多媒体通信网络 (6)
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6.1.6 熵编码
3. huffman编码
编码原则：对于出现概率大的信息符号以 短字长码字表示，对于出现概率小的信息 符号以长字长码字表示，码字的长度严格 按照符号概率大小的相反顺序排列。
6.1 多媒体传输与压缩编码基础
6.1.6 熵编码 3. huffman编码 排列过程：
（1）首先把信源符号集各个符号按概率大小顺序排列； （2）将概率最小的两个符号合并成一个新符号，概率相加，
（2）对每个二值位数据进行游程编码（RLC）：对位矢量或 者位平面，进行从左到右的扫描，计数得到的连续的“0” 或“1”的长度，分别称为黑游程和白游程，得到黑游程和 白游程长度；
（3）对这些黑游程和白游程长度进行熵编码。
6.2 图像压缩编码技术
6.2.1 图像传输对编码的需求
信源编码：在保证编码后图像满足一定质 量要求的前提下减少表示图像信息所需要 的数据量，适应传输信道的频带宽度和传 送速率。
three-dimensional data
H (X )
N i 1
p(ai ) log 2 (
1 )
p(ai )
6.1 多媒体传输与压缩编码基础
6.1.2 多媒体压缩基础
3. 信道容量
条件熵： n
H ( X / Y ) p( y j )H ( X / y j )
j 1
nn
p(xi , y j ) log p(xi / y j )
6.2 图像压缩编码技术
6.2.3 JPEG2000图像压缩标准
2. 标准组成
JPEG 2000标准包含14个部分 ，
（1） JPEG 2000 image coding system: Core coding system
（2）ISO/IEC 15444-1:2004/Amd 1:2006 Profiles for digital cinema applications
i1 j1
互信息量：
I (xi ,
yj)
log
p(xi / y j ) p(xi )
log
p(xi , y j ) p(xi ) p( y j )
信道容量：
n
I(X,Y)
n
log
p(xi , y j )
i1 j1 p(xi ) p( y j )
C max I (X ,Y )
6.1 多媒体传输与压缩编码基础
并把结果作为成新符号的概率； （3）然后与其它符号概率一起再按从大到小的顺序排列； （4）重复上述步骤，直到概率的和为1为止。
6.1 多媒体传输与压缩编码基础
6.1.6 熵编码
3. huffman编码 编码过程：
每一步有二分树，各赋予一个二进制码，例如对概率大的 赋予码0，概率小的赋予码1。这样就能够保证Huffman编
6.2 图像压缩编码技术
6.2.3 JPEG2000图像压缩标准
1. 标准简介
2000年12月JPEG推出了JPEG 2000标准 ISO/IEC 15444 ；
主要特点有：
（1）高压缩率： （2）支持多分辨表示和渐进性传输： （3）支持感兴趣区编码 （4）同时支持有损和无损压缩 （5）支持多颜色分量、高深度图像压缩 （6）支持低位深度图像
6.1.6 熵编码 4. 算术编码 编码过程
6.1 多媒体传输与压缩编码基础
6.1.6 熵编码 4. 算术编码 解码过程
6.1 多媒体传输与压缩编码基础
6.1.7 无损编码方法
无损压缩没有量化过程，只包含变换和编 码两个阶段。
常见的无损压缩方法有线性预测编码方法 和游程编码方法。
6.1 多媒体传输与压缩编码基础
6.2.2 JPEG图像压缩标准
3. 核心技术
6.2 图像压缩编码技术
6.2.2 JPEG图像压缩标准
3. 核心技术
主要计算步骤：
（1）图像的8×8分块。 （2）正向离散余弦变换(FDCT)。 （3）量化(quantization)。 （4）Z字形扫描(zigzag scan)。 （5）使用差分脉冲编码调制对直流系数(DC)进行编码。 （6）使用行程长度编码(RLE)对交流系数(AC)进行编码。 （7）熵编码（Huffman或算术）。 （8）码流组织
