第2章多媒體信息壓縮

1、p概述：概述：本章主要講述了多媒體數(shù)據(jù)的壓縮技術(shù)。本章主要講述了多媒體數(shù)據(jù)的壓縮技術(shù)。1、數(shù)據(jù)壓縮的基本原理和方法；、數(shù)據(jù)壓縮的基本原理和方法；2、統(tǒng)計編碼、統(tǒng)計編碼3、圖像壓縮編碼、圖像壓縮編碼4、數(shù)字音頻壓縮編碼、數(shù)字音頻壓縮編碼 5、數(shù)字視頻壓縮編碼、數(shù)字視頻壓縮編碼p為什么要進行數(shù)據(jù)壓縮？為什么要進行數(shù)據(jù)壓縮？p多媒體信息多媒體信息包括了文本、數(shù)據(jù)、聲音、動畫、圖包括了文本、數(shù)據(jù)、聲音、動畫、圖形、圖像以及視頻等多種媒體信息。雖然經(jīng)過數(shù)形、圖像以及視頻等多種媒體信息。雖然經(jīng)過數(shù)字化處理后其字化處理后其數(shù)據(jù)量是非常大的，如果不進行數(shù)數(shù)據(jù)量是非常大的，如果不進行數(shù)據(jù)壓縮處理，計算機系統(tǒng)就無

2、法對它進行存儲和據(jù)壓縮處理，計算機系統(tǒng)就無法對它進行存儲和交換。交換。另一個原因是圖像、音頻和視頻這些另一個原因是圖像、音頻和視頻這些媒體媒體具有很大的壓縮潛力。具有很大的壓縮潛力。因為在多媒體數(shù)據(jù)中，存因為在多媒體數(shù)據(jù)中，存在著空間冗余、時間冗余、結(jié)構(gòu)冗余、知識冗余、在著空間冗余、時間冗余、結(jié)構(gòu)冗余、知識冗余、視覺冗余、圖像區(qū)域的相同性冗余、紋理的統(tǒng)計視覺冗余、圖像區(qū)域的相同性冗余、紋理的統(tǒng)計冗余等。它們?yōu)閿?shù)據(jù)壓縮技術(shù)的應(yīng)用提供了可能冗余等。它們?yōu)閿?shù)據(jù)壓縮技術(shù)的應(yīng)用提供了可能的條件。的條件。p空間冗余：相鄰區(qū)域空間冗余：相鄰區(qū)域p時間冗余：相鄰時間時間冗余：相鄰時間p結(jié)構(gòu)冗余：相鄰位置結(jié)構(gòu)冗

3、余：相鄰位置p知識冗余：知識推理知識冗余：知識推理p視覺冗余：邊緣區(qū)域視覺冗余：邊緣區(qū)域p相似性冗余：多個區(qū)域相似相似性冗余：多個區(qū)域相似p聽覺冗余：較弱的聲音聽覺冗余：較弱的聲音p數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)的分類數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)的分類 （1）根據(jù)質(zhì)量有無損失可分為）根據(jù)質(zhì)量有無損失可分為有損失有損失編碼編碼和和無損失編碼。無損失編碼。 （2）根據(jù)數(shù)據(jù)壓縮算法，可以將數(shù)據(jù)）根據(jù)數(shù)據(jù)壓縮算法，可以將數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)分為壓縮技術(shù)分為統(tǒng)計編碼、預(yù)測編碼、統(tǒng)計編碼、預(yù)測編碼、變換編碼、分析合成編碼和其他變換編碼、分析合成編碼和其他編碼編碼。 p統(tǒng)計編碼：根據(jù)出現(xiàn)的概率分布統(tǒng)計編碼：根據(jù)出現(xiàn)的概率分布p預(yù)測編碼：原始信號取樣

4、，量化存儲差值預(yù)測編碼：原始信號取樣，量化存儲差值pPCM編碼：對連續(xù)語音進行采樣編碼：對連續(xù)語音進行采樣p量化與向量化編碼：將模擬量轉(zhuǎn)化數(shù)字量化與向量化編碼：將模擬量轉(zhuǎn)化數(shù)字p頻段劃分編碼：基于頻段劃分處理頻段劃分編碼：基于頻段劃分處理p變換編碼：對信號進行函數(shù)變換變換編碼：對信號進行函數(shù)變換p知識編碼：規(guī)則庫知識編碼：規(guī)則庫p混合編碼：兩種以上編碼混合編碼：兩種以上編碼冗余壓縮法（無損壓縮法）冗余壓縮法（無損壓縮法） 該方法在壓縮時去掉部分冗余信息，而該方法在壓縮時去掉部分冗余信息，而這些被丟失信息經(jīng)過解壓后可以完整的被恢這些被丟失信息經(jīng)過解壓后可以完整的被恢復(fù)到壓縮前的狀態(tài)，是一個復(fù)到壓

