第二章 多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)

1、1第第2 2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)數(shù)據(jù)的高效表示和壓縮技術(shù)是多媒數(shù)據(jù)的高效表示和壓縮技術(shù)是多媒體系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)體系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)22.1 2.1 前言（數(shù)據(jù)壓縮概述）前言（數(shù)據(jù)壓縮概述）n數(shù)字化數(shù)字化n數(shù)據(jù)壓縮數(shù)據(jù)壓縮n數(shù)據(jù)壓縮的途徑數(shù)據(jù)壓縮的途徑n數(shù)據(jù)壓縮方法數(shù)據(jù)壓縮方法32.1.1 2.1.1 數(shù)字化數(shù)字化n在多媒體技術(shù)中，絕大在多媒體技術(shù)中，絕大多數(shù)數(shù)字媒體是對模擬多數(shù)數(shù)字媒體是對模擬媒體進行適當(dāng)處理而得媒體進行適當(dāng)處理而得到的，即所謂到的，即所謂“數(shù)字化數(shù)字化”n數(shù)字化的好處數(shù)字化的好處A A）數(shù)字化后處理更方便）數(shù)字化后處理更方便B B）易于存儲和遠距離傳輸）易于存

2、儲和遠距離傳輸C C）沒有累積失真）沒有累積失真4數(shù)字化數(shù)字化過程過程n數(shù)字化過程：連續(xù)信號數(shù)字化過程：連續(xù)信號離散信號，采樣離散信號，采樣（時空）（時空）n數(shù)字化過程包括三步驟數(shù)字化過程包括三步驟n采樣采樣n量化量化n編碼編碼5數(shù)字化數(shù)字化過程過程模擬信號采樣量化0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1數(shù)字信號（編碼）6采樣采樣n采樣（采樣（samplingsampling）通過某種頻率的采樣脈沖將模擬信息的值取出，通過某種頻率的采樣脈沖將模擬信息的值取出，變連續(xù)的模擬信號為離散信號變連續(xù)的模擬信號為離散信號n采樣定理：采樣頻率采樣定理：采樣頻率 原始信號頻率的原始信號頻率的2 2倍時，倍

3、時， 采樣信號才可以保真地恢復(fù)為原始信號（奈奎采樣信號才可以保真地恢復(fù)為原始信號（奈奎斯特理論，斯特理論，Nyquist theoryNyquist theory） 7不同采樣點數(shù)對圖像質(zhì)量的影響不同采樣點數(shù)對圖像質(zhì)量的影響（a）原始圖像）原始圖像(256256)；（；（b）采樣圖像）采樣圖像1(128128)；（；（c） 采樣圖像采樣圖像2(6464)；（d）采樣圖像）采樣圖像3(3232)； （e）采樣圖像）采樣圖像4(1616)；（；（f） 采樣圖像采樣圖像5(88) 8量化量化n量化（量化（QuantizationQuantization）將采樣樣本的幅度按照量化級別決定其取值的過將采

4、樣樣本的幅度按照量化級別決定其取值的過程。目的是程。目的是將采樣樣本的幅度值離散化將采樣樣本的幅度值離散化。量化之前需要規(guī)定量化級，比如量化之前需要規(guī)定量化級，比如8 8級，級，1616級等級等9不同量化級別對圖像質(zhì)量的影響不同量化級別對圖像質(zhì)量的影響（a） 原始圖像原始圖像(256色色)； （b） 量化圖像量化圖像1(64色色)； （c） 量化圖像量化圖像2(32色色)； （d） 量化圖像量化圖像3(16色色)； （e） 量化圖像量化圖像4(4色色)； （f） 量化圖像量化圖像5(2色色) 10編碼編碼n編碼編碼n用相應(yīng)位數(shù)的用相應(yīng)位數(shù)的二進制代碼表示二進制代碼表示量化后的采樣樣量化后的采樣

5、樣本的量級本的量級n如果有如果有N N個量化級，那么對應(yīng)的二進制位數(shù)就個量化級，那么對應(yīng)的二進制位數(shù)就為為loglog2 2N N。當(dāng)。當(dāng)N N1616，二進制需要，二進制需要4 4位位n經(jīng)過編碼之后，每個樣本都表示為相應(yīng)的二進經(jīng)過編碼之后，每個樣本都表示為相應(yīng)的二進制代碼制代碼n脈沖編碼調(diào)制（脈沖編碼調(diào)制（PCMPCM，Pulse Code Pulse Code ModulationModulation）, ,完成模擬信號的數(shù)字化完成模擬信號的數(shù)字化1100010010001101000101011001111000100110101011120,1.50,1.5分成分成1515個區(qū)間，個區(qū)

6、間，間隔長度間隔長度0.10.1，形成，形成1616個量化級個量化級13數(shù)字化帶來的問題數(shù)字化帶來的問題數(shù)據(jù)量巨大數(shù)據(jù)量巨大文文本本圖圖像像音音頻頻視視頻頻分辨率為分辨率為1024768，字符大，字符大小為小為88點陣，每個字符占用點陣，每個字符占用兩個字節(jié)，則滿屏字符的數(shù)據(jù)兩個字節(jié)，則滿屏字符的數(shù)據(jù)存儲量為：存儲量為：（1024/8）（768/8）2Byte24576Byte24KB 一幅一幅1024768分辨率的真彩分辨率的真彩色圖像為例，其數(shù)據(jù)存儲量為：色圖像為例，其數(shù)據(jù)存儲量為：102476883bit=18874368bit=2.25MB。 高質(zhì)量的音頻（如高質(zhì)量的音頻（如CDCD音

