第6章多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)

1、 教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo)熟悉多媒體數(shù)據(jù)壓縮的基本概念及原理熟悉多媒體數(shù)據(jù)壓縮的基本概念及原理 了解壓縮方法的分類了解壓縮方法的分類 掌握幾種常用的壓縮方法掌握幾種常用的壓縮方法掌握數(shù)據(jù)壓縮的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)掌握數(shù)據(jù)壓縮的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)第第6 6章章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù) 6.16.1多媒體數(shù)據(jù)壓縮概述多媒體數(shù)據(jù)壓縮概述1.1.多媒體信息的數(shù)據(jù)量巨大多媒體信息的數(shù)據(jù)量巨大 文本文本 若若10241024768768顯示分辨率、顯示分辨率、16161616點(diǎn)陣文字、點(diǎn)陣文字、4 4 Byte/Byte/字，則一屏漢字的總數(shù)據(jù)量為字，則一屏漢字的總數(shù)據(jù)量為: : 到到 (1024/16)(1024/16

2、)(768/16)(768/16)4 = 12288Byte4 = 12288Bytel6.1.16.1.1數(shù)據(jù)壓縮的必要性數(shù)據(jù)壓縮的必要性圖像圖像 若采用若采用640640480480顯示分辨率，顯示分辨率，2424位真彩色，位真彩色，則滿屏圖像的總數(shù)據(jù)量為則滿屏圖像的總數(shù)據(jù)量為: : 64064048048024 24 8 = 8 = ？Byte(922KB)Byte(922KB)音頻音頻 若采樣頻率為若采樣頻率為44.1KHz16bit(2Byte) 44.1KHz16bit(2Byte) ，立體聲，則，立體聲，則1 1分分鐘的總數(shù)據(jù)量為鐘的總數(shù)據(jù)量為: : 視頻視頻 若采樣頻率最低為若

3、采樣頻率最低為10M,10M,樣本寬度為樣本寬度為24bit,24bit,掃描速度為掃描速度為2525幀幀/s,/s,則一幀數(shù)字化圖像所用的最少存儲(chǔ)空間為則一幀數(shù)字化圖像所用的最少存儲(chǔ)空間為1.2M1.2M。44.144.12 Byte2 Byte2 2 60s = 10584 KB60s = 10584 KB101024/824/81s/25= 1.2MB1s/25= 1.2MB第第6 6章章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)視頻視頻 以以PALPAL制為例，顯示有效分辨率為制為例，顯示有效分辨率為720720* *576576，樣本寬，樣本寬度為度為24bit,24bit,掃描速度為掃

4、描速度為2525幀幀/s,/s,則則1s1s的數(shù)據(jù)量是：的數(shù)據(jù)量是：720720* *576576* *24/824/8* *2525* *1s=?MB1s=?MB第第6 6章章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù) 6.16.1多媒體數(shù)據(jù)壓縮概述多媒體數(shù)據(jù)壓縮概述l6.1.16.1.1數(shù)據(jù)壓縮的必要性數(shù)據(jù)壓縮的必要性2.2.有效利用存儲(chǔ)器容量有效利用存儲(chǔ)器容量3.3.提高通信線路的傳輸效率提高通信線路的傳輸效率4.4.消除計(jì)算機(jī)系統(tǒng)處理視頻消除計(jì)算機(jī)系統(tǒng)處理視頻I/OI/O瓶頸瓶頸第第6 6章章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù) 6.16.1多媒體數(shù)據(jù)壓縮概述多媒體數(shù)據(jù)壓縮概述l6.1.

5、16.1.1數(shù)據(jù)壓縮的必要性數(shù)據(jù)壓縮的必要性數(shù)據(jù)存在冗余數(shù)據(jù)存在冗余 ( (重復(fù)數(shù)據(jù)、可忽略數(shù)據(jù)重復(fù)數(shù)據(jù)、可忽略數(shù)據(jù)) )不敏感因素不敏感因素 ( (顏色、亮度、頻率、細(xì)節(jié)顏色、亮度、頻率、細(xì)節(jié)) )l6.1.26.1.2數(shù)據(jù)壓縮條件數(shù)據(jù)壓縮條件2 224 24 顏色顏色 (16,777,216(16,777,216色色) )2 28 8 顏色顏色 (256(256色色) )第第6 6章章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)信息量與冗余的關(guān)系信息量與冗余的關(guān)系冗余冗余 信息所具有的各種性質(zhì)中多余的無(wú)用空間信息所具有的各種性質(zhì)中多余的無(wú)用空間冗余度冗余度 多余的無(wú)用空間的程度多余的無(wú)用空間的程

6、度l6.1.3 6.1.3 數(shù)據(jù)冗余數(shù)據(jù)冗余I = D du I 信息量信息量 D 數(shù)據(jù)量數(shù)據(jù)量 du 冗余量冗余量例：例：180180個(gè)漢字，文本數(shù)據(jù)量為個(gè)漢字，文本數(shù)據(jù)量為360B360B。廣播員朗讀使用廣播員朗讀使用1 1分鐘，數(shù)字化時(shí)采樣頻率分鐘，數(shù)字化時(shí)采樣頻率8KHz8KHz，8 8位量化，位量化，則數(shù)據(jù)量為則數(shù)據(jù)量為8 860s=480KB/60s=480KB/分分 一分鐘語(yǔ)音數(shù)據(jù)有一分鐘語(yǔ)音數(shù)據(jù)有 倍冗余倍冗余（480KB-360B)/360B=1300第第6 6章章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)冗余分類冗余分類11空間冗余空間冗余 規(guī)則物體的物理相關(guān)性規(guī)則物體的物理相

7、關(guān)性2 2 時(shí)間冗余時(shí)間冗余 運(yùn)動(dòng)圖像中的相關(guān)性運(yùn)動(dòng)圖像中的相關(guān)性3 3 統(tǒng)計(jì)冗余統(tǒng)計(jì)冗余 具有空間和時(shí)間冗余具有空間和時(shí)間冗余5 5 視覺(jué)冗余視覺(jué)冗余 視覺(jué)的敏感度和非線性感覺(jué)視覺(jué)的敏感度和非線性感覺(jué)6 6 知識(shí)冗余知識(shí)冗余 憑借經(jīng)驗(yàn)識(shí)別憑借經(jīng)驗(yàn)識(shí)別 4 4 結(jié)構(gòu)冗余結(jié)構(gòu)冗余 規(guī)則紋理、重疊的結(jié)構(gòu)表面規(guī)則紋理、重疊的結(jié)構(gòu)表面7 7 其他冗余其他冗余 圖像的非特定性帶來(lái)的冗余圖像的非特定性帶來(lái)的冗余第第6 6章章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)圖像壓縮系統(tǒng)的組成圖像壓縮系統(tǒng)的組成l6.1.4 6.1.4 壓縮原理壓縮原理變換器變換器量化器量化器編碼器編碼器輸入圖像輸入圖像圖像壓縮的的相關(guān)