I
(
i
)
log
2
(
1
p(
i
)
)
6.1 多媒体传输与压缩编码基础
6.1.2 多媒体压缩基础
2. 多媒体信息源模型
能够产生信息的事物称为信源，在数学上可 以用概率场来描述。
数字多媒体信源可以看成是一个离散的随机 序列，对于其中每个随机变量，其取值范围 由符号集确定。
离散无记忆信源：信源中各个符号相互独立
符号
前缀编码
A
1
B
01
C
001
D
0001
E
00001
6.1 多媒体传输与压缩编码基础
6.1.6 熵编码
2. 定长编码
不管符号概率的差异，将所有的符号都用 同样长度的码字位流来表示。
符号 a1 a2 a3 a4
自然码 00 01 10 11
Gray码 00 01 11 10
6.1 多媒体传输与压缩编码基础
6.1.7 无损编码方法
1. 线性预测编码方法（DPCM）
（1）利用已编码的相邻采样点为基础，按照一定规则对当前 要编码的采样点幅值进行整数预测，得到采样点幅值实 际值和整数预测值之间的差异；
（2）对这个差异进行熵编码；
6.1 多媒体传输与压缩编码基础
6.1.7 无损编码方法
2. 游程编码
（1）将原始信号分解为数个二值位平面数据：将信号灰度值 表示成二进制，将每一二进制位上的“0”或者“1”取出来， 形成新的二值位数据，形成位矢量（一维）或者位平面 （二维）。
6.1 多媒体传输与压缩编码基础
6.1.6 熵编码 4. 算术编码 编码步骤：
6.1 多媒体传输与压缩编码基础
6.1.6 熵编码 4. 算术编码 编码符号序列为a2a1a3，符号对应概率为，
符号
a1 a2 a3 a4
概率 0.50 0.25 0.125 0.125
6.1 多媒体传输与压缩编码基础
信源编码的性能指标：压缩比、压缩质量 以及压缩时间。
6.2 图像压缩编码技术
6.2.1 图像传输对编码的需求
信道编码：保障图像信息在有错信道中的 正确传输，使接收的图像信息达到规定的 质量要求。
信道编码的性能指标：编码时间、编码效 率以及纠错能力等。
6.2 图像压缩编码技术
6.2.1 图像传输对编码的需求
缩编码技术以减少数据量； 通信错误对传输准确率的影响，需要研究差
错控制技术来解决传输错误带来的多媒体质 量下降问题。
6.1 多媒体传输与压缩编码基础
6.1.1 多媒体传输对压缩编码的需求 多媒体信息通信传输系统框图
6.1 多媒体传输与压缩编码基础
6.1.2 多媒体压缩基础
1. 信息的度量
一个事件所表示的信息量和这个事件出现的 概率成反比，如果这个事件出现的概率大， 则这个事件所表示的信息量小，出现的概率 小，则事件表示的信息量大。
码符合“前缀编码”的要求。
6.1 多媒体传输与压缩编码基础
6.1.6 熵编码 3. huffman编码
6.1 多媒体传输与压缩编码基础
6.1.6 熵编码
4. 算术编码
编码原则：将被编码的符号序列表示成实 数0和1之间的一个间隔。此间隔与符号序 列出现的概率对应，符号序列越长，出现 的概率越小，则对应的间隔就越小，表示 这一间隔所需的二进制位数就越多。
6.2 图像压缩编码技术
6.2.2 JPEG图像压缩标准
3. 核心技术
基本步骤：
（1）使用正向离散余弦变换把空间域表示的图变换成频率域 表示的图。
（2）使用加权函数对DCT系数进行量化，这个加权函数对于 人的视觉系统是最佳的。
（3）使用霍夫曼可变字长编码器对量化系数进行编码。
6.2 图像压缩编码技术
testing
6.2 图像压缩编码技术
6.2.3 JPEG2000图像压缩标准
2. 标准组成
JPEG 2000标准包含14个部分 ，
（6）JPEG 2000 image coding system: Reference software （7）JPEG 2000 image coding system - Part 6: Compound
第六章 多媒体压缩 编码及其传输技术
内容
