压缩编码标准.

利用什么原理来进行压缩?
数据中存在冗余 空间冗余（前后图象之间存在相关性） 结构冗余（具有纹理结构的图象区域） 知识冗余（具有规律性的结构，用于图象理解上，如人脸） 视觉或听觉冗余（人眼或人耳具有一定的掩蔽效应） 统计冗余（出现的频率具有一定的规律性，如元音多，有些辅音很少出现） 信息熵冗余（又叫编码冗余，用相同位数进行编码产生的冗余）
正交变换前两个样本的联合事件 正交变换后两个样本的联合事件
百度文库
原始信号为：s，预测器产生的预测值为： 编码器 s” 预测误差：e=s-s” 发送端：发送经过量化的误差e’ 接收端：用相同的预测器获得预测值s”, 输出s’=s”+e’
输入 s + + e
量化器
e’
编码器
信道
s”
+
预测器
s’
最终误差为： s’-s = s”+e’-s = e’ – (s-s”) = e’-e

基本概念
多媒体数据为什么要压缩?
声音、图像、视频和动画的数据量太大 1分钟立体声音乐（采样频率为44.1KHZ，16位量化精度）的数据量： 44.1 * 1000 * 16 * 2 *60 / 8 =10.09MB 存储一首4分钟的歌曲约需40MB 1副640*480的彩色图像（RGB颜色模式）的存储容量为： 640*480 * 24 / 8 = 900KB 那么1秒钟（25帧/秒）的视频数据量为 25*900KB = 21.97 MB 1张650MB的CD ROM光盘只能存储约 650 / 21.97 = 29.59 秒的视频数据
2. 行程编码（游程编码）
原理:将连续相同的数据序列用重复次数和单个数据来表示。 编码格式：控制符+重复次数+被重复字符 应用：用于图像文件的压缩（尤其适合于由计算机生成的图像） 如bmp和tif等图像格式。 例：字符串为：atttefppppppddddss 行程编码为：a*3tef*6p*4d*2s 其中：* 为控制字符（重复次数在3次以上才有压缩的意 义，重复次数越多压缩比越高）
3. 变换编码: 将图像信号从一个域（如时间域）变换到另外一个域（如频率域），然后
对变换后的信号进行量化与编码。
原始信号输入 变换 量化 编码 编码信号输出
例:有两个相邻的数据样本x1和x2,每 个样本采用3bit编码,各自都有23=8个 幅度等级,两个样本的联合事件共有 23×23 =64 种可能,如下左图用64个 坐标点表示,对一般的像来说,两个相 邻的数据样本很有可能出现近似的幅 度,即很可能出现在x1=x2直线附近。
补充:多媒体数据压缩技术.
1. 多媒体数据压缩的基本概念和方法
压缩的基本概念 数据压缩分类 数据压缩的评价标准
2. 数据压缩的常用编码方法
PCM编码 预测编码 变换编码 行程编码 霍夫曼编码
3. 多媒体数据压缩编码的国际标准
音频压缩编码标准
静态图像压缩标准 动态图像压缩标准 视频压缩编码标准
2
预测编码
3
变换编码
1. PCM（Pulse Code Modulation,脉冲编码调制）
(1) (2) (3) 采样：按固定时间间隔获取一个样本值 量化：按允许的误差将样本对应到近似的数值（幅度上的离散 化） 。有均匀量化和非均匀量化。 编码：用二进制代码表示采样量化后的样本值。
2.预测编码 （1）DPCM(差分脉冲编码调制)
例1：字母A B C D E出现的概率分别为0.15、0.25、0.1、0.37和0.13，其霍夫曼编码为： A: 00 B: 10
0 P(ACEBD)=1 1
C: 010 D: 11 E: 011
0 1 P(ACE)=0.38
P(BD)=0.62
0 1
假设共有100个字符,若采用等长编码， 每个字符至少需要3位二进制，100个字 母需要300位，采用霍夫曼编码则只需要 15*2+25*2+10*3+37*2+13*3=223位。 压缩比为 300：223 = 1.34：1
若采用等长编码，至少需要3位二进 制，100个字母需要300位，采用霍 夫曼编码则需要: 53*1+25*2+7*4+5*4+10*3=181位 压缩比为 300：181 = 1.65:1
P(EDC)=0.22 0 P(E)=0.1 1
P(DC)=0.12 0 P(D)=0.05 1 P(C)=0.07 0
解码信号输出 反变换 解码
编码信号输入
变换编码的工作原理图
对该数据进行正交变换，将坐标系逆时针 旋转45度，如下右图所示，在新坐标系中 y1对应到x1=x2这条直线，那么变换后的 数据样本集中在y1轴上，对这部分集中的 数据进行量化、编码和传输，其他数据不 做处理，这样就达到了压缩数据的目的。
常用的变换编码方法有： 1、K-L变换 2、傅立叶变换 3、离散余弦变换等
编码方法
霍夫曼编码
2
行程编码
3
算术编码
1. 霍夫曼（Huffman）编码
算法步骤：