8、指標(biāo)圖像壓縮的的相關(guān)指標(biāo)壓縮比壓縮比 算法簡(jiǎn)單算法簡(jiǎn)單 恢復(fù)效果好恢復(fù)效果好 壓縮能否用硬件實(shí)現(xiàn)壓縮能否用硬件實(shí)現(xiàn)第第6 6章章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù) 6.2 6.2 數(shù)據(jù)壓縮算法數(shù)據(jù)壓縮算法l6.2.1 6.2.1 數(shù)據(jù)壓縮算法分類數(shù)據(jù)壓縮算法分類 無(wú)損壓縮編碼無(wú)損壓縮編碼壓縮數(shù)據(jù)還原后，與原始數(shù)據(jù)一致，無(wú)損失壓縮數(shù)據(jù)還原后，與原始數(shù)據(jù)一致，無(wú)損失 有損壓縮編碼有損壓縮編碼 壓縮后再還原的數(shù)據(jù)有損失壓縮后再還原的數(shù)據(jù)有損失無(wú)損壓縮編碼無(wú)損壓縮編碼( (可逆編碼可逆編碼) )霍夫曼編碼霍夫曼編碼行行 程程 編編 碼碼算算 術(shù)術(shù) 編編 碼碼有損壓縮編碼有損壓縮編碼( (不可逆編碼

9、不可逆編碼) )全頻帶編碼全頻帶編碼PCM / ADPCMPCM / ADPCM混混 合合 編編 碼碼JPEG / MPEGJPEG / MPEG按是否失真來(lái)分按是否失真來(lái)分第第6 6章章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)l6.2.1 6.2.1 數(shù)據(jù)壓縮算法分類數(shù)據(jù)壓縮算法分類預(yù)測(cè)編碼預(yù)測(cè)編碼針對(duì)空間冗余和時(shí)間冗余針對(duì)空間冗余和時(shí)間冗余利用已被編碼的點(diǎn)的值預(yù)測(cè)鄰近的點(diǎn)的值利用已被編碼的點(diǎn)的值預(yù)測(cè)鄰近的點(diǎn)的值變換編碼變換編碼針對(duì)復(fù)雜圖像針對(duì)復(fù)雜圖像將圖像或時(shí)域信號(hào)變換到頻域上，再進(jìn)行壓縮將圖像或時(shí)域信號(hào)變換到頻域上，再進(jìn)行壓縮按是壓縮原理來(lái)分按是壓縮原理來(lái)分信息熵編碼信息熵編碼根據(jù)信息熵原

10、理，對(duì)概率大符號(hào)用短碼字表示，反之用長(zhǎng)碼字表示根據(jù)信息熵原理，對(duì)概率大符號(hào)用短碼字表示，反之用長(zhǎng)碼字表示典型的有哈夫曼編碼、行程編碼、算術(shù)編碼典型的有哈夫曼編碼、行程編碼、算術(shù)編碼混合編碼混合編碼把變換編碼和預(yù)測(cè)編碼結(jié)合的編碼方法把變換編碼和預(yù)測(cè)編碼結(jié)合的編碼方法第第6 6章章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)l幾個(gè)相關(guān)的名詞幾個(gè)相關(guān)的名詞信息是用不確定性的量度定義的。一個(gè)消息的可能性愈小，信息是用不確定性的量度定義的。一個(gè)消息的可能性愈小，其信息愈多；而消息的可能性愈大，則其信息愈少。其信息愈多；而消息的可能性愈大，則其信息愈少。信息量：指從信息量：指從N個(gè)相等的可能事件中選出一個(gè)事件所

11、需要的信個(gè)相等的可能事件中選出一個(gè)事件所需要的信息度量和含量，也就是在息度量和含量，也就是在N個(gè)事件中辯識(shí)特定的一個(gè)事件要詢問(wèn)個(gè)事件中辯識(shí)特定的一個(gè)事件要詢問(wèn)的的“是或否是或否”的次數(shù)的次數(shù).（假如要從（假如要從64個(gè)數(shù)中選定某一個(gè)數(shù)個(gè)數(shù)中選定某一個(gè)數(shù))第第6 6章章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)6(bits)64log2 6.2 6.2 數(shù)據(jù)壓縮算法數(shù)據(jù)壓縮算法l信息量的計(jì)算公式信息量的計(jì)算公式概率概率I(x)= log2N= - log2 = - log2p(xj)N第第6 6章章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)P(xP(xj j) )是信源是信源X X發(fā)出發(fā)出x xj j的

12、概率的概率;I(x;I(xj j) )是指信源是指信源X X發(fā)出發(fā)出x xj j這個(gè)消息后，這個(gè)消息后，接收端收到信息量的量度。接收端收到信息量的量度。 6.2 6.2 數(shù)據(jù)壓縮算法數(shù)據(jù)壓縮算法熵：如果將信源所有可能事件的信息量進(jìn)行平均，就得熵：如果將信源所有可能事件的信息量進(jìn)行平均，就得到了信息熵到了信息熵(entropy)(entropy)。熵就是平均信息量。熵就是平均信息量。njjjjxPxPxIEXH12)(log)()()()()()()(1jnjjjxIxPxIEXHH(X)H(X)稱為信源稱為信源X X的的“熵熵”，即信源，即信源X X發(fā)出任意一個(gè)隨機(jī)變量的平均信息量發(fā)出任意一個(gè)

13、隨機(jī)變量的平均信息量第第6 6章章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù) 6.2 6.2 數(shù)據(jù)壓縮算法數(shù)據(jù)壓縮算法l平均碼長(zhǎng)的算法平均碼長(zhǎng)的算法 P(XP(Xj j) )為信源符號(hào)出現(xiàn)的概率，為信源符號(hào)出現(xiàn)的概率，L(XL(Xj j) )是符號(hào)的編碼長(zhǎng)度是符號(hào)的編碼長(zhǎng)度。的下限。熵值是平均碼長(zhǎng)。稍大于最佳 編佳不可能；編碼；時(shí)，有冗余，不是最佳NH(X)N(H(X)LH(X)LH(X)LnjjjxLxPL1)()(（j=1,2,n）第第6 6章章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù) 6.2 6.2 數(shù)據(jù)壓縮算法數(shù)據(jù)壓縮算法l6.2.26.2.2常用的無(wú)損壓縮方法常用的無(wú)損壓縮方法 香農(nóng)香農(nóng)范