6.1 多媒体传输与压缩编码基础 6.2 图像压缩编码技术 6.3 视频压缩编码技术 6.4 音频压缩编码技术 6.5 实时媒体流的差错控制技术 6.6 视频编码传输中的控制技术 6.7 小结
6.1 多媒体传输与压缩编码基础
6.1.1 多媒体传输对压缩编码的需求 通信带宽对传输数据量的限制，需要研究压
6.1 多媒体传输与压缩编码基础
6.1.2 多媒体压缩基础 5. 多媒体信息的冗余性 时空冗余：空间或时间邻近取样点之间的
相似性，以及空间结构上的相似性。 频域冗余：频域分布中的相似性。 心理冗余：人类感知特性决定的生理冗余。 知识冗余：特定先验知识带来的规律性。
6.1 多媒体传输与压缩编码基础
6.1.百度文库 多媒体压缩基础
4.信息率失真函数
失真函数：
0 d (xi , y j ) dij 0
i j i j
平均失真： n n
d
p(xi )p( y j / xi )d (xi , y j )
i1 j 1
信息率失真函数：R(D) min [I(X ,Y)] p( y j / xi )PD
JPEG：Joint Photographic Experts Group， 联合图片专家组
1992年9月JPEG推出了ISO/IEC 10918标 准，简称为JPEG标准
1999年JPEG推出了ISO/IEC 14495标准， 简称为JPEG-LS标准
6.2 图像压缩编码技术
6.2.2 JPEG图像压缩标准
2. 标准组成
JPEG标准ISO/IEC 10918:1992被分成如 下4个部分：
（1）需求与指导方针，Requirements and guidelines （2）顺从测试，Compliance testing （3）扩展，Extensions （4）注册权限，Registration of JPEG profiles…
图像信号的冗余性主要表现为，
（1）空间冗余：图像信号矩阵中相邻点之间存在很大的相关 性；
（2）色彩冗余：图像信号相邻色彩通道之间也存在很大的相 关性；
（3）视觉冗余：人类视觉心态对图像信号中的某类信息敏感，
而对其他信息的丢失或损坏不敏感；
6.2 图像压缩编码技术
6.2.2 JPEG图像压缩标准
1. 标准简介
6.1.3 变换压缩编码
变换器（T）：是一个一对一的变换函数，将多媒体数据 从常规空域表示空间变换到其他表示空间上
量化器（Q）：量化是指用有限长度的符号来表示连续系 数，是一个多对一的映射变换，不可逆。
编码器（C）：编码是指将量化器的输出符号用二进制码 字表示，形成二进制码流。
6.1 多媒体传输与压缩编码基础
（3）JPEG 2000 image coding system: Extensions （4）JPEG 2000 image coding system -- Part 3: Motion
JPEG 2000， （5）JPEG 2000 image coding system: Conformance
6.1.4 信号变换技术 离散余弦变换： 离散小波变换：
6.1 多媒体传输与压缩编码基础
6.1.5 量化
标量量化器：
Q(s) ri
s (di1, di ], i 1, , L
6.1 多媒体传输与压缩编码基础
6.1.6 熵编码
1. 前缀编码
任何一个符号的编码，都不是另一个符号 编码的前缀。
image file format （8）JPEG 2000 image coding system: Secure JPEG 2000， （9）JPEG 2000 image coding system: Interactivity tools，
APIs and protocols （10）JPEG 2000 image coding system: Extensions for
6.2 图像压缩编码技术
6.2.2 JPEG图像压缩标准 3. 核心技术 工作模式
（1）顺序的基于DCT（Sequential DCT-based ）模式 （2）递进的基于DCT（Progressive DCT-based）模式 （3）无损（Lossless）模式