（1）按照符号出现的概率大小进行排序 （2）把最小的两个概率值相加，得到一个新的概率序列 （3）重复上述两个步骤，直到概率值为1 （4）从后往前进行编码，概率大的赋予1，概率小的赋予0。 （反过来也可以) （5）写出每个符号的码字
（3）帧间预测编码
利用视频图像各帧之间的时间相关性，减少帧内图像信号的冗余，即不直接传送 当前帧的像素值，而是传送x和其前一帧或后一帧对应像素x’之间的差值。
运动补偿的帧间预测 帧间内插法
（4） 线性预测编码（Linear Predictive Coding,LPC）
是一种类似于人类语音产生方式、采用周期性的脉冲激活过滤器的语音编码方案。 采用过去的样本值，以一种前向反馈的方式预测当前采样值，预测值可以用过去p 个样本值的线性组合来表示。该方法被广泛应用于语音处理。
（即量化器产生的量化误差）
解码器 输出
s’
+ e’
编码器
+
信道
预测器
s”
（2）ADPCM（自适应脉冲编码调制）
1）自适应量化：当信号分布不均匀时，能随输入信号的变化改变量化区间的大小。 2）自适应预测：采用过去的样本值估算下一个输入样本的预测值，得到最小的实际 样本值与预测值之间的差值。（避免DPCM方法中的误差扩散）
数据压缩的分类
无损压缩 有损压缩
霍夫曼编码
行程编码
算术编码
PCM编码
预测编码
变换编码
混合编码
DPCM编码
离散余弦变换 K-L变换 小波变换
JPEG MPEG H.261
数据压缩的评价标准
ADPCM编码
压缩比：越大越好 压缩质量：数据失真越小越好 压缩与解压缩的速度：速度越快越好
帧间预测编码
常用的压缩编码方法
二、有损压缩：压缩时会丢失部分数据，且丢失的数据无法 恢复。是不可逆的压缩，即解压缩以后的数据与原始数据不 完全一致。
序号 编码方法 基本原理
1
PCM编码 将模拟量经过采样、量化和编码得到其数字编码。 （脉冲编码调制） 根据算法模型，用已有的样本值对新样本进行预测， 得到一个预测值，将实际值与预测值相减得到预测 误差，再对该误差值进行编码，如果预测越准确， 误差值就越小（那误差的幅度肯定小于原始信号）， 那编码所需的位数就可以减少，达到压缩的目的。 将原始信号从一个域（如时间域）变换到另一个域 （如频率域），然后对变换后的信号进行编码。主 要用于图像数据的压缩。
P(A)=0.15
P(CE)=0.23
0 P(C)=0.1 1 P(E)=0.13
P(B)=0.25
P(D)=0.37
例2：字母A B C D E出现的概率分别为0.53、0.25、0.07、0.05和0.1，其霍 夫曼编码为：
A: 1 B: 01 C: 0011 D: 0010 E: 000
0 P(EDCB)=0.47 1 P(B)=0.25 P(A)=0.53 0 P(EDCBA)=1 1
一、无损压缩：减少或去除数据中的冗余，可以无失真地还原成原来的数据，
一般适合压缩数据或程序，但是压缩比较小，一般在2：1到5：1之间。 序号 1 基本原理 利用不同码字出现的概率不同，出现概率大的码 字短，出现概率小的码字长。 将重复出现的数值序列采用出现次数和单个数值 来表示 将编码的消息表示成0到1之间的一个间隔，消息 越长，间隔就越小，编码所需二进制位数越多。