14、洛編碼范洛編碼 編碼原理編碼原理 1 1信號(hào)源的數(shù)據(jù)按照出現(xiàn)概率遞信號(hào)源的數(shù)據(jù)按照出現(xiàn)概率遞減的順序排。減的順序排。 22將排好序的符號(hào)分成兩組，使將排好序的符號(hào)分成兩組，使每組的概率之和接近或相等。每組的概率之和接近或相等。 33將第一組賦值為將第一組賦值為0 0，第二組賦值，第二組賦值為為1 1。 44把每個(gè)分組按同樣原則劃分，把每個(gè)分組按同樣原則劃分，重復(fù)重復(fù)2 2，3 3，直到不能再分。，直到不能再分。 5 5 讀數(shù)時(shí)，從上到下。讀數(shù)時(shí)，從上到下。4 41111141412126 63 3F FE ED DC CB BA A例：有六個(gè)字母組成的字符串例：有六個(gè)字母組成的字符串長(zhǎng)度為長(zhǎng)度

15、為5050，各個(gè)字母出現(xiàn)的次，各個(gè)字母出現(xiàn)的次數(shù)分別為：數(shù)分別為：ABCDEFABCDEF第第6 6章章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)4 41111141412126 63 3F FE ED DC CB BA A3 34 46 6111112121414A AF FB BE EC CD DABCDEFD CEBFADCBFAEBFAFA0100001111符號(hào)符號(hào)編碼編碼A AB BC CD DE EF F11111100100101110概率概率3/503/506/506/5012/5012/5014/5014/5011/5011/504/504/50第第6 6章章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技

16、術(shù)多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)A AB BC CD DE EF F編碼編碼111111001001011101.信息符號(hào)的熵值：信息符號(hào)的熵值：H(x)=符號(hào)符號(hào)概率概率3/503/506/506/5012/5012/5014/5014/5011/5011/504/504/503/25log2(25/3)+3/50log2(50/3)+2. 符號(hào)的平均碼長(zhǎng)：符號(hào)的平均碼長(zhǎng)：niiixLxPL1)()(L=3/50 4 +3/25 3+(6/25+7/25+11/50+2/25) 2+2/25 4第第6 6章章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù) 6.2 6.2 數(shù)據(jù)壓縮算法數(shù)據(jù)壓縮算法l6.2.26.

17、2.2常用的無(wú)損壓縮方法常用的無(wú)損壓縮方法霍夫曼編碼霍夫曼編碼 無(wú)損編碼無(wú)損編碼 編碼原理編碼原理出現(xiàn)頻率高的數(shù)據(jù)編碼長(zhǎng)度短，反之亦然出現(xiàn)頻率高的數(shù)據(jù)編碼長(zhǎng)度短，反之亦然 1 1 信號(hào)源的數(shù)據(jù)按照出現(xiàn)概率遞減的順序排列信號(hào)源的數(shù)據(jù)按照出現(xiàn)概率遞減的順序排列 2 2 合并兩個(gè)最小出現(xiàn)概率，作為新數(shù)據(jù)出現(xiàn)概率合并兩個(gè)最小出現(xiàn)概率，作為新數(shù)據(jù)出現(xiàn)概率 3 3 重復(fù)進(jìn)行重復(fù)進(jìn)行1212，直至概率相加為，直至概率相加為1 1為止為止 4 4 合并運(yùn)算時(shí)，概率大者取合并運(yùn)算時(shí)，概率大者取1 1，概率小者取，概率小者取0 0 5 5 記錄概率為記錄概率為1 1處到信號(hào)源的處到信號(hào)源的0 0、1 1序列序列l(wèi)

18、編碼特點(diǎn)編碼特點(diǎn)編碼長(zhǎng)度可變，壓縮與解壓縮較慢編碼長(zhǎng)度可變，壓縮與解壓縮較慢硬件實(shí)現(xiàn)困難硬件實(shí)現(xiàn)困難編碼效率取決于信號(hào)源的數(shù)據(jù)出現(xiàn)概率編碼效率取決于信號(hào)源的數(shù)據(jù)出現(xiàn)概率第第6 6章章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)ABCDEFG0.230.070.180.210.130.150.03例例：信源符號(hào)及其概率如下所示，試求霍夫曼編碼、平均碼長(zhǎng)及熵。信源符號(hào)及其概率如下所示，試求霍夫曼編碼、平均碼長(zhǎng)及熵。ABCDEFG0.230.070.180.210.130.150.03ADCFEBG0.230.210.180.150.130.070.03GB0.1001E0.2301FC0.33DA0.4

19、401010.56011.001A：B：C：D：E：F：G：011001111001011101000第第6 6章章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)l解法一：解法一：A AD DC CF FE EB BG G0.230.230.210.210.180.180.150.150.130.130.070.070.030.03霍夫曼碼霍夫曼碼l解法二：解法二：第第6 6章章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)信源信源概率概率1.信息符號(hào)的熵值為：信息符號(hào)的熵值為：H(x)=-0.23log20.23-0.21log20.21-0.18log20.18-0.15log20.15-0.13log2

20、0.13-0.07log20.07-0.03log20.03符號(hào)符號(hào)概率概率2. 符號(hào)的平均碼長(zhǎng)為：符號(hào)的平均碼長(zhǎng)為：niiixLxPL1)()(LA AD DC CF FE EB BG G霍夫曼碼霍夫曼碼=0.232+0.212+0.183+0.153+0.133+0.074+0.034=2.66第第6 6章章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)第第6 6章章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)x1x2x3x4x5x6x70.200.080.350.050.150.100.07練習(xí)題練習(xí)題：信源符號(hào)及其概率如下所示信源符號(hào)及其概率如下所示:求出各信源符號(hào)的霍夫曼編碼。求出各信源符號(hào)的霍夫

21、曼編碼。求出平均碼長(zhǎng)。求出平均碼長(zhǎng)。求出熵并寫出熵的計(jì)算公式。求出熵并寫出熵的計(jì)算公式。符號(hào)符號(hào)A AD DC CF FE EB BG G霍夫曼碼霍夫曼碼1.1.寫出寫出ABCDEFABCDEF的霍夫曼的編碼。（編碼過(guò)程）的霍夫曼的編碼。（編碼過(guò)程）2.2.霍夫曼編碼霍夫曼編碼111111101101100010000101100110011101100000（譯碼過(guò)程）（譯碼過(guò)程）0101100110011111110000101101110110CEGABFDCEGABFD第第6 6章章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)l霍夫曼碼的編碼與解碼過(guò)程霍夫曼碼的編碼與解碼過(guò)程l6.2.26.

