多媒体第七章

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2、MPEG-2标准
2、电视节目的非线性编辑系统及其网络 在非线性编辑系统中,节目素材是以数字压 缩方式存储、制作和播出的,视频压缩技术是非 线性编辑系统的技术基础。 MPEG-1技术虽然可 以进行精确到帧的编辑,但是压缩效率不高。 MPEG-2用帧间压缩的方式,只需要进行I帧 的帧内压缩处理,因此传输和运算的数据大多由 帧之间的时间相关性得到,相对来说数据量小, 可以实现较高的压缩比。
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视频压缩编码的基本概念
90年代以来,ISO(国际标准化组织)制定 了一系列音、视频编码技术标准和建议,其中 包括我们常见的ISO指定的MPEG系列标准。 在视频压缩中常需用到以下的一些基本概念: 1、压缩后的多媒体信息的质量: • 压缩后,多媒体信息的质量也就是解压缩 后恢复的效果。根据压缩方法的不同,数据压 缩有两种: • 即有损压缩和无损压缩;
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有损压缩
有损压缩:也叫失真压缩,压缩后的数据 经过解压缩还原后,得到的数据与原始数据不 完全相同。即被还原的数据与原始数据有一定 的误差,但是人的主观上的视觉或者听觉效果 可以接受。 有损压缩意味着解压缩后的数据与压缩前 的数据不一致。 特点:能提供较高的压缩比,但是使用大 的压缩比时保证图像或声音的质量是比较困难 的。
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3、MPEG-4标准
例如:我们可以将一个卡通人 物放在真实的场景中,或者将真人 置于一个虚拟的演播室里,还可以 在互连网上方便地实现交互,根据 自己的需要有选择地组合各种视频、 音频及图象文本对象。
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3、MPEG-4标准
MPEG-4的编码理念是: MPEG-4 标准在编码时将一幅景物分成若干在时 间和空间上相互联系的视频音品对象, 分别编码后,经过传输到接收端,然后 再对不同的对象分别编码,从而组合成 所需要的视频和音频。这样既方便我们 对不同的对象采用不同的编码方法和表 示方法,又有利于不同数据类型间的融 合,并且可以方便地实现对于各种对象 的操作和编辑。
第七章:数据压缩技术与压缩标准
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一、为什么要进行压缩?
• 多媒体计算机要处理的对象包括: • 图形、静态图像、动画、动态视频图像、 语言、音乐、声音等多种媒体信息。 • 多媒体的元素往往需要占用 很大的 存储空间。例如:一分钟的WAV声音要 占用10MB的存储容量,一分钟的AVI视 频要占用50MB的存储容量。
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MPEG数字视频编码
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一、引言
MPEG(Motion Picture Experts Group,运动图像 专家组) 1988-1992 提出标准化方案。 1991年11月提出草案 JPEG 和MPEG同属于一个工作组。 1993年11月通过 ISO/IEC 13818 MPEG标准:包括MPEG视频、MPEG音频和 MPEG系统(视音频同步)三个部分。 JPEG 和MPEG同属于一个工作组。
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新一代静止图像压缩标准
• JPEG-2000 1、JPEG图像只保留了反映图像外貌的基 本信息,精细的图像细节都损失了。而JPEG2000得压缩比比JPEG提高了百分之四十左右。 另外JPEG-2000的系统稳定性好,运行平稳, 易于操作。 2、 同时用户可以任意指定图像上感兴趣 区域的压缩质量。还可以选择指定的部位先解 压缩,从而使得重点突出,实现了交互式压缩。
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1、信息压缩比: 是指压缩前后所需要 多媒体数字信息存 储量之比,减少的越多,压缩的技术就越复杂。 例如:一幅256*240分辨率的图像,压缩后, 存储量为15000B。则每个像素只需要2位。 即:15000*8/256*240=2b/像素。
Байду номын сангаас10
数据能够压缩的依据是什么
人们研究发现,图像数据表示中存 在着大量的冗余。通过去除那些冗余数 据可以使原始图像数据极大的减少,从 而解决图像数据量巨大的问题。 图像数据压缩技术就是研究如何利 用图像数据的冗余性来减少图像数据量 的方法。
– 这类规律性的结构 可以由先验知识和 背景知识得到 – 例如:人脸的图像
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多媒体数据压缩编码的可能性
