体数据压缩对于互联网、移动通信、存储设备等领域都非常重要，可以大大提升数据的传输速度和存储效率。
但也会牺牲一定的数据质量，在实际应用中需要根据具体需求权衡压缩率和数据质量。
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j 1
1 1 H ( X ) log 2 log 2 N N j 1 N
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N
最大熵
6.2.3 信息熵的范围
当P(x1)＝1时，P(x2)＝P(x3)＝…＝P(xj)＝0， 则此时熵为：
H ( X ) P( x1 ) log 2 P( x1 ) 0
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视觉冗余
人类的视觉系统对图像场的敏感度是非均 匀的。但是，在记录原始的图像数据时， 通常假定视觉系统近似线性的和均匀的， 对视觉敏感和不敏感的部分同等对待，从 而产生比理想编码（即把视觉敏感和不敏 感的部分区分开来的编码）更多的数据， 这就是视觉冗余。
人类视觉系统的一般分辨能力估计为26灰度等 级，而一般图像的量化采用的是28的灰度等级。 这也被称之为视觉冗余。
重复步骤2、3，直到出现的概率和为1。 分配代码
• 代码分配从最后一步开始反向进行，对最后两个概 率一个赋予0代码，一个赋予1代码。记录下从树的 根到每个信源符号终节点的0和1序列。
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6.3.1 Huffman编码
Huffman编码中求平均码长的方法：
概率×码长
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预测编码
预测编码
预测编码是根据离散信号之间存在着一定关联 性的特点，利用前面一个或多个信号预测下一 个信号进行，然后对实际值和预测值的差（预 测误差）进行编码。如果预测比较准确，误差 就会很小。在同等精度要求的条件下，就可以 用比较少的比特进行编码，达到压缩数据的目 的。 如：增量调制（DM）、差分脉冲编码调制 （DPCM）、自适应增量调制（ADPCM）等。 主要用于声音编码。
设原图像的平均码长为 L，熵为 H(X)，压缩后 H(X ) 图像的平均码长为Lc，则编码效率为：
L L c
压缩比为：C L
1 L H(X ) 1 冗余度为：R 11 R H(X ) L
1 1 R
Lc
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6.3 常用的无损数据压缩方法
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6.3.1 Huffman编码
至于哪个为“1”哪个 具体的编码步骤 为“0”则无关紧要， 将信源出现的概率由大到小排序。 最后的结果仅仅是分 配的代码不同，而代 将两处最小概率组合相加，形成新概率。 码的平均长度是相同 将新概率与未编码的字符一起重新排序。 的。
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6.1 多媒体数据压缩概述 基于数据冗余
6.1.3 多媒体数据压缩的原理 1.图像数据压缩的主要依据有两个
的压缩技术是 无损压缩技术
一是图像数据中有许多重复的数据，使用数学 方法来表示这些重复数据就可以减少数据量； 另一个依据是人眼睛对图像细节和颜色的辨认 有一个极限，把超过极限的部分去掉，这也就 达到了数据压缩的目的。
在图像压缩系统组成中，变换和编码是无损耗 的，而量化是有损耗的。无损压缩方法仅利用 了统计冗余，而没有利用量化器。有损压缩方 法既利用了统计冗余又采用了量化器，利用了 心理视觉冗余。
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6.1.4 数据压缩方法的分类
1.根据编、解码后数据是否一致来进行分 类，数据压缩的方法一般被划分为两类：
多媒体技术
1
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第6章 多媒体数据压缩
6.1
多媒体数据压缩概述
数据压缩的技术基础 常用的无损数据压缩方法
6.2
6.3
6.4
常用的有损数据压缩方法
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2
6.1 多媒体数据压缩概述
6.1.1 多媒体数据压缩的必要性
⑴ 原始采样的媒体数据量巨大 ⑵ 有效利用存储器存储容量 ⑶ 提高通信线路的传输效率 ⑷ 消除计算机系统处理视频I/O瓶颈
基于人眼视觉特 性的压缩技术是 有损压缩技术
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6.1.3 多媒体数据压缩的原理
2. 图像压缩说明
视频压缩与语音相比，语音的数据量较小，且 基本压缩方法已经成熟，目前的数据压缩研究 主要集中于图像和视频信号的压缩方面。 压缩处理过程有两个过程，编码过程是将原始 数据经过编码进行压缩，以便存储与传输；解 码过程是对编码数据进行解码，还原为可以使 用的数据。
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3
6.1 多媒体数据压缩概述
6.1.2 多媒体数据压缩的可能性
常见的图像数据冗余种类：
• • • • • ⑴ 空间冗余 ⑵ 时间冗余 ⑶ 结构冗余 ⑷ 知识冗余 ⑸ 视觉冗余
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空间冗余