22、2.2常用的無(wú)損壓縮方法常用的無(wú)損壓縮方法算數(shù)編碼算數(shù)編碼 無(wú)損編碼無(wú)損編碼算術(shù)編碼方法是將被編碼的信息表示成實(shí)數(shù)算術(shù)編碼方法是將被編碼的信息表示成實(shí)數(shù)0 0和和1 1之間的一之間的一個(gè)間隔。個(gè)間隔。信息越長(zhǎng)編碼表示它的間隙就越小，表示這一間隙所須二信息越長(zhǎng)編碼表示它的間隙就越小，表示這一間隙所須二進(jìn)位就越多，進(jìn)位就越多，大概率符號(hào)出現(xiàn)的概率越大對(duì)應(yīng)于區(qū)間愈寬，大概率符號(hào)出現(xiàn)的概率越大對(duì)應(yīng)于區(qū)間愈寬，可用長(zhǎng)度較短的碼字表示。可用長(zhǎng)度較短的碼字表示。小概率符號(hào)出現(xiàn)的概率越小對(duì)應(yīng)于層間愈窄，需要長(zhǎng)度較小概率符號(hào)出現(xiàn)的概率越小對(duì)應(yīng)于層間愈窄，需要長(zhǎng)度較長(zhǎng)的碼字表示。長(zhǎng)的碼字表示。l2020世紀(jì)世紀(jì)6

23、060年代初，年代初，EliasElias提出了算術(shù)編碼概念。提出了算術(shù)編碼概念。l19761976年年RissanenRissanen和和PascoPasco首次介紹該實(shí)用技術(shù)。首次介紹該實(shí)用技術(shù)。第第6 6章章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)符號(hào)符號(hào)a ab bc cd d概率概率0.10.10.40.40.20.20.30.3初始間碼間隔初始間碼間隔0,0.1)0,0.1)0.1,0.5)0.1,0.5)0.5,0.7)0.5,0.7)0.7,10.7,1設(shè)：設(shè)：lowlow為編碼間隔的低端為編碼間隔的低端 ；highhigh為高端；為高端；range range 為編碼間為編碼間

24、隔的長(zhǎng)度；隔的長(zhǎng)度；rangelow rangelow 為編碼字符分配的間為編碼字符分配的間隔低端隔低端 ；rangehigh rangehigh 為編碼字符分配的為編碼字符分配的間隔高端間隔高端 。 初始初始 high=1,low=0,rangehigh=1,low=0,rangehigh-high-low,low,初始值計(jì)算公式：初始值計(jì)算公式：low =lowlow =lowrange range rangelow rangelowhigh =lowhigh =lowrangerangerangehighrangehigh此時(shí)分配給初始值的范圍為此時(shí)分配給初始值的范圍為low, low,

25、 high high 例：輸入序列為例：輸入序列為cadacdbcadacdb第第6 6章章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)0.7,10.7,10.5,0.70.5,0.7）0.1,0.5)0.1,0.5)0,0.1)0,0.1)初始編碼間隔初始編碼間隔0.30.30.20.20.40.40.10.1概率概率d dc cb ba a符號(hào)符號(hào)設(shè)：設(shè)：lowlow為編碼間隔的低端；為編碼間隔的低端；highhigh為高端為高端rangerange為編碼間隔的長(zhǎng)度；為編碼間隔的長(zhǎng)度；rangelowrangelow為編碼字符分配間隔低端為編碼字符分配間隔低端rangehighrangehigh

26、為編碼字符分配的間隔高端為編碼字符分配的間隔高端第二個(gè)數(shù)值計(jì)算公式第二個(gè)數(shù)值計(jì)算公式 以第一值后生成的編碼間隔以第一值后生成的編碼間隔為初始值，再重復(fù)（為初始值，再重復(fù)（1 1）（3 3）以下值的計(jì)算以此類推）以下值的計(jì)算以此類推例：輸入序列為例：輸入序列為cadacdbcadacdb第第6 6章章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù) 6.2 6.2 數(shù)據(jù)壓縮算法數(shù)據(jù)壓縮算法0.7,10.7,10.5,0.7)0.5,0.7)0.1,0.5)0.1,0.5)0,0.1)0,0.1)初始編碼間隔初始編碼間隔0.30.30.20.20.40.40.10.1 概率概率d dc cb ba a 符號(hào)

27、符號(hào)例：輸入序列為例：輸入序列為cadacdbcadacdb初始初始 high=1,low=0,rangehigh=1,low=0,rangehigh-high-low,low,初始值計(jì)算公式：初始值計(jì)算公式：low=lowlow=lowrangerangerangelowrangelowhigh=lowhigh=lowrangerangerangehighrangehigh此時(shí)分配給初始值的范圍為此時(shí)分配給初始值的范圍為low, low, highhigh 第一個(gè)字符第一個(gè)字符c c編碼時(shí)編碼時(shí)low=0+1low=0+10.5=0.5 0.5=0.5 high=0+1high=0+10.7

28、=0.7 0.7=0.7 range=high-low=0.7-0.5=0.2 range=high-low=0.7-0.5=0.2 此時(shí)分配給此時(shí)分配給c c的范圍為的范圍為0.5, 0.70.5, 0.7第第6 6章章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)0.7,10.7,10.5,0.7)0.5,0.7)0.1,0.5)0.1,0.5)0,0.1)0,0.1)初始編碼間隔初始編碼間隔0.30.30.20.20.40.40.10.1概率概率d dc cb ba a 符號(hào)符號(hào)例：輸入序列為例：輸入序列為cadacdbcadacdb第二個(gè)數(shù)值計(jì)算公式第二個(gè)數(shù)值計(jì)算公式 以第一值后生成的編碼間隔

29、為初以第一值后生成的編碼間隔為初始值，再重復(fù)（始值，再重復(fù)（1 1）（3 3）以下值的計(jì)算以此類推）以下值的計(jì)算以此類推第二個(gè)字符第二個(gè)字符a a編碼時(shí)編碼時(shí): :初始值為初始值為0.5, 0.5, 0.70.7range=high-low=0.7-0.5=0.2range=high-low=0.7-0.5=0.2low=0.5+0.2low=0.5+0.20=0.5 0=0.5 high=0.5+0.2high=0.5+0.20.1=0.52 0.1=0.52 此時(shí)分配給此時(shí)分配給e e的范圍為的范圍為0.5, 0.520.5, 0.52第第6 6章章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)0