（4）层次（Hierarchical）模式
3. huffman编码
编码原则：对于出现概率大的信息符号以 短字长码字表示，对于出现概率小的信息 符号以长字长码字表示，码字的长度严格 按照符号概率大小的相反顺序排列。
6.1 多媒体传输与压缩编码基础
6.1.6 熵编码 3. huffman编码 排列过程：
（1）首先把信源符号集各个符号按概率大小顺序排列； （2）将概率最小的两个符号合并成一个新符号，概率相加，
（2）对每个二值位数据进行游程编码（RLC）：对位矢量或 者位平面，进行从左到右的扫描，计数得到的连续的“0” 或“1”的长度，分别称为黑游程和白游程，得到黑游程和 白游程长度；
（3）对这些黑游程和白游程长度进行熵编码。
6.2 图像压缩编码技术
6.2.1 图像传输对编码的需求
信源编码：在保证编码后图像满足一定质 量要求的前提下减少表示图像信息所需要 的数据量，适应传输信道的频带宽度和传 送速率。
three-dimensional data
H (X )
N i 1
p(ai ) log 2 (
1 )
p(ai )
6.1 多媒体传输与压缩编码基础
6.1.2 多媒体压缩基础
3. 信道容量
条件熵： n
H ( X / Y ) p( y j )H ( X / y j )
j 1
nn
p(xi , y j ) log p(xi / y j )
6.2 图像压缩编码技术
6.2.3 JPEG2000图像压缩标准
2. 标准组成
JPEG 2000标准包含14个部分 ，
（1） JPEG 2000 image coding system: Core coding system
（2）ISO/IEC 15444-1:2004/Amd 1:2006 Profiles for digital cinema applications
i1 j1
互信息量：
I (xi ,
yj)
log
p(xi / y j ) p(xi )
log
p(xi , y j ) p(xi ) p( y j )
信道容量：
n
I(X,Y)
n
log
p(xi , y j )
i1 j1 p(xi ) p( y j )
C max I (X ,Y )
6.1 多媒体传输与压缩编码基础
并把结果作为成新符号的概率； （3）然后与其它符号概率一起再按从大到小的顺序排列； （4）重复上述步骤，直到概率的和为1为止。
6.1 多媒体传输与压缩编码基础
6.1.6 熵编码
3. huffman编码 编码过程：
每一步有二分树，各赋予一个二进制码，例如对概率大的 赋予码0，概率小的赋予码1。这样就能够保证Huffman编
6.2 图像压缩编码技术
6.2.3 JPEG2000图像压缩标准
1. 标准简介
2000年12月JPEG推出了JPEG 2000标准 ISO/IEC 15444 ；
主要特点有：
（1）高压缩率： （2）支持多分辨表示和渐进性传输： （3）支持感兴趣区编码 （4）同时支持有损和无损压缩 （5）支持多颜色分量、高深度图像压缩 （6）支持低位深度图像
6.1.6 熵编码 4. 算术编码 编码过程
6.1 多媒体传输与压缩编码基础
6.1.6 熵编码 4. 算术编码 解码过程
6.1 多媒体传输与压缩编码基础
6.1.7 无损编码方法
无损压缩没有量化过程，只包含变换和编 码两个阶段。
常见的无损压缩方法有线性预测编码方法 和游程编码方法。
6.1 多媒体传输与压缩编码基础
6.2.2 JPEG图像压缩标准
3. 核心技术
6.2 图像压缩编码技术
6.2.2 JPEG图像压缩标准
3. 核心技术
主要计算步骤：
（1）图像的8×8分块。 （2）正向离散余弦变换(FDCT)。 （3）量化(quantization)。 （4）Z字形扫描(zigzag scan)。 （5）使用差分脉冲编码调制对直流系数(DC)进行编码。 （6）使用行程长度编码(RLE)对交流系数(AC)进行编码。 （7）熵编码（Huffman或算术）。 （8）码流组织
I
