数据压缩基础PPT课件
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数据压缩课件人教中图版高中信息技术必修1
常见的有损压缩格式：MP3（音频数据压缩格式）、 JPEG/JPG（图像数据压缩格式）、MPEG/MPG（视频数据 压缩格式）等。
数据压缩的方法-有损压缩
常使用的有损压缩软件：格式工厂、CoolEditPro、 Photoshop等。
实践任务二
电脑中图片文件夹的4张BMP 图片文件不符合图片上传要求， 请按照上传格式进行压缩处理 （可使用格式工厂等软件）。
数据压缩的方法-无损压缩
无损压缩一般运用于文本、程序和特殊应用场合图像的压缩。
常使用的压缩方法有zip压缩算法、7z压缩算法等； 压缩软件：WinRAR软件、360压缩等； 压缩包：压缩后所生成的文件。 解压缩：压缩包的数据利用压缩软件还原，即恢复原始状态的过程。
实践任务一
要求：将电脑的数十张图片和 文档压缩成压缩包后通过社交工 具进行发送（可使用360压缩软 件、或WinRAR软件）。
ห้องสมุดไป่ตู้
实践任务一——操作流程
数据压缩的方法-有损压缩
有损压缩指在压缩过程中会损失一定的信息，压缩后 的数据无法还原成压缩前的样子。
其原理是利用了人类对图像或声波中的某些频率成分 不敏感的特性，允许压缩过程中损失一部分信息。所以 有损压缩常对图像、音频以及视频文件使用。
数据压缩的方法-有损压缩
有损压缩其实就相当于格式的转换，将内存大、清晰度高的 格式转换为内存小、清晰度较低而不影响使用的格式。
实践任务二——操作流程
课后练习
同学之间利用微信或QQ互相发送图片，讨 论点击原图发送和不点击原图发送的区别。
小结
数据压缩
日常生活中，你遇见过这样的问题吗？
日常生活中，你遇见过这样的问题吗？
思考
那什么是数据压缩呢？数据压缩的方法 有哪些？
数据压缩的方法-有损压缩
常使用的有损压缩软件：格式工厂、CoolEditPro、 Photoshop等。
实践任务二
电脑中图片文件夹的4张BMP 图片文件不符合图片上传要求， 请按照上传格式进行压缩处理 （可使用格式工厂等软件）。
数据压缩的方法-无损压缩
无损压缩一般运用于文本、程序和特殊应用场合图像的压缩。
常使用的压缩方法有zip压缩算法、7z压缩算法等； 压缩软件：WinRAR软件、360压缩等； 压缩包：压缩后所生成的文件。 解压缩：压缩包的数据利用压缩软件还原，即恢复原始状态的过程。
实践任务一
要求：将电脑的数十张图片和 文档压缩成压缩包后通过社交工 具进行发送（可使用360压缩软 件、或WinRAR软件）。
ห้องสมุดไป่ตู้
实践任务一——操作流程
数据压缩的方法-有损压缩
有损压缩指在压缩过程中会损失一定的信息，压缩后 的数据无法还原成压缩前的样子。
其原理是利用了人类对图像或声波中的某些频率成分 不敏感的特性，允许压缩过程中损失一部分信息。所以 有损压缩常对图像、音频以及视频文件使用。
数据压缩的方法-有损压缩
有损压缩其实就相当于格式的转换，将内存大、清晰度高的 格式转换为内存小、清晰度较低而不影响使用的格式。
实践任务二——操作流程
课后练习
同学之间利用微信或QQ互相发送图片，讨 论点击原图发送和不点击原图发送的区别。
小结
数据压缩
日常生活中，你遇见过这样的问题吗？
日常生活中，你遇见过这样的问题吗？
思考
那什么是数据压缩呢？数据压缩的方法 有哪些？
第三章 数据压缩的基本技术
3.2.2信源的相关性与序列熵的关系 平稳序列：序列中的各符号有相同的概率分布； 无记忆序列：序列中的各符号间为统计独立； 联合熵：又称序列熵，随机序列中包含两个符号X、Y， X、Y取自各自的离散信源，则新序列的平均信息量为
独立熵：离散信源X、Y如果统计独立，则H（X）、 H（Y）称为独立熵。 此时有：
逆DCT变换来重构原图像，不会引起明显误差，从而实 现数据压缩。
二维DCT变换
原图像 将基系数绝对值<10的分量置零 （DCT截断量化） 二维逆DCT变换 重构图像
图像清晰 （截断量化误差较小）
（数据压缩程度较小）
对DCT数据的截断量化示意图1
二维DCT变换
原图像 将基系数绝对值<100的分量置零 （DCT截断量化） 二维逆DCT变换 重构图像
•均匀量化（量化步长均匀）；
•最小均方误差量化（非均匀量化，可使均方误差量化最
小）；
•最小熵量化（使输出熵为最小值）； •自适应量化（自动动态选择切换到步长不同的某一组均 匀量化器）；
模数转换
模数转换，又称ADC（Analog-to-Digital Converter）， 是将连续变化的、平滑的模拟量转化成采用二进制（0，1） 编码的数字量的过程。
i m i a 2 i n 1
其中 ai－取值只有两个数码：0和1 2i－为二进制的权，基数为2 n 为整数位的个数、m 为小数位的个数 如（11011.101)2=1×24 +1×23 +0×22 +1×21 +1×20
+1×2－1+0×2-2 +1×2－3 =（27.625)10
i m i a 10 i n 1