30、.7,10.7,10.5,0.7)0.5,0.7)0.1,0.5)0.1,0.5)0,0.1)0,0.1)初始編碼間隔初始編碼間隔0.30.30.20.20.40.40.10.1概率概率d dc cb ba a符號(hào)符號(hào)例：輸入序列為例：輸入序列為cadacdbcadacdbaabcd第第6 6章章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù) 游（行）程編碼游（行）程編碼 (RLE):(RLE):用一個(gè)符號(hào)值或串長(zhǎng)代替具有相同值的用一個(gè)符號(hào)值或串長(zhǎng)代替具有相同值的連續(xù)符號(hào)（連續(xù)符號(hào)構(gòu)成了一段連續(xù)的連續(xù)符號(hào)（連續(xù)符號(hào)構(gòu)成了一段連續(xù)的“行程行程”），使符號(hào)長(zhǎng)度少），使符號(hào)長(zhǎng)度少于原始數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度。于原始數(shù)據(jù)

31、的長(zhǎng)度。 例：例：999997777722223334444999997777722223334444(9(9，5)(7,5)(2,4)(3,3)(4,4)5)(7,5)(2,4)(3,3)(4,4)00000001111114444440000000000000111111444444000000（0，7）（）（1，6）（）（4，6）（）（0，6）第第6 6章章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù) 6.2 6.2 數(shù)據(jù)壓縮算法數(shù)據(jù)壓縮算法l6.2.36.2.3常用的有損壓縮方法（熵壓縮）常用的有損壓縮方法（熵壓縮）l預(yù)測(cè)編碼：預(yù)測(cè)編碼：l根據(jù)原始的離散信號(hào)之間存在關(guān)聯(lián)性的特點(diǎn)，利用前面的一

32、個(gè)根據(jù)原始的離散信號(hào)之間存在關(guān)聯(lián)性的特點(diǎn)，利用前面的一個(gè)或多個(gè)信號(hào)對(duì)下一個(gè)信號(hào)進(jìn)行預(yù)測(cè)，然后對(duì)實(shí)際值和預(yù)測(cè)值的差或多個(gè)信號(hào)對(duì)下一個(gè)信號(hào)進(jìn)行預(yù)測(cè)，然后對(duì)實(shí)際值和預(yù)測(cè)值的差進(jìn)行編碼。常用的有進(jìn)行編碼。常用的有PCMPCM（脈沖編碼調(diào)制），拆分脈沖編碼調(diào)制（脈沖編碼調(diào)制），拆分脈沖編碼調(diào)制（DPCMDPCM），自適應(yīng)拆分脈沖編碼調(diào)制（），自適應(yīng)拆分脈沖編碼調(diào)制（ADPCMADPCM）. .第第6 6章章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)l6.2.36.2.3常用的有損壓縮方法（熵壓縮）常用的有損壓縮方法（熵壓縮） 差分脈沖編碼調(diào)制（差分脈沖編碼調(diào)制（DPCMDPCM） 差值編碼差值編碼 差分脈沖

33、編碼調(diào)制原理差分脈沖編碼調(diào)制原理 在發(fā)送端在發(fā)送端: :處理或傳輸?shù)牟皇菆D像中當(dāng)前樣值本身，而是該樣值處理或傳輸?shù)牟皇菆D像中當(dāng)前樣值本身，而是該樣值與前一個(gè)（相鄰）樣值的差值，則這些差值絕大多數(shù)是很小的或?yàn)榕c前一個(gè)（相鄰）樣值的差值，則這些差值絕大多數(shù)是很小的或?yàn)榱?，可以用短碼來(lái)表示，而對(duì)那些出現(xiàn)幾率較少的較大差值，用長(zhǎng)零，可以用短碼來(lái)表示，而對(duì)那些出現(xiàn)幾率較少的較大差值，用長(zhǎng)碼來(lái)表示，則可使總體碼數(shù)下降。碼來(lái)表示，則可使總體碼數(shù)下降。 在接收端在接收端: :將已得到的前一樣值與剛收到的差值相加，就可還原將已得到的前一樣值與剛收到的差值相加，就可還原出所要的當(dāng)前樣值。出所要的當(dāng)前樣值。l對(duì)相鄰

34、的樣值差值進(jìn)對(duì)相鄰的樣值差值進(jìn)行變字長(zhǎng)編碼的方式稱行變字長(zhǎng)編碼的方式稱為差值編碼為差值編碼。第第6 6章章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)l6.2.36.2.3常用的有損壓縮方法（熵壓縮）常用的有損壓縮方法（熵壓縮）1.1.差值編碼差值編碼(1)(1)視頻信號(hào)的空間視頻信號(hào)的空間( (幀內(nèi)幀內(nèi)) )相關(guān)性的統(tǒng)計(jì)分析相關(guān)性的統(tǒng)計(jì)分析 視頻圖的組成視頻圖的組成: : “像塊像塊”、“輪廓輪廓”和和“細(xì)節(jié)細(xì)節(jié)”“像塊像塊”-是圖像中成片相同像素組成的塊，它的空間相關(guān)性最強(qiáng)。是圖像中成片相同像素組成的塊，它的空間相關(guān)性最強(qiáng)?！拜喞喞?是像塊間的分界，它的相關(guān)性較差。是像塊間的分界，它的相關(guān)性

35、較差?！奔?xì)節(jié)細(xì)節(jié)”-是圖像中變化最頻繁的細(xì)節(jié)描述，相關(guān)性最小。是圖像中變化最頻繁的細(xì)節(jié)描述，相關(guān)性最小。統(tǒng)計(jì)結(jié)果統(tǒng)計(jì)結(jié)果: : “像塊像塊”要占約要占約9090以上；以上； “輪廓輪廓”和和“細(xì)節(jié)細(xì)節(jié)”只占不到只占不到1010。（2 2）時(shí)間）時(shí)間( (幀間幀間) )相關(guān)性的分析相關(guān)性的分析在靜止畫面中，其幀間相同位置的樣值則在靜止畫面中，其幀間相同位置的樣值則100100的相同。的相同。在非靜止畫面中，相鄰幀的不同部分也只是運(yùn)動(dòng)物體，只占較小的比例在非靜止畫面中，相鄰幀的不同部分也只是運(yùn)動(dòng)物體，只占較小的比例第第6 6章章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)l差值編碼原理圖差值編碼原理圖)