在任何一幅图像中，均有由许多灰度或颜 色都相同的邻近像素组成的区域，它们形 成了一个性质相同的集合块，即它们相互 之间具有空间上的强相关性，在图像中就 表现为空间冗余。
可逆编码（无损编码）。此种方法的解码图像 与原始图像严格相同，压缩比大约在2:1~5:1之 间。主要编码有Huffman编码、算术编码、行 程长度编码等。 不可逆编码（有损编码）。此种方法的解码图 像与原始图像存在一定的误差，但视觉效果一 般可以接受，压缩比可以从几倍到上百倍调节。 常用的编码有变换编码和预测编码。
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结构冗余
在有些图像的纹理区，图像的像素值存在 着明显的分布模式。
例如，方格状的板图案等，我们称此为结构冗 余。已知分布模式，可以通过某一过程生成图 像。
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知识冗余
有些图像的理解与某些知识有相当大的相 关性。例如：狗的图像有固定的结构，狗 有四条腿，头部有眼、鼻、耳朵，有尾巴 等。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。
Lc P ( x j ) L( x j )
j 1
平均码长 Lc 的计算公式为： n
（j=1,2,…,n）
其中：P(xj) 是信源X发出xj的概率，L(xj)为xj的编码长。
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6.2.5 冗余度、编码效率与压缩比
在数字图像通信系统中，冗余度、编码效 率与压缩比是衡量信源特性以及编解码设 备性能的重要指标。
信源符号的概率如下，请按要求作答：
• • • • 画出其Huffman编码的编码树 给出各信源符号的码字与码长 计算该信源的平均码长。 （说明：大概率符号赋予0，小概率符号赋予l，相 同概率情况下上面的是0，下面的是1。） X4 0.1 X5 X6 0.05 0.05
X X1 X2 X3 P(X) 0.35 0.25 0.20
由上可得熵的范围为：
最小熵
0 H ( X ) log 2 N
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6.2.4 平均码长
在编码中用熵值来衡量是否为最佳编码。若 以Lc表示编码器输出码字的平均码长，则当
Lc≥H(X) 有冗余，不是最佳。 Lc＜H(X) 不可能。 Lc＝H(X) 最佳编码（Lc稍大于H(X)）。 熵值为平均码长Lc的下限。
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6.1.4 数据压缩方法的分类
2.根据压缩方法的原理，可将其具体划分 为以下几种：
⑴ 量化与向量量化编码 ⑵ 预测编码 ⑶ 变换编码 ⑷ 信息熵编码 ⑸ 混合编码
• 变换编码与预测编码相结合
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量化与向量量化编码
对像元点进行量化时，除了每次仅量化一 个点的方法外，也可以考虑一次量化多个 点的做法，这种方法称为向量量化。即利 用相邻数据间的相关性，将数据系列分组 进行量化。
6.3.1 Huffman编码 6.3.2 算术编码 6.3.3 行程RLE编码 6.3.4 词典编码
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6.3.1 Huffman编码
基本原理
依据信源字符出现的概率大小来构造代码，对 出现概率较大的信源字符，给予较短码长，而 对于出现概率较小的信源字符，给予较长的码 长，最后使得编码的平均码字最短。
概率相等
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概率不等
6.2.2 信息熵的计算
2.信息熵:平均信息量
信源X发出的xj（j=1,2,…,n）共n个随机事件， 每个事件产生的平均信息量为： n H ( X ) E{I ( x j )} P( x j ) log 2 P( x j )
H(X)称为信源X的“熵”，即信源X发出任意 一个随机变量的平均信息量。 概率×信息量
a5
0.1
a6
0.03
1 0
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Huffman编码练习一答案
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变换编码
变换编码
将图像时域信号转换为频域信号进行处理。数 据处理时可以将主要的注意力集中在相对较小 的区域，从而实现数据压缩。
• 一般采用正交变换，如：离散余弦变换（DCT）、 离散傅立叶变换（DFT）
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信息熵编码
信息熵原理
让出现概率大的信号用较短的码字表示，反之 用较长的码字表示。
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6.3.1 Huffman编码
Huffman编码练习一:
设输入图像的灰度级{a1,a2,a3,a4,a5,a6}出现的 概率分别是0.4、0.2、0.12、0.15、0.1、0.03。 试进行哈夫曼编码，并计算平均码字长度。
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6.3.1 Huffman编码
Huffman编码练习二:
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6.1称有损压缩法，有失真压缩，是指使用压缩 后的数据进行解压缩，解压之后的数据与原来 的数据有所不同，但不会让人对原始资料表达 的信息造成误解。