5、縮前的狀態(tài)，是一個可逆可逆的過程。因的過程。因此，冗余壓縮法不會產(chǎn)生數(shù)據(jù)失真，一般用此，冗余壓縮法不會產(chǎn)生數(shù)據(jù)失真，一般用于于文本、數(shù)據(jù)文本、數(shù)據(jù)的壓縮，以保證完全的恢復(fù)原的壓縮，以保證完全的恢復(fù)原始數(shù)據(jù)。但這種方法的壓縮比較小，一般在始數(shù)據(jù)。但這種方法的壓縮比較小，一般在2:15:1之間。之間。熵壓縮法（有損壓縮法）熵壓縮法（有損壓縮法） 該方法壓縮時會丟失部分冗余信息，且該方法壓縮時會丟失部分冗余信息，且這些被丟失信息不能被恢復(fù)，是一個這些被丟失信息不能被恢復(fù)，是一個不可逆不可逆的過程。解壓后的數(shù)據(jù)存在一定程度的失真。的過程。解壓后的數(shù)據(jù)存在一定程度的失真。這種壓縮方法的壓縮比可達幾十到上

6、百，常這種壓縮方法的壓縮比可達幾十到上百，常用于用于圖像、聲音、動態(tài)視頻圖像、聲音、動態(tài)視頻等數(shù)據(jù)的壓等數(shù)據(jù)的壓縮?？s。p數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)的性能指標 （1）壓縮比壓縮比 ：壓縮比例：壓縮比例（2）壓縮、解壓縮速度壓縮、解壓縮速度（3）壓縮質(zhì)量壓縮質(zhì)量 ：感知效果：感知效果p 統(tǒng)計編碼屬于無損壓縮編碼，是根統(tǒng)計編碼屬于無損壓縮編碼，是根據(jù)信源符號出現(xiàn)概率的分布特性而據(jù)信源符號出現(xiàn)概率的分布特性而進行的壓縮編碼。進行的壓縮編碼。p其目的是在信源符號和碼字之間建其目的是在信源符號和碼字之間建立明確的一一對應(yīng)關(guān)系，以便在恢立明確的一一對應(yīng)關(guān)系，以便在恢復(fù)時能準確地再現(xiàn)原信號，同時要復(fù)時能準確地再現(xiàn)原信號，

7、同時要使平均碼長或碼率盡量小。使平均碼長或碼率盡量小。 p 相關(guān)概念相關(guān)概念p信息：信息：信息是用不確定性的量度定義的。信息是用不確定性的量度定義的。p信息量：信息量：是指從是指從N個相等可能事件中選出一個相等可能事件中選出一個事件所需要的信息度量或含量，也就是個事件所需要的信息度量或含量，也就是在辯識在辯識N個事件中特定的一個事件的過程中個事件中特定的一個事件的過程中所需要提問所需要提問“是或否是或否”的最少次數(shù)的最少次數(shù)p 相關(guān)概念相關(guān)概念 （3） 熵：熵：如果將信源所有可能事件的信息如果將信源所有可能事件的信息量進行平均，就得到了信息熵量進行平均，就得到了信息熵(entropy)。熵。熵

8、就是平均信息量。就是平均信息量。p如果用如果用0 0和和1 1組成的二進制數(shù)碼為含有組成的二進制數(shù)碼為含有n n個符個符號的某條信息編碼，假設(shè)符號號的某條信息編碼，假設(shè)符號FnFn在整條信在整條信息中重復(fù)出現(xiàn)的概率為息中重復(fù)出現(xiàn)的概率為PnPn，則該符號的熵，則該符號的熵也即表示該符號所需的位數(shù)為：也即表示該符號所需的位數(shù)為：pEn = En = loglog2 2(Pn)(Pn)p整條信息的熵，即表示整條信息所需的位整條信息的熵，即表示整條信息所需的位數(shù)為：數(shù)為：E = EnE = Enp例如：對下面這條只出現(xiàn)了例如：對下面這條只出現(xiàn)了a a、b b、c c三個字符的字三個字符的字符串：符串