其中: ai－称为数制的系数，表示第i位的数码，十进制 数码为0 ~ 9 十个数; 10 i－表示第i位的权值，10为基数，即采用数码的 个数; n 为整数位的个数、m 为小数位的个数;
数据压缩第1章-绪论PPT课件
7． 其他冗余
多媒体数据除了具有上面所说的各种冗余外， 还存 在一些其他的冗余类型。 例如， 图像的空间非定常特性 所带来的冗余等。
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。 它们也是多媒体图像数据处理中两种最主要的 数据冗余。
1.3 数据压缩技术的分类
1.1 数据压缩的必要性
例2. 我们再来看看语音信号的数据量， 人在正常说 话时的音频一般在200 Hz～3.4 kHz， 即人类语音的 带宽为3.4 kHz。 同样依据采样定理， 并设数字化 精度为8 bit， 则每秒的数据量为
3.4 kHz×2×8=54.4 kbit 在上述采样条件下讲一分钟话的数据量约为400 kbit。
6． 视觉冗余
在多媒体技术的应用领域中， 人的眼睛是图像信息 的接收端。 而人类的视觉系统并不能对图像画面的任何 变化都能感觉到， 视觉系统对于图像场的注意是非均匀 和非线性的， 即注意主要部分质量， 同时取画面的整体 效果， 不拘泥每一个细节。
例如， 人的视觉对于图像边缘的急剧变化不敏感， 对图像的亮度信息敏感， 对颜色的分辨率较弱等。 因此， 如果图像经压缩或量化发生的变化（或称引入了噪声）不 能被视觉所感觉， 则认为图像质量是完好的或是够好的， 即图像压缩并恢复后仍有满意的主观图像质量。
表1-1列出了支持语音、 图像、 视频等多媒体 信号高质量存储和传输所必需的未压缩速率以及信 号特性。
表1-1 各种信号的特性和未压缩速率
显然， 对于多媒体处理系统所要求的语音与音频、 图像、 视频、 文本、 数据的结合， 信号进行有效的 存储和传输之前， 必须进行处理， 而最关键的处理方 法是进行数据压缩。 多媒体信息压缩技术的对象主要 是视频、 音频和文本信息这三大类。 例如， 现代数 字压缩技术可以对多数图像实现大于100∶1的压缩比， 而质量没有重大损失。
多媒体技术之数据无损压缩PPT课件
多媒体技术பைடு நூலகம்础(第3版)
第2章 数据无损压缩
2008年9月
第2章 数据无损压缩目录
2.1 数据的冗余
2.1.1 冗余概念 2.1.2 决策量 2.1.3 信息量 2.1.4 熵 2.1.5 数据冗余量
2.2 统计编码
2.2.1 香农-范诺编码 2.2.2 霍夫曼编码 2.2.3 算术编码
2.3 RLE编码 2.4 词典编码
三种多媒体数据类型
➢ 文字 (text)数据——无损压缩
根据数据本身的冗余(Based on data redundancy)
➢ 声音(audio)数据——有损压缩
根据数据本身的冗余(Based on data redundancy) 根据人的听觉系统特性( Based on human hearing system)
➢ 视听冗余
由于人的视觉系统和听觉系统的局限性，在图像数据和声 音数据中，有些数据确实是多余的，使用算法将其去掉后 并不会丢失实质性的信息或含义，对理解数据表达的信息 几乎没有影响
➢ 数据冗余
不考虑数据来源时，单纯数据集中也可能存在多余的数据， 去掉这些多余数据并不会丢失任何信息，这种冗余称为数 据冗余，而且还可定量表达
➢ 1948年创建的数学理论的一个分支学科，研究信息的编码、 传输和存储
➢ 该术语源于Claude Shannon (香农)发表的“A Mathematical Theory of Communication”论文题目，提议用二进制数据对信 息进行编码
➢ 最初只应用于通信工程领域，后来扩展到包括计算在内的其 他多个领域，如信息的存储、信息的检索等。在通信方面， 主要研究数据量、传输速率、信道容量、传输正确率等问题。
第2章 数据无损压缩
2008年9月
第2章 数据无损压缩目录
2.1 数据的冗余
2.1.1 冗余概念 2.1.2 决策量 2.1.3 信息量 2.1.4 熵 2.1.5 数据冗余量
2.2 统计编码
2.2.1 香农-范诺编码 2.2.2 霍夫曼编码 2.2.3 算术编码
2.3 RLE编码 2.4 词典编码
三种多媒体数据类型
➢ 文字 (text)数据——无损压缩
根据数据本身的冗余(Based on data redundancy)
➢ 声音(audio)数据——有损压缩
根据数据本身的冗余(Based on data redundancy) 根据人的听觉系统特性( Based on human hearing system)
➢ 视听冗余
由于人的视觉系统和听觉系统的局限性，在图像数据和声 音数据中，有些数据确实是多余的，使用算法将其去掉后 并不会丢失实质性的信息或含义，对理解数据表达的信息 几乎没有影响
➢ 数据冗余
不考虑数据来源时，单纯数据集中也可能存在多余的数据， 去掉这些多余数据并不会丢失任何信息，这种冗余称为数 据冗余，而且还可定量表达