36、1()()( D DnininiVVVV o(n)= V o(n-1)+ V i(n)+(n)第第6 6章章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù) 2.2.差分脈沖編碼調(diào)制（差分脈沖編碼調(diào)制（DPCMDPCM）預(yù)測(cè)編碼預(yù)測(cè)編碼如圖所示：設(shè)如圖所示：設(shè)XnXn為實(shí)際樣值，為實(shí)際樣值，X X n n為其預(yù)測(cè)值為其預(yù)測(cè)值 A A：本行前一樣值：本行前一樣值 B B：上一行前一樣值：上一行前一樣值 C C：上一行該點(diǎn)樣值：上一行該點(diǎn)樣值 D D：前一幀該點(diǎn)樣值：前一幀該點(diǎn)樣值 預(yù)測(cè)值預(yù)測(cè)值X X n n應(yīng)為：應(yīng)為：X X n n= =F F（A A，B B，C C，D D） 三維預(yù)測(cè)三維預(yù)測(cè) 第第6

37、6章章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)預(yù)測(cè)編碼預(yù)測(cè)編碼（2 2）線性預(yù)測(cè)）線性預(yù)測(cè) 上式應(yīng)為：上式應(yīng)為：Xn= KaA+KbB+KcC+KdD Xn= KaA+KbB+KcC+KdD 其中其中KaKa、KbKb、KcKc、KdKd分別為分別為A A、B B、C C、D D的權(quán)重或系數(shù)。的權(quán)重或系數(shù)。 一般有一般有 ： Ka+Kb+Kc+Kd=1 Ka+Kb+Kc+Kd=1 討論：討論： 當(dāng)當(dāng)Kb=Kc=Kd=0Kb=Kc=Kd=0，Ka=1Ka=1時(shí)，時(shí)， 當(dāng)當(dāng)Ka+Kb+Kc=1Ka+Kb+Kc=1，Kd=0Kd=0時(shí)，時(shí)， 當(dāng)當(dāng)Kd0Kd0為三維預(yù)測(cè)，為三維預(yù)測(cè)，為一維差值預(yù)測(cè)。為一

38、維差值預(yù)測(cè)。為二維預(yù)測(cè)，即幀內(nèi)預(yù)測(cè)。為二維預(yù)測(cè)，即幀內(nèi)預(yù)測(cè)。即幀間預(yù)測(cè)。即幀間預(yù)測(cè)。發(fā)送端發(fā)送端： XnXn Xn第第6 6章章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù) 3.3.變換編碼變換編碼離散余弦變換離散余弦變換1.1.離散余弦變換（離散余弦變換（DCTDCT） (1)(1)視頻圖像的頻率特征：低頻信號(hào)的幅值大，高頻信號(hào)幅值小。圖像信視頻圖像的頻率特征：低頻信號(hào)的幅值大，高頻信號(hào)幅值小。圖像信號(hào)的能量主要集中于信號(hào)的低頻分量號(hào)的能量主要集中于信號(hào)的低頻分量, ,而高頻分量的能量較小。而高頻分量的能量較小。(2)(2)相關(guān)性分析：對(duì)于變化復(fù)雜的圖像來(lái)說(shuō)位置空間的相關(guān)性并不明顯。相關(guān)性分析：對(duì)

39、于變化復(fù)雜的圖像來(lái)說(shuō)位置空間的相關(guān)性并不明顯。(3)DCT(3)DCT變換的方法變換的方法 分塊：將每個(gè)分量圖像分成許多分塊：將每個(gè)分量圖像分成許多8 88=648=64個(gè)樣點(diǎn)組成的像塊，并對(duì)個(gè)樣點(diǎn)組成的像塊，并對(duì)其采樣，得到在空域中的其采樣，得到在空域中的8 88 8的樣值矩陣。的樣值矩陣。 變換：利用變換：利用FDCTFDCT公式，將空域中的公式，將空域中的8 88 8樣值矩陣，正向變換樣值矩陣，正向變換（FDCTFDCT）為頻域中的）為頻域中的8 88 DCT8 DCT系數(shù)矩陣。系數(shù)矩陣。第第6 6章章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù) 如圖示：如圖示：低頻低頻高頻高頻第第6 6章章

40、 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)a:a:兩個(gè)空間的同位置系數(shù)無(wú)對(duì)應(yīng)兩個(gè)空間的同位置系數(shù)無(wú)對(duì)應(yīng)關(guān)系。關(guān)系。b:b:在頻域中的右下角對(duì)應(yīng)高頻部在頻域中的右下角對(duì)應(yīng)高頻部分，而在左上角對(duì)應(yīng)低頻部分分，而在左上角對(duì)應(yīng)低頻部分c:DCc:DC系數(shù)的構(gòu)成系數(shù)的構(gòu)成：d:DCTd:DCT系數(shù)的取值范圍：在視頻數(shù)字系數(shù)的取值范圍：在視頻數(shù)字化中，由于采用化中，由于采用8 8位量化，在空位量化，在空域中的樣值的最大值應(yīng)為域中的樣值的最大值應(yīng)為256256，所以所以 F F（0 0，0 0）MAX=DCMAX=256MAX=DCMAX=25664/8=204864/8=2048 故：故：0DC2047 0D

41、C2047 ACAC的取值范圍：的取值范圍： -1024AC1023-1024AC1023DCyxfFyx7070),(81) 0 , 0(第第6 6章章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)e:DCTe:DCT系數(shù)規(guī)律：低頻系數(shù)值大，高頻系數(shù)值小系數(shù)規(guī)律：低頻系數(shù)值大，高頻系數(shù)值小f:f:對(duì)比兩個(gè)數(shù)值矩陣觀察相關(guān)性對(duì)比兩個(gè)數(shù)值矩陣觀察相關(guān)性 f =170 132 185 147 190 215 220185 130 190 175 195 223 199 163 180 220 202 173 197 170 154 160 170 211 185 190 166140 172 190 19

42、3 150 180 140 164 198 180 177 141 172 135 190 163 140 165 132 160 140 160 200 145 135 170 199 190 129 第第6 6章章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)f f( (x x, ,y y),),F F( (u u, ,v v) )矩陣矩陣 F=136.2340 -48.8294 -39.2458 9.8608 -22.6310 11.6491 -63.7071 -5.3816 62.2669 -77.2554 16.1615 -12.8255 35.0540 23.9713 -5.6764 -4

43、1.699117.5839 -17.4069 25.5760 26.7426 -26.4953 -12.8395 -10.5650 -43.593518.6219 18.1673 23.2682 -26.0828 17.7958 21.6025 10.0939 6.4744-9.1274 -32.1913 0.3414 12.5642 -10.6278 -7.2710 7.0297 -8.1319-9.2768 10.0678 12.2530 -9.9202 10.1096 -12.9974 10.0253 10.542210.7947 2.3326 -29.5610 -20.2712 -7.