9、：aabbaccbaa aabbaccbaa ，字符串長度為，字符串長度為1010，字符，字符a a、b b、c c分別出現(xiàn)了分別出現(xiàn)了5 5、3 3、2 2次，則次，則a a、b b、c c在信息中出現(xiàn)在信息中出現(xiàn)的概率分別為的概率分別為0.50.5、0.30.3、0.20.2，他們的熵分別為：，他們的熵分別為：pEa=-logEa=-log2 2(0.5)=1(0.5)=1pEb=-logEb=-log2 2(0.3)=1.737(0.3)=1.737pEc=-logEc=-log2 2(0.2)=2.322(0.2)=2.322pE=EaE=Ea* *5+Eb5+Eb* *3+Ec3+E

10、c* *2=14.8552=14.855位位 最佳編碼定理p在變字長碼中，對于出現(xiàn)概率大的信息符在變字長碼中，對于出現(xiàn)概率大的信息符號編以短字長的碼，對于出現(xiàn)概率小的信號編以短字長的碼，對于出現(xiàn)概率小的信息符號編以長字長的碼，如果碼字長度嚴息符號編以長字長的碼，如果碼字長度嚴格按照符號概率的大小的相反順序排列，格按照符號概率的大小的相反順序排列，則平均碼字長度一定小于按任何其它符號則平均碼字長度一定小于按任何其它符號順序排列方式得到的碼字長度。順序排列方式得到的碼字長度。Huffman 編碼編碼步驟：步驟：（1 1）概率統(tǒng)計，得到）概率統(tǒng)計，得到n n個不同概率的信息符號；個不同概率的信息符號

11、； （2 2）將）將n n個信源信息符號的個信源信息符號的n n個概率，按概率大小排序；個概率，按概率大小排序；（3 3）將）將n n個概率中，最后兩個小概率相加，這時概率個數(shù)減個概率中，最后兩個小概率相加，這時概率個數(shù)減為為n-1n-1個；個； （4 4）將）將n-1n-1個概率，按大小重新排序；個概率，按大小重新排序； （5 5）重復(fù)（）重復(fù)（3 3），將新排序后的最后兩個小概率相加，相加），將新排序后的最后兩個小概率相加，相加和與其余概率再排序；和與其余概率再排序； （6 6）如此反復(fù)重復(fù)）如此反復(fù)重復(fù)n-2n-2次，得到只剩兩個概率序列；次，得到只剩兩個概率序列； （7 7）以二進制碼

12、元（）以二進制碼元（0 0，1 1）賦值，構(gòu)成哈夫曼碼字，編碼）賦值，構(gòu)成哈夫曼碼字，編碼結(jié)束。結(jié)束。010.39010.35010.611000.261010.11a1a2a3a4a5a6a70.200.190.180.170.150.100.01101100000101001100111信源符號信源符號概率概率HuffmanHuffman碼碼編碼過程編碼過程HuffmanHuffman編碼過程編碼過程x1x2x3x4x5x6x70.350.200.150.100.100.060.040.350.200.150.100.100.100.350.200.200.150.100.350.250.

13、200.200.400.350.250.600.40信源符號信源符號 概率概率編碼過程編碼過程第一步第一步第二步第二步第五步第五步第四步第四步第三步第三步輸入輸入輸入輸入HuffmanHuffman編碼步驟編碼步驟圖圖4.8 Huffman4.8 Huffman碼字的構(gòu)成碼字的構(gòu)成x1x2x3x4x5x6x70.350.200.150.100.100.060.040.350.200.150.100.100.100.350.200.200.150.100.350.250.200.200.400.350.250.600.40第一步第一步第二步第二步第五步第五步第四步第四步第三步第三步碼長碼長 輸入

14、輸入 哈夫曼碼哈夫曼碼2233344001001001111011101111 0010010011110111 001011010011 00011011 1000101 x1x2x3x4x5x6x70.350.200.150.100.100.060.04碼長碼長哈夫曼碼哈夫曼碼2233344001001001111011101111 信源符號信源符號概率概率編碼過程編碼過程010.25010.60010.4001010.20010.10pelbitsLPLPNjjjjnjj/55. 24)04. 006. 0(3)10. 010. 015. 0(2)20. 035. 0()(711碼字的平