7、質(zhì)）音質(zhì)）,1,1分鐘這樣的分鐘這樣的聲音數(shù)據(jù)的存儲量為：聲音數(shù)據(jù)的存儲量為：44.1K44.1K2Byte2Byte（16bit16bit采樣精度）采樣精度）2 2（雙聲道）（雙聲道）6060（秒）（秒）10.34MB10.34MB1s的電視信號的電視信號的數(shù)據(jù)量為：的數(shù)據(jù)量為：（4.2+1.5+0.5）M28bit=12.4MB14多媒體數(shù)據(jù)多媒體數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)量數(shù)據(jù)量電話（電話（20203400Hz3400Hz）80008000樣本數(shù)樣本數(shù)/ /秒秒1212比特比特/ /樣本樣本96kbps96kbps寬帶語音寬帶語音（50507000Hz7000Hz）1600016000樣本數(shù)樣本數(shù)/ /秒

8、秒1414比特比特/ /樣本樣本224kbps224kbps寬帶音頻寬帶音頻（202020000Hz20000Hz）4410044100樣本數(shù)樣本數(shù)/ /秒秒1616比特比特/ /樣本樣本2 2信道信道1.412Mbps1.412Mbps圖像圖像512512512512像素色彩圖像像素色彩圖像2424比特比特/ /像素像素6.3M6.3M比特比特/ /圖像圖像視頻視頻640640480480像素色彩圖像像素色彩圖像2424比特比特/ /像素像素3030幀幀/ /秒秒221Mbps 221Mbps 高清晰度電視（高清晰度電視（HDTVHDTV）12801280720720像素色彩圖像像素色彩圖像

9、2424比特比特/ /像素像素6060幀幀/ /秒秒1.3Gbps1.3Gbps152.1.2 2.1.2 數(shù)據(jù)壓縮數(shù)據(jù)壓縮n大容量存儲問題大容量存儲問題n實時傳輸問題實時傳輸問題數(shù)據(jù)壓縮數(shù)據(jù)壓縮從目前計算機的軟硬件發(fā)展水平及發(fā)展趨勢來看，在將從目前計算機的軟硬件發(fā)展水平及發(fā)展趨勢來看，在將來很長的一段時間內(nèi)，數(shù)字化的媒體數(shù)據(jù)以壓縮形式存來很長的一段時間內(nèi)，數(shù)字化的媒體數(shù)據(jù)以壓縮形式存儲和傳輸仍將是唯一的選擇儲和傳輸仍將是唯一的選擇16數(shù)據(jù)壓縮數(shù)據(jù)壓縮n數(shù)據(jù)壓縮數(shù)據(jù)壓縮 “ “歷史悠久歷史悠久”，已經(jīng)發(fā)展了，已經(jīng)發(fā)展了6060多年，多年，但直到但直到2020世紀(jì)世紀(jì)8080年代以后才不斷涌現(xiàn)出

10、適合各種年代以后才不斷涌現(xiàn)出適合各種應(yīng)用場合的編碼和壓縮算法應(yīng)用場合的編碼和壓縮算法n數(shù)據(jù)能夠進行壓縮的原因：數(shù)據(jù)能夠進行壓縮的原因：1 1）數(shù)據(jù)中存在大量的）數(shù)據(jù)中存在大量的冗余冗余（相關(guān)性相關(guān)性），如空間冗余、），如空間冗余、時間冗余、結(jié)構(gòu)冗余、知識冗余及紋理統(tǒng)計冗余時間冗余、結(jié)構(gòu)冗余、知識冗余及紋理統(tǒng)計冗余 2 2）對于圖像、音頻和視頻等，人的）對于圖像、音頻和視頻等，人的感知感知可容忍某些細節(jié)可容忍某些細節(jié)信息的丟失（失真）。（感知冗余信息的丟失（失真）。（感知冗余 ）17數(shù)據(jù)壓縮的條件數(shù)據(jù)壓縮的條件n統(tǒng)計冗余統(tǒng)計冗余n空間冗余和時間冗余反應(yīng)了信號的統(tǒng)計特性，有空間冗余和時間冗余反應(yīng)了

11、信號的統(tǒng)計特性，有時把這兩種冗余稱為統(tǒng)計冗余。它們也是多媒體時把這兩種冗余稱為統(tǒng)計冗余。它們也是多媒體數(shù)據(jù)處理中兩種最主要的數(shù)據(jù)冗余數(shù)據(jù)處理中兩種最主要的數(shù)據(jù)冗余重復(fù)數(shù)據(jù)重復(fù)數(shù)據(jù)可忽略數(shù)據(jù)可忽略數(shù)據(jù)18數(shù)據(jù)壓縮的條件數(shù)據(jù)壓縮的條件n人類敏感度人類敏感度n人類不敏感因素人類不敏感因素 ( (顏色、亮度、細節(jié)等顏色、亮度、細節(jié)等) )顏色不敏感因素顏色不敏感因素224 顏色顏色 (16,777,216色色)28 顏色顏色 (256色色) 44.1kHz / Stereo 1.3MB 22.0kHz / Mono 0.3MB Stop音頻不敏感因素音頻不敏感因素 (試聽試聽)192.1.3 2.1.