(
i
)
log
2
(
1
p(
i
)
)
6.1 多媒体传输与压缩编码基础
6.1.2 多媒体压缩基础
2. 多媒体信息源模型
能够产生信息的事物称为信源，在数学上可 以用概率场来描述。
数字多媒体信源可以看成是一个离散的随机 序列，对于其中每个随机变量，其取值范围 由符号集确定。
离散无记忆信源：信源中各个符号相互独立
符号
前缀编码
A
1
B
01
C
001
D
0001
E
00001
6.1 多媒体传输与压缩编码基础
6.1.6 熵编码
2. 定长编码
不管符号概率的差异，将所有的符号都用 同样长度的码字位流来表示。
符号 a1 a2 a3 a4
自然码 00 01 10 11
Gray码 00 01 11 10
6.1 多媒体传输与压缩编码基础
6.1.7 无损编码方法
1. 线性预测编码方法（DPCM）
（1）利用已编码的相邻采样点为基础，按照一定规则对当前 要编码的采样点幅值进行整数预测，得到采样点幅值实 际值和整数预测值之间的差异；
（2）对这个差异进行熵编码；
6.1 多媒体传输与压缩编码基础
6.1.7 无损编码方法
2. 游程编码
（1）将原始信号分解为数个二值位平面数据：将信号灰度值 表示成二进制，将每一二进制位上的“0”或者“1”取出来， 形成新的二值位数据，形成位矢量（一维）或者位平面 （二维）。
6.1 多媒体传输与压缩编码基础
6.1.6 熵编码 4. 算术编码 编码步骤：
6.1 多媒体传输与压缩编码基础
6.1.6 熵编码 4. 算术编码 编码符号序列为a2a1a3，符号对应概率为，
符号
a1 a2 a3 a4
概率 0.50 0.25 0.125 0.125
6.1 多媒体传输与压缩编码基础
信源编码的性能指标：压缩比、压缩质量 以及压缩时间。
6.2 图像压缩编码技术
6.2.1 图像传输对编码的需求
信道编码：保障图像信息在有错信道中的 正确传输，使接收的图像信息达到规定的 质量要求。
信道编码的性能指标：编码时间、编码效 率以及纠错能力等。
6.2 图像压缩编码技术
6.2.1 图像传输对编码的需求
缩编码技术以减少数据量； 通信错误对传输准确率的影响，需要研究差
错控制技术来解决传输错误带来的多媒体质 量下降问题。
6.1 多媒体传输与压缩编码基础
6.1.1 多媒体传输对压缩编码的需求 多媒体信息通信传输系统框图
6.1 多媒体传输与压缩编码基础
6.1.2 多媒体压缩基础
1. 信息的度量
一个事件所表示的信息量和这个事件出现的 概率成反比，如果这个事件出现的概率大， 则这个事件所表示的信息量小，出现的概率 小，则事件表示的信息量大。
码符合“前缀编码”的要求。
6.1 多媒体传输与压缩编码基础
6.1.6 熵编码 3. huffman编码
6.1 多媒体传输与压缩编码基础
6.1.6 熵编码
4. 算术编码
编码原则：将被编码的符号序列表示成实 数0和1之间的一个间隔。此间隔与符号序 列出现的概率对应，符号序列越长，出现 的概率越小，则对应的间隔就越小，表示 这一间隔所需的二进制位数就越多。
6.2 图像压缩编码技术
6.2.2 JPEG图像压缩标准
3. 核心技术
基本步骤：
（1）使用正向离散余弦变换把空间域表示的图变换成频率域 表示的图。
（2）使用加权函数对DCT系数进行量化，这个加权函数对于 人的视觉系统是最佳的。
（3）使用霍夫曼可变字长编码器对量化系数进行编码。
6.2 图像压缩编码技术
testing
6.2 图像压缩编码技术
6.2.3 JPEG2000图像压缩标准
2. 标准组成
JPEG 2000标准包含14个部分 ，
（6）JPEG 2000 image coding system: Reference software （7）JPEG 2000 image coding system - Part 6: Compound
第六章 多媒体压缩 编码及其传输技术
内容
6.1 多媒体传输与压缩编码基础 6.2 图像压缩编码技术 6.3 视频压缩编码技术 6.4 音频压缩编码技术 6.5 实时媒体流的差错控制技术 6.6 视频编码传输中的控制技术 6.7 小结