➢ 1948年创建的数学理论的一个分支学科，研究信息的编码、 传输和存储
➢ 该术语源于Claude Shannon (香农)发表的“A Mathematical Theory of Communication”论文题目，提议用二进制数据对信 息进行编码
➢ 最初只应用于通信工程领域，后来扩展到包括计算在内的其 他多个领域，如信息的存储、信息的检索等。在通信方面， 主要研究数据量、传输速率、信道容量、传输正确率等问题。
《数据无损压缩》课件
《数据无损压缩》PPT课 件
数据无损压缩是一种重要的数据处理技术，本课件将向您介绍数据无损压缩 的概念、方法和应用，以及其优缺点和未来发展。
什么是数据无损压缩
数据无损压缩是一种将数据进行压缩存储的技术，目的是减少数据所占用的 空间，而不会丢失任何原始数据。
有损压缩与无损压缩的区别在于有损压缩会损失一部分数据，而无损压缩可 以完全还原原始数据。
等长编码
将数据按照固定长度进行编码，不考虑数据的 出现频率。
数据无损压缩技术应用
图像压缩
减少图像占用的存储空间，使图像在传输和存储过 程中更高效。
音频压缩
减少音频文件的大小，保持音质的同时提高传输和 存储效率。
视频压缩
实现对视频文件的压缩，使得视频在传输和播放过 程中更加流畅。
文本文件压缩
减少文本文件的大小，提高传输速度和存储效率。
总结
数据无损压缩的重要性及优点
数据无损压缩保证了数据的完整性，同时具有较高的压缩率，对各个领域的数据处理至关重 要。
不同压缩技术的适用领域
根据不同领域的需求，选择合适的压缩技术，如图像压缩、音频压缩等。
发展前景和挑战
数据无损压缩技术在未来将迎来更广阔的发展前景，但也面临着提高压缩效率和适应大规模 数据处理的挑战。
数据无损压缩通过一定的算法和编码方法，实现对数据的紧凑表示，从而节 省存储空间。
数据无损压缩的方法
字典编码
通过构建字典表，将数据序列映射为较短的编 码序列，从而实现数据的压缩。
游程编码
将连续出现的相同数据用一个数值和重复次数 表示，从而减少数据的存储空间。
霍夫曼编码
根据数据出现的频率，采用不等长的二进制编 码，将频率较高的数据用短编码表示。
数据无损压缩是一种重要的数据处理技术，本课件将向您介绍数据无损压缩 的概念、方法和应用，以及其优缺点和未来发展。
什么是数据无损压缩
数据无损压缩是一种将数据进行压缩存储的技术，目的是减少数据所占用的 空间，而不会丢失任何原始数据。
有损压缩与无损压缩的区别在于有损压缩会损失一部分数据，而无损压缩可 以完全还原原始数据。
等长编码
将数据按照固定长度进行编码，不考虑数据的 出现频率。
数据无损压缩技术应用
图像压缩
减少图像占用的存储空间，使图像在传输和存储过 程中更高效。
音频压缩
减少音频文件的大小，保持音质的同时提高传输和 存储效率。
视频压缩
实现对视频文件的压缩，使得视频在传输和播放过 程中更加流畅。
文本文件压缩
减少文本文件的大小，提高传输速度和存储效率。
总结
数据无损压缩的重要性及优点
数据无损压缩保证了数据的完整性，同时具有较高的压缩率，对各个领域的数据处理至关重 要。
不同压缩技术的适用领域
根据不同领域的需求，选择合适的压缩技术，如图像压缩、音频压缩等。
发展前景和挑战
数据无损压缩技术在未来将迎来更广阔的发展前景，但也面临着提高压缩效率和适应大规模 数据处理的挑战。
数据无损压缩通过一定的算法和编码方法，实现对数据的紧凑表示，从而节 省存储空间。
数据无损压缩的方法
字典编码
通过构建字典表，将数据序列映射为较短的编 码序列，从而实现数据的压缩。
游程编码
将连续出现的相同数据用一个数值和重复次数 表示，从而减少数据的存储空间。
霍夫曼编码
根据数据出现的频率，采用不等长的二进制编 码，将频率较高的数据用短编码表示。
信息论基础-数据压缩
由于Huffman编码是前缀编码，所以没有歧义，可以直接 解码。
算术编码
1 2 3
基本原理
算术编码将输入的消息符号概率空间映射到实数 轴上的一个子区间，然后对子区间进行编码。
编码过程
首先计算输入消息的概率，然后根据概率计算出 子区间的长度，最后将子区间长度转换为二进制 编码。
解码过程
根据编码的二进制值找到对应的子区间，然后找 到对应的概率值，最后根据概率值还原出原始消 息。
03
常见的数理
Huffman编码是一种基于统计的压缩算法，它使用变长码 来对数据进行压缩。对于频繁出现的字符，使用较短的码； 对于不常出现的字符，使用较长的码。
编码过程
首先统计字符出现的频率，然后构建一个Huffman树，最 后根据Huffman树生成编码表。
解码过程
数据压缩可以应用于各种类型的数据， 如文本、图像、音频和视频等。
数据压缩的必要性
随着数据量的不断增加，存储和传输成本也相应增加，数据压缩可以有效降低存储 和传输成本。
数据压缩可以减少数据传输时间，提高数据传输效率，特别是在网络传输中具有重 要意义。
数据压缩可以保护隐私和机密信息，通过加密和压缩技术可以降低数据泄露的风险。
视频会议
视频压缩能够减小视频会议的数据传输量，提高会议的流畅度和清 晰度。