15、均碼長碼字的平均碼長N按下式計算：按下式計算：Pj：信源符號：信源符號Xj出現(xiàn)的概率出現(xiàn)的概率Lj：編碼長度：編碼長度0.350.200.150.100.100.060.04碼長碼長2233344001001001111011101111 概率概率哈夫曼碼哈夫曼碼行程編碼行程編碼行程編碼的基本原理是：用一個符號值行程編碼的基本原理是：用一個符號值或串長代替具有相同值的連續(xù)符號（連或串長代替具有相同值的連續(xù)符號（連續(xù)符號構(gòu)成了一段連續(xù)的續(xù)符號構(gòu)成了一段連續(xù)的“行程行程”），），使符號長度少于原始數(shù)據(jù)的長度。使符號長度少于原始數(shù)據(jù)的長度。 例如：例如：55555577777333222211111

16、115555557777733322221111111，其行程，其行程編碼為：（編碼為：（5 5，6 6）（）（7 7，5 5）（）（3 3，3 3）（）（2 2，4 4）（l l，7 7）。）。 算術(shù)編碼算術(shù)編碼算術(shù)編碼從全序列出發(fā)，采用遞推形式的算術(shù)編碼從全序列出發(fā)，采用遞推形式的連續(xù)編碼。它不是將單個信源符號映射成連續(xù)編碼。它不是將單個信源符號映射成一個碼字，而是將整個輸入符號序列映射一個碼字，而是將整個輸入符號序列映射為實數(shù)軸上的為實數(shù)軸上的00，11區(qū)間內(nèi)的一個間隔，區(qū)間內(nèi)的一個間隔，其長度就等于該序列的概率，并在該間隔其長度就等于該序列的概率，并在該間隔內(nèi)選擇一個代表性的二進制小數(shù)

17、，作為實內(nèi)選擇一個代表性的二進制小數(shù)，作為實際的編碼輸出，使其平均碼長逼近信源的際的編碼輸出，使其平均碼長逼近信源的熵，從而達到高效編碼的目的熵，從而達到高效編碼的目的 LZW編碼編碼pLZW壓縮技術(shù)把數(shù)據(jù)流中復(fù)雜的數(shù)據(jù)用壓縮技術(shù)把數(shù)據(jù)流中復(fù)雜的數(shù)據(jù)用簡單的代碼來表示，并把代碼和數(shù)據(jù)的對簡單的代碼來表示，并把代碼和數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系建立一個轉(zhuǎn)換表，又叫應(yīng)關(guān)系建立一個轉(zhuǎn)換表，又叫“字符串字符串表表”。p轉(zhuǎn)換表是在壓縮或解壓縮過程中動態(tài)生成轉(zhuǎn)換表是在壓縮或解壓縮過程中動態(tài)生成的表，該表只在進行壓縮或解壓縮過程中的表，該表只在進行壓縮或解壓縮過程中需要，一旦壓縮和解壓縮結(jié)束，該表將不需要，一旦壓縮和解壓

18、縮結(jié)束，該表將不再起任何作用。再起任何作用。 p圖像壓縮的基本方法圖像壓縮的基本方法p預(yù)測編碼預(yù)測編碼p預(yù)測編碼是根據(jù)某一模型利用以往的預(yù)測編碼是根據(jù)某一模型利用以往的樣本值對于新樣本進行預(yù)測，然后將樣本值對于新樣本進行預(yù)測，然后將樣本的實際值與預(yù)測值相減得到一個樣本的實際值與預(yù)測值相減得到一個誤差值，對這一誤差值進行編碼。誤差值，對這一誤差值進行編碼。pDPCMp它是利用圖像信號的相關(guān)性找出可反映信號變化特性的一個差值編碼。是對模擬信號幅度抽樣的差值進行量化編碼的調(diào)制方式。這種方式是用已經(jīng)過去的抽樣值來預(yù)測當前的抽樣值，對它們的差值進行編碼。差值編碼可以提高編碼頻率，這種技術(shù)已應(yīng)用于模擬信號