4、视觉冗余 – 可以根据这些视觉特性来对图象信息进行取舍 • 对亮度变化敏感,而对 色度的变化相对不敏感 • 在高亮度区,人眼对亮 度变化敏感度下降 • 对物体边缘敏感,内部 区域相对不敏感 • 对整体结构敏感,而对 内部细节相对不敏感
1、空间冗余(空间相关性) 空间冗余是图像数据中经常存在的一种 冗余。在一幅图像中,规则物体和规则背景 (所谓规则是指表面是有序的、不是完全杂 乱无章的排列)的表面物理特性具有相关性, 这些相关性的光成像结果在数字化图像中就 表现为数据冗余。
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多媒体数据压缩编码的可能性
• 这是静态图像中存在的 最主要的一种数据冗余 • 即对同一景物表面上采 样点的颜色之间存在着 空间连贯性 • 例如:图像中一片连续 的区域,其像素为相同 的颜色,空间冗余产生
MPEG-2标准最高两千多线两千多线,可 适合HDTV
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2、MPEG-2标准
MPEG -2图象压缩的原理是利用了图象中的 两种特性,即空间相关性和时间相关性,这两种 相关性使图象中存在大量的冗余信息,如果我们 能够将这些冗余信息除去,只保留少量非相关信 息进行传输,就可以大大节省传输频带。 而接收端利用这些非相关信息,按照一定 解码算法,可以在保证一定图象质量的前提下恢 复原始图象。 一个好的压缩编码方案就是能够最大限度地 去除图象中的冗余信息。
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无损压缩
无损压缩:也叫无失真压缩,压缩后的 数据经过解压缩还原后,得到的数据与原始 数据严格相同。即被压缩的原始数据时完全 可以恢复的,或者说没有偏差的。 无损压缩:也即压缩前和解压缩后的数 据完全一致。 特点:不能提供较高的压缩比。 方法:哈夫曼编码,算术编码,行程编 码等使用统计方法或者字典查找等方法进行 压缩
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多媒体数据压缩编码的可能性
2、时间冗余(时间相关性) 这是语音数据和序列图像(电视图 像和运动图像)中所经常包含的冗余。 在一个图像序列的两幅相邻图像中,后 一幅图像与前一幅图像之间有着较大的 相关,这反映为时间冗余。
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多媒体数据压缩编码的可能性
3、知识冗余 有许多图像的理解与某些基础知识 有相当大的相关性
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视频压缩的可行性
• 从信息论的角度看,信息压缩就是从 时域、空间域两方面去除冗余信息,将可 推知的确定信息去掉。在时域中,连续几 幅的视频通常有很强的相关性,特别是在 时域采样率非常高的时候尤其如此,在空 间域中,通常象素采样点之间是相互关联 的(相邻象素之间的值很相近)。
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多媒体数据压缩编码的可能性
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编码技术
• 所谓编码:可以理解为对压缩理论 的具体实施,或者说是实施的过程和方 法。目前有两类压缩编码方法。 • 目前压缩编码方法已经成熟,比如 JPEG,MPEG-1,MPEG-2等。
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数据压缩编码的国际标准
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一、静态图像压缩编码的国际标 准(JPEG)
JPEG(Joint Photographic Experts Group)是联合 图像专家小组的英文缩写。他们开发研制出连续色调、 多级灰度、静止图像的数字图像压缩编码方法。这个 压缩编码方法称为JPEG算法。 JPEG算法被确定为JPEG国际标准,它是国际上 彩色、灰度、静止图像的第一个国际标准。 JPEG标准是一个适用范围广泛的通用标准。它 不仅适于静态图像的压缩;电视图像序列的帧内图像 的压缩编码,也常采用JPEG压缩标准。
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3、MPEG-4标准
MPEG-4标准专家组成立于1993年,2000 年年初正式成为国际标准。 MPEG-4标准定义一个广阔的通信平台, 支持从低码率(5Kbps-64kbps)到高码率 (100Mbps)的各种应用,为保证标准的灵活 性,它提供一系列的编码算法和工具,以供应 用开发者选用。 标准中使用除包括压缩本身一些技术外, 还包括图像分析和合成、计算机视觉、计算机 图形、虚拟现实和语音合成等多种多媒体技术。