视频存储
通过压缩视频数据，可以减小视频文件的存储空间，降低存储成本。
文件压缩
减小文件大小
通过去除文件中的冗余数据，降低文件的存储空间，便于传输和 分享。
备份和恢复
压缩文件可以减小备份的数据量，加快备份速度，同时便于快速恢 复数据。
频率来压缩数据。
编码过程
02
首先统计每个字符的频率，然后将字符按照频率大小排序，最
算术编码
1 2 3
基本原理
算术编码将输入的消息符号概率空间映射到实数 轴上的一个子区间，然后对子区间进行编码。
编码过程
首先计算输入消息的概率，然后根据概率计算出 子区间的长度，最后将子区间长度转换为二进制 编码。
解码过程
根据编码的二进制值找到对应的子区间，然后找 到对应的概率值，最后根据概率值还原出原始消 息。
03
常见的数理
Huffman编码是一种基于统计的压缩算法，它使用变长码 来对数据进行压缩。对于频繁出现的字符，使用较短的码； 对于不常出现的字符，使用较长的码。
编码过程
首先统计字符出现的频率，然后构建一个Huffman树，最 后根据Huffman树生成编码表。
解码过程
数据压缩可以应用于各种类型的数据， 如文本、图像、音频和视频等。
数据压缩的必要性
随着数据量的不断增加，存储和传输成本也相应增加，数据压缩可以有效降低存储 和传输成本。
数据压缩可以减少数据传输时间，提高数据传输效率，特别是在网络传输中具有重 要意义。
数据压缩可以保护隐私和机密信息，通过加密和压缩技术可以降低数据泄露的风险。
视频会议
视频压缩能够减小视频会议的数据传输量，提高会议的流畅度和清 晰度。
视频存储
通过压缩视频数据，可以减小视频文件的存储空间，降低存储成本。
文件压缩
减小文件大小
通过去除文件中的冗余数据，降低文件的存储空间，便于传输和 分享。
备份和恢复
压缩文件可以减小备份的数据量，加快备份速度，同时便于快速恢 复数据。
频率来压缩数据。
编码过程
02
首先统计每个字符的频率，然后将字符按照频率大小排序，最
常用的无损数据压缩方法页PPT文档
符号
A
B
C
D
概率
0.1 0.4
0.2
0.3
初始编码间隔 [0,0.1) [0.1,0.5) [0.5,0.7) [0.7,1]
2019/8/13
10
6.3.2 算术编码
如果消息序列的输入为：CADACDB，其 编码过程如下：
首先输入的符号是C，找到它的编码范围是[0.5, 0.7)；
由于消息中第2个符号A的编码范围是[0, 0.1)， 因此它的间隔就取[0.5, 0.7 )的第一个1/10作为 新间隔[0.5, 0.52 ) ；
00
5 0.51439在间隔[0.514, 0.5146)的第5个1/10
10
6 0.51439在间隔[0.5143, 0.51442)的第7个1/10
11
7 0.51439在间隔[0.51439, 0.5143948)的第1个1/10
01
8
译码消息：10 00 11 00 10 11 01
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2019/8/13
16
6.3.3 行程长度编码
例如，计算机制作图像中，不需要存储每 一个像素的颜色值，而仅存储一个像素的 颜色值以及具有相同颜色的像素数目就可 以，或者存储一个像素的颜色值，以及具 有相同颜色值的行数，这种压缩编码称为 行程编码。具有相同颜色的连续的像素数 目称为行程长度。
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如果前向缓冲器不是空的，则把编码位置和窗口 向前移Length+1个字符，然后返回到步骤2。
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待编码的 数据流 编码过程
2019/8/13
LZ77算法
位置 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 字符 A A B C B B A B C C
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
《数据压缩技术》课件
根据数据特点选择合适的压缩算 法，并对算法进行优化，提高压 缩效率。
后处理优化
在对数据进行解压缩后，对数据 进行处理和优化，提高数据使用 效率。
压缩技术在实际应用中的应用
压缩技术广泛应用于数据存储、网络传输、图像处理、音视频传输和存储等领域，提高了数据的传输和存储效 所有类型的数据，可能存在数据丢失、压缩时间过长、解压缩质量变差等风险。在采用压缩 技术时需注意数据的重要性和可恢复性。
数据压缩的未来发展方向
数据量的爆发式增长使得数据压缩技术更加重要，未来的发展方向包括优化 压缩算法、提高压缩质量、兼顾压缩和解压缩的效率等。
《数据压缩技术》PPT课 件
通过本课件，我们将详细介绍数据压缩的概念和意义，以及无损压缩算法、 有损压缩算法、压缩格式等内容。让我们一起探索数据压缩技术的奥秘与应 用。
数据压缩的概念和意义