19、的數(shù)字通信之中。pADPCMp綜合了APCM的自適應(yīng)特性和DPCM系統(tǒng)的差分特性，是一種性能比較好的波形編碼。使用過去的樣本值估算下一個輸入樣本的預(yù)測值，使實際樣本值和預(yù)測值之間的差值總是最小。p優(yōu)點：算法復(fù)雜度低，壓縮比大、編解碼延時最短p缺點：還原質(zhì)量一般 p圖像壓縮的基本方法圖像壓縮的基本方法p變換編碼變換編碼p變換編碼不是直接對原圖像信號壓縮編碼，而變換編碼不是直接對原圖像信號壓縮編碼，而是首先將圖像信號進行某種函數(shù)變換，從一種是首先將圖像信號進行某種函數(shù)變換，從一種信號映射到另一個域中，產(chǎn)生一組變換系數(shù)，信號映射到另一個域中，產(chǎn)生一組變換系數(shù)，然后對這些系數(shù)量化、編碼、傳輸。在空間上

20、然后對這些系數(shù)量化、編碼、傳輸。在空間上具有強相關(guān)性的信號，反映在頻域上是某些特具有強相關(guān)性的信號，反映在頻域上是某些特定的區(qū)域內(nèi)能量常常被集中在一起，或是變換定的區(qū)域內(nèi)能量常常被集中在一起，或是變換系數(shù)矩陣的分布具有規(guī)律性。可利用這些規(guī)律，系數(shù)矩陣的分布具有規(guī)律性?？衫眠@些規(guī)律，在不同的頻域上分配不同的量化比特數(shù)，從而在不同的頻域上分配不同的量化比特數(shù)，從而達到壓縮數(shù)據(jù)的目的。達到壓縮數(shù)據(jù)的目的。p離散余弦變化壓縮離散余弦變化壓縮 離散傅里葉變換需要進行復(fù)數(shù)運算，盡管有FFT可以提高運算速度，但在圖像編碼、特別是在實時處理中非常不便。離散傅里葉變換在實際的圖像通信系統(tǒng)中很少使用，但它具有理

21、論的指導意義。根據(jù)離散傅里葉變換的性質(zhì)，使偶函數(shù)的傅里葉變換只含實的余弦項，因此構(gòu)造了一種實數(shù)域的變換離散余弦變換(DCT)。通過研究發(fā)現(xiàn)，DCT除了具有一般的正交變換性質(zhì)外，其變換陣的基向量很近似于Toeplitz矩陣的特征向量，后者體現(xiàn)了人類的語言、圖像信號的相關(guān)特性。因此，在對語音、圖像信號變換的確定的變換矩陣正交變換中，DCT變換被認為是一種準最佳變換。在近年頒布的一系列視頻壓縮編碼的國際標準建議中，都把 DCT 作為其中的一個基本處理模塊。pK-L變換變換以矢量信號X的協(xié)方差矩陣的歸一化正交特征矢量q所構(gòu)成的正交矩陣Q，來對該矢量信號X做正交變換Y=QX，則稱此變換為K-L變換（K-

22、LT或KLT），K-LT是Karhunen-Love Transform的簡稱，p在模式識別和圖像處理中一個主要的問題就是降維，在實際模式識別問題中，我們選擇的特征經(jīng)常彼此相關(guān)，在識別這些特征時，數(shù)量很多，大部分都是無用的。如果我們能減少特征的數(shù)量，即減少特征空間的維數(shù)，那么我們將以更少的存儲和計算復(fù)雜度獲得更高的準確性。 KL變換是一種常用的特征提取方法，在消除模式特征之間的相關(guān)性、突出差異性方面有最優(yōu)的效果。p小波變換小波變換小波變換是一種新的變換分析方法，它繼承和發(fā)展了短時傅立葉變換局部化的思想，同時又克服了窗口大小不隨頻率變化等缺點，能夠提供一個隨頻率改變的“時間-頻率”窗口，是進行信

23、號時頻分析和處理的理想工具。它的主要特點是通過變換能夠充分突出問題某些方面的特征，能對時間（空間）頻率的局部化分析，通過伸縮平移運算對信號（函數(shù))逐步進行多尺度細化，最終達到高頻處時間細分，低頻處頻率細分，能自動適應(yīng)時頻信號分析的要求，從而可聚焦到信號的任意細節(jié)，p圖像壓縮的基本方法圖像壓縮的基本方法p分形編碼分形編碼p分形圖像編碼是目前較有發(fā)展前途的圖像編碼方法之一, 也是目前研究較為廣泛的編碼方法之一。對其研究已有近十年的歷史，其間，人們發(fā)現(xiàn)了它所具有的許多優(yōu)點：比如，它突破以往熵壓縮編碼的界限，在編碼過程中，采用了類似描述的方法，而解碼是通過迭代完成的，且具有分辨率無關(guān)的解碼特性等。p分