44、3535 12.1952 9.6559 0.2945-8.3913 12.2379 -8.4750 -6.5153 15.8826 13.3316 -2.1819 2.2038第第6 6章章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)2.DCT2.DCT系數(shù)量化系數(shù)量化 DCTDCT之后其系數(shù)矩陣中相關(guān)性不夠明顯，之后其系數(shù)矩陣中相關(guān)性不夠明顯，DCTDCT系數(shù)量化是基于限系數(shù)量化是基于限失真編碼理論進(jìn)行的，容許有失真，但應(yīng)在視覺(jué)容許的容限內(nèi)。失真編碼理論進(jìn)行的，容許有失真，但應(yīng)在視覺(jué)容許的容限內(nèi)。視覺(jué)要求：視覺(jué)要求： a. a. 對(duì)亮度信號(hào)與色度信號(hào)的分辨能力不同對(duì)亮度信號(hào)與色度信號(hào)的分辨能力不同

45、; ; b. b. 對(duì)低頻圖像信號(hào)和高頻圖像信號(hào)的分辨能力不同。對(duì)低頻圖像信號(hào)和高頻圖像信號(hào)的分辨能力不同。 結(jié)論：可以采用不同的量化方案。結(jié)論：可以采用不同的量化方案。量化的方法：量化的方法：區(qū)域?yàn)V波法：是采用式：區(qū)域?yàn)V波法：是采用式：Q(U,V)=roundF(U,V)/W(U,V)Q(U,V)=roundF(U,V)/W(U,V)對(duì)對(duì)DCTDCT系數(shù)矩陣中的每一個(gè)值逐一量化系數(shù)矩陣中的每一個(gè)值逐一量化 。第第6 6章章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)Y量化步長(zhǎng)（量化步長(zhǎng)（W）第第6 6章章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)-3 -2 0 0 0 0 0-4 0 0 0 0 0

46、00 0 1 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Q=Q(U,V)=roundF(U,V)/W(U,V)Q(U,V)=roundF(U,V)/W(U,V)第第6 6章章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)3.Zig-Zag3.Zig-Zag掃描：一種將二維數(shù)組轉(zhuǎn)變?yōu)橐痪S數(shù)組的掃描：一種將二維數(shù)組轉(zhuǎn)變?yōu)橐痪S數(shù)組的Z Z字形掃字形掃描方法。描方法。 (1)Zig-Zag(1)Zig-Zag掃描的依據(jù)：在量化后的掃描的依據(jù)：在量化后的DCTDCT系數(shù)矩陣中，非系

47、數(shù)矩陣中，非0 0的的數(shù)據(jù)主要都集中于矩陣的左上角。數(shù)據(jù)主要都集中于矩陣的左上角。第第6 6章章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)(2)Zig-Zag掃描的方法：掃描的方法：Zig-Zag掃描采用的是掃描采用的是Z字形掃字形掃描方式，從直流分量描方式，從直流分量DC開始進(jìn)行開始進(jìn)行Z字形掃描。字形掃描。 -3 -2 0 0 0 0 0-4 0 0 0 0 0 00 0 1 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Q=4.4.游程（行程）編碼游程（行程）編碼

48、：（參照右邊的（參照右邊的Z Z形圖走，可得出行程編碼值）形圖走，可得出行程編碼值）5.5.熵編碼：霍夫曼編碼熵編碼：霍夫曼編碼（8,1）（）（-3,1）（）（3,1）（）（0,1）（）（-4,1）（）（-2,1）（）（0,6) (1,1) (0,51)第第6 6章章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)lJPEGJPEG壓縮是一種針對(duì)靜止的連續(xù)色調(diào)的圖像壓縮方法，壓縮是一種針對(duì)靜止的連續(xù)色調(diào)的圖像壓縮方法，19921992年正式稱為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。是國(guó)際上彩色、灰度、靜止圖像的第一年正式稱為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。是國(guó)際上彩色、灰度、靜止圖像的第一個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。lJPEGJPEG標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)適合范圍廣泛

49、的通用標(biāo)準(zhǔn)。它不僅適于靜圖標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)適合范圍廣泛的通用標(biāo)準(zhǔn)。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JPEGJPEG壓縮標(biāo)準(zhǔn)。壓縮標(biāo)準(zhǔn)。l它包括它包括DPCMDPCM、DCTDCT的有損壓縮及無(wú)損壓縮兩個(gè)部分的有損壓縮及無(wú)損壓縮兩個(gè)部分l6.3.1 JPEG6.3.1 JPEG靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)第第6 6章章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)l6.3.2 6.3.2 基于基于DCTDCT編碼的編碼的JPEGJPEG壓縮過(guò)程壓縮過(guò)程 1.1.分塊采樣分塊采樣( (幀改組幀改組) )JPEGJPEG壓縮編碼

50、對(duì)象：為連續(xù)色調(diào)靜止圖像各分量信號(hào)壓縮編碼對(duì)象：為連續(xù)色調(diào)靜止圖像各分量信號(hào)進(jìn)行單獨(dú)采樣。進(jìn)行單獨(dú)采樣。4:2:04:2:0格式中各分量信號(hào)的采樣點(diǎn)數(shù)：格式中各分量信號(hào)的采樣點(diǎn)數(shù)： PALPAL制：亮度信號(hào)制：亮度信號(hào)(Y)(Y)的有效采樣點(diǎn)數(shù)為的有效采樣點(diǎn)數(shù)為720720576576 色差信號(hào)（色差信號(hào)（U U，V V）有效采樣點(diǎn)數(shù)均為）有效采樣點(diǎn)數(shù)均為360360288288幀改組：采樣時(shí)幀改組：采樣時(shí), ,當(dāng)一幀圖像信號(hào)輸入到編碼器時(shí)，編當(dāng)一幀圖像信號(hào)輸入到編碼器時(shí)，編碼器對(duì)其進(jìn)行的分解處理，稱為幀改組。碼器對(duì)其進(jìn)行的分解處理，稱為幀改組。幀改組方法：（亮度信號(hào)）幀改組方法：（亮度信號(hào)）