数据压缩是将数据经过某种算法处理后，使得数据所占用的存储空间减少的技术。压缩数据既可以节省存储空 间，又可以提高数据传输效率。
霍夫曼压缩的步骤
2
据的无损压缩。
1. 统计字符频率
2. 构建霍夫曼树
3. 给每个字符分配霍夫曼编码
3
阿姆斯特朗-魏勒编码
4. 进行数据压缩
通过给出每个字符的变长编码，实现对数 据的无损压缩。
算术编码
4
利用统计概率，对每个字符进行编码，实 现对数据的无损压缩。
有损压缩算法
1
JPEG压缩
针对图像的有损压缩算法，通过分块、变换、量化和编码等步骤，实现对图像的 高压缩比率。
GZIP压缩格式
用于在网络传输中对数据进行压缩和解压缩的文件格式，节省传输带宽和减少传输时间。
压缩性能评估标准
压缩性能评估标准包括压缩比率、压缩速度、压缩质量、解压缩速度等指标，用于衡量压缩算法的效果。
后处理优化
在对数据进行解压缩后，对数据 进行处理和优化，提高数据使用 效率。
压缩技术在实际应用中的应用
压缩技术广泛应用于数据存储、网络传输、图像处理、音视频传输和存储等领域，提高了数据的传输和存储效 所有类型的数据，可能存在数据丢失、压缩时间过长、解压缩质量变差等风险。在采用压缩 技术时需注意数据的重要性和可恢复性。
数据压缩的未来发展方向
数据量的爆发式增长使得数据压缩技术更加重要，未来的发展方向包括优化 压缩算法、提高压缩质量、兼顾压缩和解压缩的效率等。
《数据压缩技术》PPT课 件
通过本课件，我们将详细介绍数据压缩的概念和意义，以及无损压缩算法、 有损压缩算法、压缩格式等内容。让我们一起探索数据压缩技术的奥秘与应 用。
数据压缩的概念和意义
数据压缩是将数据经过某种算法处理后，使得数据所占用的存储空间减少的技术。压缩数据既可以节省存储空 间，又可以提高数据传输效率。
霍夫曼压缩的步骤
2
据的无损压缩。
1. 统计字符频率
2. 构建霍夫曼树
3. 给每个字符分配霍夫曼编码
3
阿姆斯特朗-魏勒编码
4. 进行数据压缩
通过给出每个字符的变长编码，实现对数 据的无损压缩。
算术编码
4
利用统计概率，对每个字符进行编码，实 现对数据的无损压缩。
有损压缩算法
1
JPEG压缩
针对图像的有损压缩算法，通过分块、变换、量化和编码等步骤，实现对图像的 高压缩比率。
GZIP压缩格式
用于在网络传输中对数据进行压缩和解压缩的文件格式，节省传输带宽和减少传输时间。
压缩性能评估标准
压缩性能评估标准包括压缩比率、压缩速度、压缩质量、解压缩速度等指标，用于衡量压缩算法的效果。
10-2-2第二讲 数据压缩方法
如数字序列： 编码为：
742300000000000000000055 7423Z1855
统计编码
行程编码法 任何重复的字符序列可被一个短格式取代。 该算法适合于任何重复的字符。 一组 n 个连续的字符 c 将被 c 和一个特殊 的字符取代。当然，若给定字符仅重复两次就不 要用此方法。任何重复4次或4次以上的字符由 “该字符＋记号(M)＋重复次数”代替。
3.1.3 常用数据压缩方法的基本原理
(3) 霍夫曼编码
1952年Huffman提出了对统计独立信源能达到 最小平均码长的编码方法，也即最佳码。最佳性 可从理论上证明。 该编码是常见的一种统计编码。对给定的数 据流计算其每个字节的出现频率。根据频率表， 运用霍夫曼算法可确定分配各字符的最小位数， 然后给出一个最优的编码。
有失真压缩，大多数图像、声音、动态 视频等数据的压缩是采用有失真压缩。
图像压缩系统组成
有损压缩
输入图像
变换器 量化器 编码器
二进制流
无损压缩
输入图像 二进制流
变换器
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ量化器
编码器
图像压缩系统组成
变换器： 把输入的图像数据加上一对一的变换，经过变换以 后所形成的图像数据比原始图像数据更有利于压缩。 量化器： 生成一组有限个符号用来表示压缩的图像。量化是 多到一的映射，是丢失信息和不可逆的。 编码器： 给量化器输出的每个符号指定一个码字，即生成二 进制位流。 定长编码：每个符号指定的码字具有相同的长度。 变长编码：根据符号出现的频率来决定为其指定码 字的长度，频率高则码字短，反之则长。
按解码后数据与原始数据是否完全一致性 分类 • 可逆编码：其压缩是完全可恢复的或没有偏 差的，解码图像与原始图像严格相同，也称 无损压缩法、无失真压缩法；
数据压缩技术
3.2 音频数据的压缩 音频信号压缩编码的主要依据是人耳的听 觉特性，主要有两点： 觉特性，主要有两点： • 1.人的听觉系统中存在一个听觉阈值电平， 1.人的听觉系统中存在一个 低于这个电平的声音信号人耳听不到 . • 2.人的听觉存在屏蔽效应。当几个强弱不同 2.人的听觉存在 的声音同时存在时，强声使弱声难以听到， 的声音同时存在时，强声使弱声难以听到，并 且两者之间的关系与其相对频率的大小有关 . 声音编码算法就是通过这些特性来去掉更 多的冗余数据，来达到压缩数据的目的。 来达到压缩数据的目的。
MP3音频 MP3音频