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• 3、同时支持有损和无损压缩,而JPEG只支持 有损压缩,比较适合卫星图片、医学图像等重 要的图像。 • 4、实现了渐进传输,渐进传输是指可以先传 输图像的轮廓,然后逐步传输数据,不断提高 图像质量,让图像显示由朦胧到清晰,而不必 像现在的JPEG那样,由上到下慢慢显示,这 在网络传输中有重大意义。
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一、引言
从固定和移动电话以及视频会议,到 DVD和数字电视,数字视频正被越来越多的 应用。这一现象之所以出现,归功于视频编 码标准的发展,有了这些编码标准,系统与 系统之间才能实现互通性。 MPEG(Motion Picture Experts Group, 运动图像专家组),在多媒体数据压缩标准 中,较多采用MPEG系列标准,包括MPEGⅠ、Ⅱ、Ⅳ和Ⅶ以及21标准。
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二、衡量数据压缩技术的指标
• 数据压缩不仅能够减少多媒体信息的存储 量,而且还能降低对通信带宽的要求。因此, 出现了很多不同的压缩处理技术。 衡量一种数据压缩技术的优劣有四个方面: 1、综合分析算法的压缩比(与原来容量做 比)。 2、压缩后多媒体信息的质量。 3、压缩和解压缩的速度。 4、所需要的硬件和软件的开销。
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2、MPEG-2标准
MPEG组织于1994年推出MPEG-2压缩标 准。MPEG -2是MPEG -1的扩展,丰富,完善。 MPEG-2标准包括四部分内容:MPEG-2 视频、音频、系统和测试。 MPEG-2标准是针对标准数字电视和高清 晰度电视在各种应用下的压缩方案和系统层的 详细规定,编码码率从1.5-100Mb/s,特别适 用于广播级的数字电视的编码和传送。
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未压缩的数字化信息示例
• 一张B5纸的文件,中等分辨率扫描, 数据量为 6.61MB/页。 • 双通道立体声激光唱盘,采样频率 是44.1Khz,采样精度为16位,其采样速 率为:44.1×103×16 ×2=1.41Mb/s。一 片650MB的CD-ROM,可存约1小时的 音乐。
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从以上数据可以看出:数字化的信息的数 据量时非常庞大的。而数据压缩技术对信息数 据量进行压缩,以压缩的形式存储和传输,既 节约了存储空间,又提高了通信线路,解决了 多媒体发展中的瓶颈问题。 因此,压缩技术使计算机能实时处理音频、 视频信息,以保证播放出高质量的视频、音频 节目成为可能。
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常用的MPEG编码
1、MPEG-1 MPEG-1标准,用于传输1.5Mbps数据传输率的 数字存储媒体运动图像及其伴音的编码。包括 三个部分:MPEG-1视频、MPEG-1音频、 MPEG-1系统。 MPEG-1视频采用多种压缩算法,压缩后的数 据率为1.2-3Mb/s。 MPEG-1系统是用来把数字电视图像和伴音复 合成单一的、位速率为1.5Mb/s的数据位流。 成功例子:VCD和MP3的大量使用。
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2、MPEG-2标准
3、卫星传输 MPEG-2在广播领域获得广泛的应用,例如: 数字卫星视频广播,DVD视盘和视频会议等。 目前全球有数以千万计的数字卫星视频广播 用户: 它的信号采用MPEG-2压缩格式编码; 通过卫星或微波进行传输; 在用户端经MPEG-2卫星接受解码器解码, 以供用户观看。 此外采用MPEG-2压缩编码技术,还可以进 行远程电视新闻或节目的传输和交流。
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2、MPEG-2标准
MPEG-2标准在广播电视领域中的应用如下: 1、视频音频资料保存 以前对电视节目、音像资料等的保存方式 都是用磁带保存。其弊端是:容易损失,占地 大, 成本高,难以重新使用,难以长期保存, 难以查找,难以共享。 采用MPEG-2压缩编码的DVD视盘对各种 节目资料等进行保存,也可以利用DVD编著软 件制作成标准的DVD视盘,这样即节省了开支 又节省了存放空间。
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一、为什么要进行压缩?
• 在多媒体系统中,要获得满意的静 态图像和视频画面的质量,以及满意的 声音、音乐的听觉效果,就需要更大的 存储空间。如果使用网络传输,就需要 很大的带宽,这样就使得多媒体技术的 应用受到很大的限制。 • 因此,要使多媒体技术得到进一步 推广计算机就必须解决对图像、音频、 视频等信息进行压缩、存储和传输问题。
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