51、第第6 6章章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)分片：將圖像分割成許多橫向條分片：將圖像分割成許多橫向條( (或稱或稱“片片”) )，每條的寬度為，每條的寬度為1616個(gè)個(gè)采樣點(diǎn)。采樣點(diǎn)。1616像素像素3636161645451616宏區(qū)塊宏區(qū)塊分像塊：將宏區(qū)塊再分成分像塊：將宏區(qū)塊再分成4 4個(gè)個(gè)8 88 8樣點(diǎn)組成的像塊。樣點(diǎn)組成的像塊。分段：以分段：以1616個(gè)采樣點(diǎn)在橫向?yàn)橐欢芜M(jìn)行切割個(gè)采樣點(diǎn)在橫向?yàn)橐欢芜M(jìn)行切割, , 得到得到16161616個(gè)采樣點(diǎn)個(gè)采樣點(diǎn)構(gòu)成的塊，稱為宏區(qū)塊。構(gòu)成的塊，稱為宏區(qū)塊。12348 88 8像塊像塊第第6 6章章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)多媒體數(shù)據(jù)壓縮技

52、術(shù)宏塊的形成：由宏塊的形成：由4 4個(gè)個(gè)8 88 8的亮度的亮度(Y)(Y)像塊組成的宏區(qū)塊和與之重疊像塊組成的宏區(qū)塊和與之重疊的兩個(gè)的兩個(gè)8 88 8的色差的色差(U(U，V )V )像塊，這像塊，這6 6個(gè)像塊組成一個(gè)宏塊。如圖：個(gè)像塊組成一個(gè)宏塊。如圖： C CR RC CB BY YC CR RY Y8 88 8像塊像塊8 88 8像塊像塊8 88 88 88 88 88 88 88 8宏塊結(jié)構(gòu)圖宏塊結(jié)構(gòu)圖C CB B第第6 6章章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)2.FDCT2.FDCT變換變換由由f(xf(x，y),y),變換為變換為8 88=648=64個(gè)個(gè)FDCTFDCT系

53、數(shù)系數(shù)F(u,v)F(u,v)。3.3.量化（量化（區(qū)域?yàn)V波法區(qū)域?yàn)V波法）4.4.差值編碼與差值編碼與Zig-ZagZig-Zag掃描后行程編碼掃描后行程編碼5.5.熵編碼并輸出數(shù)據(jù)流熵編碼并輸出數(shù)據(jù)流1.1.對(duì)對(duì)DCDC系數(shù)進(jìn)行差值編碼傳輸：系數(shù)進(jìn)行差值編碼傳輸：DCDCn+1n+1-DC-DCn n2.AC2.AC系數(shù)進(jìn)行系數(shù)進(jìn)行Z Z掃描并行程編碼掃描并行程編碼DC = DCn+1-DCn=2DC = DCn+1-DCn=2已知，已知，DCn=2DCn=22 4 4 3 4 4 3 3 3 3 2 2 2 1 1 1 1 1 12 4 4 3 4 4 3 3 3 3 2 2 2 1 1

54、1 1 1 11 1 01 1 0. .行程編碼：行程編碼：（2,12,1）（）（4,24,2）（）（3,13,1）（）（4,24,2）（3,43,4）（）（2,32,3）（）（1,81,8）（）（0,430,43）DCDC第第6 6章章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)44-2311004-430100043010000-21100000-21000000100000001000000000000000已知，已知，DCDCn-1n-1=2.=2.求出求出：霍夫曼編碼霍夫曼編碼平均碼長(zhǎng)平均碼長(zhǎng)熵熵l一個(gè)系數(shù)矩陣經(jīng)過(guò)區(qū)域?yàn)V波法量化后，所得的一個(gè)系數(shù)矩陣經(jīng)過(guò)區(qū)域?yàn)V波法量化后，所得的Q Q矩陣系

55、數(shù)如表所示：矩陣系數(shù)如表所示： 解：解：DC=DCDC=DCn n-DC-DCn-1n-1=2=2行程編碼為：行程編碼為：2第第6 6章章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)行程編碼：行程編碼：（2,12,1）（）（4,34,3）（）（-4,1-4,1）（）（-2,1-2,1）（3,33,3）（）（-2,2-2,2）（）（1,11,1）（）（0,20,2）（1,81,8）（）（0 0，42)42)000000000000000000000000000000000000000000l練習(xí)題：根據(jù)下面的已知條件，填寫出練習(xí)題：根據(jù)下面的已知條件，填寫出Q Q矩陣中的空缺系數(shù)矩陣中的空缺系數(shù)第第6

56、 6章章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)已知：已知： Q Q矩陣的行程編碼為：矩陣的行程編碼為：（2,12,1）（）（4,34,3）（）（-4,1-4,1）（）（-2,1-2,1）（3,33,3）（）（-2,2-2,2）（）（1,11,1）（）（0,20,2）（1,81,8）（）（0 0，42)42)5.5.熵編碼并輸出數(shù)據(jù)流熵編碼并輸出數(shù)據(jù)流PALPAL制數(shù)據(jù)流制數(shù)據(jù)流( (以像塊為單位輸出一組數(shù)據(jù)）：以像塊為單位輸出一組數(shù)據(jù)）：YUV=Y+U+VYUV=Y+U+VYUV=Y+U+V=YUV=Y+U+V=9072+ 4536+ 4536 =?（組（組/ /像塊）像塊）454516163

57、63616161616像素像素第第6 6章章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)lMPEGMPEG標(biāo)準(zhǔn)是針對(duì)全活動(dòng)視頻的壓縮標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)包括：標(biāo)準(zhǔn)是針對(duì)全活動(dòng)視頻的壓縮標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)包括：MPEGMPEG視頻、視頻、MPEGMPEG音頻、音頻、MPEGMPEG視頻與音頻同步三大部分。視頻與音頻同步三大部分。lMPEG-1MPEG-1：適用于傳輸速率為：適用于傳輸速率為1.5Mbps1.5Mbps的數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)，的數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)，9191年提出草案，年提出草案，9393年年8 8月月公布公布lMPEG-2MPEG-2：適用于傳輸速率為：適用于傳輸速率為10Mbps 10Mbps 的數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)，的數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)，9393年提出草案，年提出草案，9494年年1111月公布月公布lMPEG-4MPEG-4：19991999年年1212月公布的多媒體應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)月公布的多媒體應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)lMPEG-7MPEG-7：多媒體內(nèi)容描述接口標(biāo)準(zhǔn)，一套描述符標(biāo)準(zhǔn)，描述媒體及其關(guān)系，方：多媒體內(nèi)容描述接口標(biāo)準(zhǔn)，一套描述符標(biāo)準(zhǔn)，描述媒體及其關(guān)系，方便信息檢索，便信息檢索，9898年提出，年提出，20012001年完成并公布。