24、形圖像編碼的思想最早由Barnsley和Sloan引入，將原始圖像表示為圖像空間中一系列壓縮映射的吸引子。在此基礎(chǔ)上，Jacquin設(shè)計了第一個實用的基于方塊分割的分形圖像編碼器，他首先將原始圖像分割為值域子塊和定義域子塊，對于每一個值域子塊，尋找一個定義域子塊和仿射變換（包括幾何變換、對比度放縮和亮度平移），p使變換后的定義域子塊最佳逼近值域子塊。隨后Fisher等提出了四象限樹編碼方案，采用有效的分類技術(shù)，極大的提高了編碼性能。隨著幾十種新算法和改進方案的問世，分形圖像編碼目前已形成了三個主要發(fā)展方向：加快分形的編解碼速度、提高分形編碼質(zhì)量、分形序列圖像編碼。 p圖像壓縮標準圖像壓縮標準J

25、PEGpJPEG算法被確定為算法被確定為JPEG國際標準，它是國際標準，它是國際上彩色、灰度、靜止圖像的第一個國國際上彩色、灰度、靜止圖像的第一個國際標準。際標準。 pJPEG標準是一個適合范圍廣泛的通用標準。標準是一個適合范圍廣泛的通用標準。它不僅適于靜圖像的壓縮，電視圖像序列它不僅適于靜圖像的壓縮，電視圖像序列的幀內(nèi)圖像的壓縮編碼也常采用的幀內(nèi)圖像的壓縮編碼也常采用JPEG壓縮壓縮標準。標準。 量化的基本原理量化的基本原理 量化的作用是在圖像質(zhì)量或聲音質(zhì)量達量化的作用是在圖像質(zhì)量或聲音質(zhì)量達到一定保真度的前提下，舍棄那些對視覺到一定保真度的前提下，舍棄那些對視覺或聽覺影響不大的信息。量化的

26、過程是模或聽覺影響不大的信息。量化的過程是模擬信號到數(shù)字信號的映射。模擬量是連續(xù)擬信號到數(shù)字信號的映射。模擬量是連續(xù)量，而數(shù)字量是離散量，因此量化操作實量，而數(shù)字量是離散量，因此量化操作實質(zhì)上是用有限的離散量代替無限的連續(xù)模質(zhì)上是用有限的離散量代替無限的連續(xù)模擬量的多對一的映射操作。擬量的多對一的映射操作。量化的基本原理量化的基本原理p 量化概念主要來自于從模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，量化概念主要來自于從模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，即即A/D轉(zhuǎn)換，也就是通過采樣把連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)換，也就是通過采樣把連續(xù)的模擬量離散化。量化過程預(yù)先設(shè)置一組判決電平和一離散化。量化過程預(yù)先設(shè)置一組判決電平和一組重建電平，各個判

27、決電平覆蓋一定的區(qū)間，組重建電平，各個判決電平覆蓋一定的區(qū)間，所有判決電平將覆蓋整個有效取值區(qū)間。量化所有判決電平將覆蓋整個有效取值區(qū)間。量化時將模擬量的取樣值同這些電平比較，若采樣時將模擬量的取樣值同這些電平比較，若采樣值幅度落在覆蓋區(qū)間之上，則取這個量化級的值幅度落在覆蓋區(qū)間之上，則取這個量化級的代表值，稱為碼字。一個量化器只能取有限多代表值，稱為碼字。一個量化器只能取有限多個量化級，因此量化過程不可避免地存在量化個量化級，因此量化過程不可避免地存在量化誤差。誤差。量化器的設(shè)計要求量化器的設(shè)計要求 通常設(shè)計量化器有下述兩種情況：通常設(shè)計量化器有下述兩種情況： p（1）給定量化分層級數(shù)，滿足