MP3是利用 的技术， MP3是利用 MPEG Audio Layer 3 的技术，将 音乐以1:10 的压缩率， 音乐以1:10 甚至 1:12 的压缩率，压缩成容量 较小的文件，换句话说， 较小的文件，换句话说，能够在音质丢失很小的 情况下把文件压缩到更小的程度。 情况下把文件压缩到更小的程度。而且还非常好 的保持了原来的音质。正是因为MP3体积小，音 的保持了原来的音质。正是因为MP3体积小， MP3体积小 质高的特点使得MP3 MP3格式几乎成为网上音乐的代 质高的特点使得MP3格式几乎成为网上音乐的代 名词。每分钟音乐的MP3格式只有1MB左右大小， MP3格式只有1MB左右大小 名词。每分钟音乐的MP3格式只有1MB左右大小， 这样每首歌的大小只有3 兆字节。使用MP3 MP3播放 这样每首歌的大小只有3-4兆字节。使用MP3播放 器对MP3文件进行实时的解压缩(解码) 这样， MP3文件进行实时的解压缩 器对MP3文件进行实时的解压缩(解码)，这样， 高品质的MP3音乐就播放出来了。 高品质的MP3音乐就播放出来了。 MP3音乐就播放出来了
多媒体关键技术
3.1 3.2 3.3 3.4
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后的数据与原来的数据有所不同，但不影响人对原始 资料表达的信息造成误解。有损压缩适用于重构信号 不一定非要和原始信号完全相同的场合。
-
11
根据压缩原理的分类
• （1）预测编码。它是利用空间中相邻数据的相关性来进行 压缩数据的。通常用的方法有脉冲编码调制（PCM）、增 量调制（DM）、差分脉冲编码调制（DPCM）等。这些编 码主要用于声音的编码
-
9
数据压缩技术实现的衡量标准
压缩比要大
恢复后的失真小
压缩算法要简单、速度快
压缩能否用硬件实现
-
10
数据压缩技术的分类
无损压缩是指使用压缩后的数据进行重构(或者叫
做还原，解压缩)，重构后的数据与原来的数据完全相 同；无损压缩用于要求重构的信号与原始信号完全一 致的场合。
有损压缩是指使用压缩后的数据进行重构，重构
标准主要采用了两种基本的压缩算法，一种是采用以离散 余弦变换(DCT)为基础的有损压缩算法，另一种是采用以预测 技术为基础的DPCM无损压缩算法。
-
14
JPEG编码标准
JPEG规定了4种运行模式，以满足不同需要：
• 基于DPCM的无损编码模式：压缩比可以达到 2:1。
• 基于DCT的有损顺序编码模式：压缩比可以达 到10:1以上。
量化位数
存储容量 (MB)
公用中间 352×288 亮度 3； 亮度、色差
格式（CIF）
×30
4:1:1
共 12
PAL720× CCIR 601 号 480×30
建议 NTSC720× 576×25
亮度 13.5 4:2:2
亮度、色差 共 16
HDTV
1280×720
亮度信号
×60
60
-
8
270
1620 1620
• 基于DCT的递增编码模式 • 基于DCT的分层编码模式
多媒体技术
数据压缩基础
主要内容
• 数据压缩概述 • 数据压缩编码 • 统计编码——霍夫曼编码 • 算术编码 • 预测编码 • 行程编码 • 变换编码 • 词典编码 • 分析综合编码
-
2
什么是数据压缩
• 数据压缩就是在一定的精度损失条件下，以最 少的数码表示信源所发出的信号
信源
信源 编码
信道 编码
• （5）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。像这 样的冗余，我们称之为视觉冗余。
• 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。
-
8
数据压缩的好处
✓ 时间域压缩──迅速传输媒体信源 ✓ 频率域压缩──并行开通更多业务 ✓ 空间域压缩──降低存储费用 ✓ 能量域压缩──降低发射功率
-
12
• （3）统计编码（信息熵编码）。依据信息熵原理，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。常 见的编码方法有Huffman编码、Shannon编码以及算术编码。
• （4）量化与矢量量化编码。对模拟信号进行数字化时要经历 一个量化的过程。为了使整体量化失真最小，就必须依据统 计的概率分布设计最优的量化器。最优的量化器一般是非线 性的，已知的最优量化器是Max量化器。我们对像元点进行量 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，这种方法称为矢量量化。即利用相邻数据
信道信宿信ຫໍສະໝຸດ 译码信道 译码-
3
数据压缩的必要性
多媒体
多媒体信源引起了“数据爆炸” 数据 如果不进行数据压缩
传输和存储都难以实用化。
-
4
1分钟数字音频信号需要的存储空间
数字音 频格式 电话
会议电 视伴音 CD-DA
DAT
数字音 频广播
频带 (Hz)
200~3400
50~7000 20~20000 20~20000
20~20000
带宽 取样率 (KHz) (KHz)
