《多媒体技术与应用》 第三章

多媒体技术与应用
3.3 多媒体数据压缩的国际标准
3.3.1 JPEG标准
JPEG标准有两种基本的压缩算法，一种是基于离散余弦变换DCT的有损压缩 算法；另一种是基于空间预测的无损压缩算法。在压缩比为25:1的有损压缩
算法下，压缩还原后得到的图像与原始图像相比较几乎没有区别，因此基于
离散余弦变换DCT的有损压缩算法得到了广泛的应用。
图3-1 图像和视频压缩方法
多媒体技术与应用
3.2.1 有损压缩编码
预测编码
预测编码方法是根据某一模型，利用以往的样本值进行预测。预测编码方法在图
像数据和语音信号数据压缩中都得到广泛应用，它是针对数据的统计冗余进行压 缩的一种方法。
变换编码
变换编码也是一种对统计冗余进行压缩的方法。变换编码并不直接对信号进行压 缩编码，而首先将信号映射到另一个域中，产生一组变换系数，然后对这些系数 进行量化、编码、传输。一般在空间上具有强相关性的信号，反映在频域上则是 能量被集中在某些特定的区域内，或是变换系数的分布具有规律性。利用这些规 律，在不同的频率区域上分配不同的量化比特数，可以达到压缩数据的目的。
多媒体技术与应用
8×8图像块
DCT基编码器
FDCT
源图像数据
量化器
熵编码器
压缩图像数据
量化表
图3- 5 DCT基压缩编码步骤
熵编码表
DCT基解码器
压缩图像数据
熵解码器
逆量化器
IDCT 重构图像数据
熵编码表Hale Waihona Puke Baidu
量化表 图3-7 DCT基解压缩步骤
多媒体技术与应用
3.3.2 MPEG标准

MPEG-1标准：称为多媒体运动图像和伴音的数据压缩编码标准。 MPEG-2标准：称为“活动图像及有关声音信息的通用编码”标准。 MPEG-4标准：是为解决多媒体计算机技术中对数据压缩编、解码技术及 其遵循标准的高需求而推出的新的国际标准。 MPEG-7标准：称作“多媒体内容描述接口”。它为各种类型的多媒体信 息规定一种标准化的描述。
多媒体技术与应用
MPEG音频压缩标准有以下特点： 1. 音频信号采样率可以是22KHz，44.1 KHz或48KHz。 2. 压缩后的比特流可以按以下3种模式之一支持单声道或双声道： （1） 提供给单音频通道的单声道模式。 （2） 提供给两个独立的单音频通道的双—单声道模式。 （3） 提供给立体声通道的立体声模式。 3. 提供3个独立的压缩层次：(MP1，MP2，MP3) 4. 编码后的比特流支持循环冗余校验CRC。 5. 还支持在比特流中携带附加信息。


MPEG-21 标准：正式名称为多媒体框架。试图用多媒体框架将各种服务
综合在一起并进行标准化。
多媒体技术与应用
视频压缩和音频压缩标准 视频压缩标准 视频压缩算法用使用了帧间预测编码技术、运动补偿技术、空间压缩（帧 内压缩）技术以及上一节介绍到的哈夫曼熵编码技术。
帧间预测编码技术 I运动补偿技术 空间压缩（帧内压缩）技术
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变换编码原理如图3-3所示。
输入端
变换 G U
A 量化
A’ 编码器 发 送 端 解码器 信 道
输出端
逆变换
U’′ 图3-3 变换编码原理图
G’
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3.2.2 无损压缩编码
哈夫曼编码属于一种变字长码，把信息源事件按概率大小顺序排列，对出现概 率大的信息源事件赋予短码字，而对于概率小的信息源事件赋予长码，只要码 字长度按照信息出现的概率大小逆顺序排列，则平均码字长度一定小于其它任 何事件顺序的排列方式。 实现哈夫曼编码的步骤是： 1. 将信息源事件按概率递减顺序排列: 如P(1)＞P(2)＞…＞P(Sm-1)＞P(Sm) 2. 把其中两个最小的概率P(Sm-1)、P(Sm)挑出来，且将事件“1”赋给其中 最小的即 3. 把两个最小概率相加作为新事件的概率，即求出: P(Si) =P(Sm-1) 十 P(Sm)。P(Si)是对应于一个新的消息的概率。 4. 将P(Si)与上面未处理的（m－2）个消息P(Sm-2)的概率重新由大到小再排 列，构成一个新的概率序列。 5. 重复步骤2）、3）、4），在每次合并信息源时，将被合并的信源分别赋 “0”和“1”直到所有m个事件的概率均已全部合并处理为止。 6. 寻找从每一个信息源事件到概率总和为1处的路径，对每一信息源事件写出 “1”、“0”序列（从树根到信息源事件节点）作为码字。
第三章
多媒体数据压缩编码 技术
多媒体技术与应用
3.1 多媒体数据压缩的重要性
3.1.1 多媒体数据压缩的必要性
信息时代的重要特征是信息的数字化。早期的信息用模拟方式表示，模拟 存在着明显的缺点：在信息的传输过程中会产生噪音和信号丢失；信息在 复制过程中其噪音和误差会逐步积累；模拟信号不适合数字计算机加工处
理。信号的数字化克服了上述缺点，但数字化后未经压缩的视频和音频等
媒体信息的数据量是非常大的。 在多媒体系统中，如果不进行数字信息的压缩处理，计算机系统几乎无法
对多媒体数据进行存取和传输。对多媒体数据进行压缩是非常必要的。
多媒体技术与应用
3.1.2 多媒体数据压缩的可行性
可以根据不同的冗余设计相应的数据压缩技术。 时间冗余 空间冗余 空间冗余和时间冗余是将图像信号看作为随机信号时所反映出的 统计特征，因此有时把这两种冗余称为统计冗余。 结构冗余 知识冗余 视觉冗余 听觉冗余
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3.2 多媒体数据压缩方法
数据压缩技术的性能指标有三个： 压缩比： 图象质量： 压缩和解压的速度：
图像和视频压缩方法
无损压缩
有损压缩
哈夫曼编码
行程编码
预测编码
变换编码 DCT编码 小波变换
模型编码
混合编码 JPEG
算术编码 LZW编码
分形编码
MPEG
运动补偿
子带编码
H.261
音频压缩标准 MPEG-1 音 频 编 码 是 国 际 上 制 定 的 第 一 个 高 保 真 立 体 声 音 频 编 码 标 准
(ISO11172-3) 。 通 过 对 14 种音 频 编 码 方 案的 比 较 测 试， 最 后 选 定 了 以
MUSICAM为基础的三层编码结构。根据不同的应用要求，使用不同的层来构 成其音频编码器。