28、量化誤差）給定量化分層級數(shù)，滿足量化誤差最小。最小。 p（2）限定量化誤差，確定分層級數(shù)，滿）限定量化誤差，確定分層級數(shù)，滿足以盡量小的平均比特數(shù)，表示量化輸出。足以盡量小的平均比特數(shù)，表示量化輸出。幀間預(yù)測編碼幀間預(yù)測編碼（P119） p幀間預(yù)測編碼技術(shù)的對象是序列圖象。隨幀間預(yù)測編碼技術(shù)的對象是序列圖象。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，已有可能著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，已有可能把幾幀的圖象存起來作實時處理，利用幀把幾幀的圖象存起來作實時處理，利用幀間的時間相關(guān)性進一步消除圖象信號的冗間的時間相關(guān)性進一步消除圖象信號的冗余度，提高壓縮比。幀間編碼的技術(shù)基礎(chǔ)余度，提高壓縮比。幀間編碼的技術(shù)基礎(chǔ)

29、是預(yù)測技術(shù)。是預(yù)測技術(shù)。 pJPEG2000標準p特色特色：p（1）高壓縮比（低比特率）。）高壓縮比（低比特率）。p（2）無損壓縮。）無損壓縮。p（3）漸進傳輸。）漸進傳輸。p（4）感興趣區(qū)域壓縮。）感興趣區(qū)域壓縮。p（5）其他優(yōu)點。）其他優(yōu)點。pJPEG 2000是基于小波變換的圖像壓縮標準，由Joint Photographic Experts Group組織創(chuàng)建和維護。JPEG 2000通常被認為是未來取代JPEG（基于離散余弦變換）的下一代圖像壓縮標準。pJPEG2000的壓縮比更高，而且不會產(chǎn)生原先的基于離散馀弦變換的JPEG標準產(chǎn)生的塊狀模糊瑕疵。JPEG2000同時支持有損壓縮和

30、無損壓縮。另外，JPEG2000也支持更復(fù)雜的漸進式顯示和下載。p在有損壓縮下，JPEG2000一個比較明顯的優(yōu)點就是沒有JPEG壓縮中的馬賽克失真效果。JPEG2000的失真主要是模糊失真。模糊失真產(chǎn)生的主要原因是在編碼過程中高頻量一定程度的衰減。傳統(tǒng)的JPEG壓縮也存在模糊失真的問題。p就圖像整體壓縮性能來說，目前有一些文章可能夸大JPEG2000的性能。事實上，在低壓縮比情形下（比如壓縮比小于10：1），傳統(tǒng)的JPEG圖像質(zhì)量有可能要比JPEG2000要好。JPEG2000在壓縮比比較高的情形下，優(yōu)勢才開始明顯。整體來說，和傳統(tǒng)的JPEG相比，JPEG2000仍然有很大的技術(shù)優(yōu)勢，通常壓

31、縮性能大概可以提高20%以上。一般在壓縮比達到100：1的情形下，采用JPEG壓縮的圖像已經(jīng)嚴重失真并開始難以識別了，但JPEG2000的圖像仍可識別。 對于不同類型的音頻信號而言，其信號帶寬是對于不同類型的音頻信號而言，其信號帶寬是不同的，如電話音頻信號不同的，如電話音頻信號(200Hz-3.4kHz)(200Hz-3.4kHz)，調(diào)，調(diào)幅廣播音頻信號幅廣播音頻信號(50Hz- 7kHz)(50Hz- 7kHz)，調(diào)頻廣播音頻，調(diào)頻廣播音頻信號信號(20Hz- 15kHz)(20Hz- 15kHz)，激光唱盤音頻信號，激光唱盤音頻信號(10Hz- (10Hz- 20kHz)20kHz)。針對

32、不同的音頻信號，制定了相應(yīng)的。針對不同的音頻信號，制定了相應(yīng)的壓縮標準。壓縮標準。 音頻壓縮編碼的基本方法音頻壓縮編碼的基本方法1 1統(tǒng)計編碼統(tǒng)計編碼2 2波形編碼波形編碼 3. 3. 參數(shù)編碼參數(shù)編碼 4 4混合編碼混合編碼 5 5感知編碼感知編碼 視頻壓縮技術(shù)標準主要有：視頻壓縮技術(shù)標準主要有：ITU H.261ITU H.261建議建議，用于，用于ISDNISDN信道的信道的PCPC電視電話、桌面視電視電話、桌面視頻會議和音像郵件等通信終端。頻會議和音像郵件等通信終端。MPEGMPEG1 1視頻壓縮標準，用于視頻壓縮標準，用于 VCDVCD、MPCMPC、PCPCTVTV一體機、一體機、