3.2
8
7
16
20
44.1
20
48
-
20
48
量化 存储容 位 数 量 (MB)
8
0.48
14
1.68
16 5.292× 2
16 5.76× 2
5
16 5.76× 6
1分钟数字视频信号需要的存储空间
数字电视 空间×时间 取样率
格 式 ×分辨率
(MHz)
• （3）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。
-
7
• （4）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，比如，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。
间的相关性，将数据系列分组进行量化。
• （5）子带（subband）编码。将图像数据变换到频率后，按频
率分带，然后用不同的量化器进行量化，从而达到最优的组
合。或者分布渐进编码，在初始时，对某一个频带的信号进
行解码，然后逐渐扩展到所有- 频带。
13
JPEG编码标准
算法概要
JPEG(Joint Photographic Experts Group) 是一个由 ISO和 CCITT两个组织机构联合组成的一个图像专家小组，负责制定 静态的数字图像数据压缩编码标准，这个专家组开发的算法 称为JPEG算法，并且成为国际上通用的标准。JPEG是一个适 用范围很广的静态图像数据压缩标准，既可用于灰度图像又 可用于彩色图像。JPEG不仅适于静止图像的压缩，电视图像 的帧内图像的压缩编码，也常采用此算法。JPEG标准还可以 大范围地调节图像压缩率及其保真度。
• （2）变换编码。该方法将图像时域信号转换为频域信号进 行处理。这种转换的特点是把在时域空间具有强相关的信 号转换到频域上时在某些特定的区域内能量常常集中在一 起，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）
3600
6
常见的图像数据冗余
• （1）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（或空域）上的 强相关性，在图像中就表现为空间冗余。
• （2）时间冗余。这是序列图像（电视图像、运动图像） 表示中经常包含的冗余。图像序列中两幅相邻的图像有较 大的相关，这反映为时间冗余。
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根据压缩原理的分类
• （1）预测编码。它是利用空间中相邻数据的相关性来进行 压缩数据的。通常用的方法有脉冲编码调制（PCM）、增 量调制（DM）、差分脉冲编码调制（DPCM）等。这些编 码主要用于声音的编码
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数据压缩技术实现的衡量标准
压缩比要大
恢复后的失真小
压缩算法要简单、速度快
压缩能否用硬件实现
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数据压缩技术的分类
无损压缩是指使用压缩后的数据进行重构(或者叫
做还原，解压缩)，重构后的数据与原来的数据完全相 同；无损压缩用于要求重构的信号与原始信号完全一 致的场合。
有损压缩是指使用压缩后的数据进行重构，重构
标准主要采用了两种基本的压缩算法，一种是采用以离散 余弦变换(DCT)为基础的有损压缩算法，另一种是采用以预测 技术为基础的DPCM无损压缩算法。
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JPEG编码标准
JPEG规定了4种运行模式，以满足不同需要：
• 基于DPCM的无损编码模式：压缩比可以达到 2:1。
• 基于DCT的有损顺序编码模式：压缩比可以达 到10:1以上。
量化位数
存储容量 (MB)
公用中间 352×288 亮度 3； 亮度、色差
格式（CIF）
×30
4:1:1
共 12
PAL720× CCIR 601 号 480×30
建议 NTSC720× 576×25
亮度 13.5 4:2:2
亮度、色差 共 16
HDTV
1280×720
亮度信号
×60
60
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270
1620 1620
• 基于DCT的递增编码模式 • 基于DCT的分层编码模式
多媒体技术
数据压缩基础
主要内容
• 数据压缩概述 • 数据压缩编码 • 统计编码——霍夫曼编码 • 算术编码 • 预测编码 • 行程编码 • 变换编码 • 词典编码 • 分析综合编码
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什么是数据压缩
• 数据压缩就是在一定的精度损失条件下，以最 少的数码表示信源所发出的信号
信源
信源 编码
信道 编码