6.1 多媒体传输与压缩编码基础
6.1.1 多媒体传输对压缩编码的需求 通信带宽对传输数据量的限制，需要研究压
6.1 多媒体传输与压缩编码基础
6.1.2 多媒体压缩基础 5. 多媒体信息的冗余性 时空冗余：空间或时间邻近取样点之间的
相似性，以及空间结构上的相似性。 频域冗余：频域分布中的相似性。 心理冗余：人类感知特性决定的生理冗余。 知识冗余：特定先验知识带来的规律性。
6.1 多媒体传输与压缩编码基础
6.1.百度文库 多媒体压缩基础
4.信息率失真函数
失真函数：
0 d (xi , y j ) dij 0
i j i j
平均失真： n n
d
p(xi )p( y j / xi )d (xi , y j )
i1 j 1
信息率失真函数：R(D) min [I(X ,Y)] p( y j / xi )PD
JPEG：Joint Photographic Experts Group， 联合图片专家组
1992年9月JPEG推出了ISO/IEC 10918标 准，简称为JPEG标准
1999年JPEG推出了ISO/IEC 14495标准， 简称为JPEG-LS标准
6.2 图像压缩编码技术
6.2.2 JPEG图像压缩标准
2. 标准组成
JPEG标准ISO/IEC 10918:1992被分成如 下4个部分：
（1）需求与指导方针，Requirements and guidelines （2）顺从测试，Compliance testing （3）扩展，Extensions （4）注册权限，Registration of JPEG profiles…
图像信号的冗余性主要表现为，
（1）空间冗余：图像信号矩阵中相邻点之间存在很大的相关 性；
（2）色彩冗余：图像信号相邻色彩通道之间也存在很大的相 关性；
（3）视觉冗余：人类视觉心态对图像信号中的某类信息敏感，
而对其他信息的丢失或损坏不敏感；
6.2 图像压缩编码技术
6.2.2 JPEG图像压缩标准
1. 标准简介
6.1.3 变换压缩编码
变换器（T）：是一个一对一的变换函数，将多媒体数据 从常规空域表示空间变换到其他表示空间上
量化器（Q）：量化是指用有限长度的符号来表示连续系 数，是一个多对一的映射变换，不可逆。
编码器（C）：编码是指将量化器的输出符号用二进制码 字表示，形成二进制码流。
6.1 多媒体传输与压缩编码基础
（3）JPEG 2000 image coding system: Extensions （4）JPEG 2000 image coding system -- Part 3: Motion
JPEG 2000， （5）JPEG 2000 image coding system: Conformance
6.1.4 信号变换技术 离散余弦变换： 离散小波变换：
6.1 多媒体传输与压缩编码基础
6.1.5 量化
标量量化器：
Q(s) ri
s (di1, di ], i 1, , L
6.1 多媒体传输与压缩编码基础
6.1.6 熵编码
1. 前缀编码
任何一个符号的编码，都不是另一个符号 编码的前缀。
image file format （8）JPEG 2000 image coding system: Secure JPEG 2000， （9）JPEG 2000 image coding system: Interactivity tools，
APIs and protocols （10）JPEG 2000 image coding system: Extensions for
6.2 图像压缩编码技术
6.2.2 JPEG图像压缩标准 3. 核心技术 工作模式
（1）顺序的基于DCT（Sequential DCT-based ）模式 （2）递进的基于DCT（Progressive DCT-based）模式 （3）无损（Lossless）模式
（4）层次（Hierarchical）模式