33、交互電視交互電視ITVITV和電視點播和電視點播VODVOD。MPEGMPEG2 2ITU H.262ITU H.262視頻視頻標準，主要用于數(shù)字存儲。視標準，主要用于數(shù)字存儲。視頻廣播和通信，如頻廣播和通信，如HDTVHDTV、CATVCATV、DVDDVD、VODVOD和電影點播和電影點播MODMOD等。等。ITU H.263ITU H.263建議，用于網(wǎng)上的可視電話、移動多媒體終建議，用于網(wǎng)上的可視電話、移動多媒體終端、多媒體可視圖文、遙感、電子郵件、電子報紙和交互端、多媒體可視圖文、遙感、電子郵件、電子報紙和交互式計算機成像等。式計算機成像等。MPEGMPEG4 4和和 ITU H.V

34、LCITU H.VLCL L低碼率多媒體通信標準仍在發(fā)低碼率多媒體通信標準仍在發(fā)展之中展之中. . MPEGMPEG標準概述標準概述MPEGMPEG的全稱是運動圖像專家組（的全稱是運動圖像專家組（Moving Picture Experts Moving Picture Experts GroupGroup）MPEGMPEG標準由標準由MPEGMPEG視頻、視頻、MPEGMPEG音頻和視頻與音頻同步三個部音頻和視頻與音頻同步三個部分組成。分組成。MPEGMPEG壓縮標準是針對運動圖像而設(shè)計的?；痉椒ㄊ菈嚎s標準是針對運動圖像而設(shè)計的?；痉椒ㄊ窃趩挝粫r間內(nèi)采集并保存第一幀信息，然后就只存儲其余

35、在單位時間內(nèi)采集并保存第一幀信息，然后就只存儲其余幀相對第一幀發(fā)生變化的部分，以達到壓縮的目的。幀相對第一幀發(fā)生變化的部分，以達到壓縮的目的。 MPEGMPEG壓縮標準可實現(xiàn)幀之間的壓縮，其平均壓縮比可達壓縮標準可實現(xiàn)幀之間的壓縮，其平均壓縮比可達5050：1 1，壓縮率比較高，且又有統(tǒng)一的格式，兼容性好。壓縮率比較高，且又有統(tǒng)一的格式，兼容性好。 MPEG視頻壓縮技術(shù)pMPEG視頻壓縮技術(shù)是針對運動圖象的數(shù)視頻壓縮技術(shù)是針對運動圖象的數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)。為了提高壓縮比，據(jù)壓縮技術(shù)。為了提高壓縮比，幀內(nèi)圖象幀內(nèi)圖象數(shù)據(jù)壓縮數(shù)據(jù)壓縮和和幀間圖象數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)幀間圖象數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)必須同必須同時使用。時使用

36、。MPEG將圖像分成三種類型pI圖像（圖像（Intra Picture 幀內(nèi)圖）幀內(nèi)圖）pP圖像（圖像（Predicted Picture預(yù)測圖）預(yù)測圖）pB圖像（圖像（Bidirectional Picture雙向預(yù)雙向預(yù)測圖）。測圖）。 MPEG1:MPEG1:基于數(shù)字存儲媒體運動圖像和聲音的壓縮標準基于數(shù)字存儲媒體運動圖像和聲音的壓縮標準”著眼于解決多媒體的存儲問題。著眼于解決多媒體的存儲問題。由于由于MPEG-1MPEG-1的成功制定，以的成功制定，以VCDVCD和和MP3MP3為代表的為代表的MPEG-1MPEG-1產(chǎn)品產(chǎn)品在世界范圍內(nèi)迅速普及。在世界范圍內(nèi)迅速普及。 MPEG-1MPEG-1用于傳輸用于傳輸1 15Mbps5Mbps數(shù)據(jù)傳輸率的數(shù)字存儲媒體運動數(shù)據(jù)傳輸率的數(shù)字存儲媒體運動圖像及其伴音的編碼，經(jīng)過圖像及其伴音的編碼，經(jīng)過MPEG-1MPEG-1標準壓縮后，視頻數(shù)據(jù)標準壓縮后，視頻數(shù)據(jù)壓縮率為壓縮率為1/100-11/100-1200200，音頻壓縮率為，音頻壓縮率為1