• （5）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。像这 样的冗余，我们称之为视觉冗余。
• 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。
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数据压缩的好处
✓ 时间域压缩──迅速传输媒体信源 ✓ 频率域压缩──并行开通更多业务 ✓ 空间域压缩──降低存储费用 ✓ 能量域压缩──降低发射功率
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• （3）统计编码（信息熵编码）。依据信息熵原理，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。常 见的编码方法有Huffman编码、Shannon编码以及算术编码。
• （4）量化与矢量量化编码。对模拟信号进行数字化时要经历 一个量化的过程。为了使整体量化失真最小，就必须依据统 计的概率分布设计最优的量化器。最优的量化器一般是非线 性的，已知的最优量化器是Max量化器。我们对像元点进行量 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，这种方法称为矢量量化。即利用相邻数据
信道信宿信ຫໍສະໝຸດ 译码信道 译码-
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数据压缩的必要性
多媒体
多媒体信源引起了“数据爆炸” 数据 如果不进行数据压缩
传输和存储都难以实用化。
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1分钟数字音频信号需要的存储空间
数字音 频格式 电话
会议电 视伴音 CD-DA
DAT
数字音 频广播
频带 (Hz)
200~3400
50~7000 20~20000 20~20000
20~20000
带宽 取样率 (KHz) (KHz)
3.2
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20
44.1
20
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-
20
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量化 存储容 位 数 量 (MB)
8
0.48
14
1.68
16 5.292× 2
16 5.76× 2
5
16 5.76× 6
1分钟数字视频信号需要的存储空间
数字电视 空间×时间 取样率
格 式 ×分辨率
(MHz)
• （3）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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• （4）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，比如，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。
间的相关性，将数据系列分组进行量化。
• （5）子带（subband）编码。将图像数据变换到频率后，按频
率分带，然后用不同的量化器进行量化，从而达到最优的组
合。或者分布渐进编码，在初始时，对某一个频带的信号进
行解码，然后逐渐扩展到所有- 频带。
13
JPEG编码标准
算法概要
JPEG(Joint Photographic Experts Group) 是一个由 ISO和 CCITT两个组织机构联合组成的一个图像专家小组，负责制定 静态的数字图像数据压缩编码标准，这个专家组开发的算法 称为JPEG算法，并且成为国际上通用的标准。JPEG是一个适 用范围很广的静态图像数据压缩标准，既可用于灰度图像又 可用于彩色图像。JPEG不仅适于静止图像的压缩，电视图像 的帧内图像的压缩编码，也常采用此算法。JPEG标准还可以 大范围地调节图像压缩率及其保真度。
• （2）变换编码。该方法将图像时域信号转换为频域信号进 行处理。这种转换的特点是把在时域空间具有强相关的信 号转换到频域上时在某些特定的区域内能量常常集中在一 起，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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常见的图像数据冗余
• （1）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（或空域）上的 强相关性，在图像中就表现为空间冗余。
• （2）时间冗余。这是序列图像（电视图像、运动图像） 表示中经常包含的冗余。图像序列中两幅相邻的图像有较 大的相关，这反映为时间冗余。