12、3 數(shù)據(jù)壓縮的途徑數(shù)據(jù)壓縮的途徑n數(shù)據(jù)壓縮途徑數(shù)據(jù)壓縮途徑消除冗余消除冗余n數(shù)據(jù)冗余的類型主要有數(shù)據(jù)冗余的類型主要有n空間冗余空間冗余 n時間冗余時間冗余 n結(jié)構(gòu)冗余結(jié)構(gòu)冗余n信息熵冗余信息熵冗余n視覺冗余視覺冗余 n聽覺冗余聽覺冗余n知識冗余知識冗余201 空間冗余空間冗余規(guī)則物體的物理相關(guān)性規(guī)則物體的物理相關(guān)性2 時間冗余時間冗余視頻與動畫畫面間的相關(guān)性視頻與動畫畫面間的相關(guān)性3 統(tǒng)計冗余統(tǒng)計冗余具有空間冗余和時間冗余具有空間冗余和時間冗余6 視覺冗余視覺冗余視覺、聽覺敏感度和非線性感覺視覺、聽覺敏感度和非線性感覺7 知識冗余知識冗余憑借經(jīng)驗識別憑借經(jīng)驗識別4 結(jié)構(gòu)冗余結(jié)構(gòu)冗余規(guī)則紋理、相

13、互重疊的結(jié)構(gòu)表面規(guī)則紋理、相互重疊的結(jié)構(gòu)表面5 信息熵冗余信息熵冗余編碼冗余，數(shù)據(jù)與攜帶的信息編碼冗余，數(shù)據(jù)與攜帶的信息8 其他冗余其他冗余上述上述7種以外的冗余種以外的冗余211 空間冗余空間冗余規(guī)則物體的物理相關(guān)性規(guī)則物體的物理相關(guān)性2 時間冗余時間冗余視頻與動畫畫面間的相關(guān)性視頻與動畫畫面間的相關(guān)性3 統(tǒng)計冗余統(tǒng)計冗余具有空間冗余和時間冗余具有空間冗余和時間冗余6 視覺冗余視覺冗余視覺、聽覺敏感度和非線性感覺視覺、聽覺敏感度和非線性感覺7 知識冗余知識冗余憑借經(jīng)驗識別憑借經(jīng)驗識別4 結(jié)構(gòu)冗余結(jié)構(gòu)冗余規(guī)則紋理、相互重疊的結(jié)構(gòu)表面規(guī)則紋理、相互重疊的結(jié)構(gòu)表面5 信息熵冗余信息熵冗余編碼冗余，

14、數(shù)據(jù)與攜帶的信息編碼冗余，數(shù)據(jù)與攜帶的信息8 其他冗余其他冗余上述上述7種以外的冗余種以外的冗余221 空間冗余空間冗余規(guī)則物體的物理相關(guān)性規(guī)則物體的物理相關(guān)性2 時間冗余時間冗余視頻與動畫畫面間的相關(guān)性視頻與動畫畫面間的相關(guān)性3 統(tǒng)計冗余統(tǒng)計冗余具有空間冗余和時間冗余具有空間冗余和時間冗余6 視覺冗余視覺冗余視覺、聽覺敏感度和非線性感覺視覺、聽覺敏感度和非線性感覺7 知識冗余知識冗余憑借經(jīng)驗識別憑借經(jīng)驗識別4 結(jié)構(gòu)冗余結(jié)構(gòu)冗余規(guī)則紋理、相互重疊的結(jié)構(gòu)表面規(guī)則紋理、相互重疊的結(jié)構(gòu)表面5 信息熵冗余信息熵冗余編碼冗余，數(shù)據(jù)與攜帶的信息編碼冗余，數(shù)據(jù)與攜帶的信息8 其他冗余其他冗余上述上述7種以外

15、的冗余種以外的冗余231 空間冗余空間冗余規(guī)則物體的物理相關(guān)性規(guī)則物體的物理相關(guān)性2 時間冗余時間冗余視頻與動畫畫面間的相關(guān)性視頻與動畫畫面間的相關(guān)性3 統(tǒng)計冗余統(tǒng)計冗余具有空間冗余和時間冗余具有空間冗余和時間冗余6 視覺冗余視覺冗余視覺、聽覺敏感度和非線性感覺視覺、聽覺敏感度和非線性感覺7 知識冗余知識冗余憑借經(jīng)驗識別憑借經(jīng)驗識別4 結(jié)構(gòu)冗余結(jié)構(gòu)冗余規(guī)則紋理、相互重疊的結(jié)構(gòu)表面規(guī)則紋理、相互重疊的結(jié)構(gòu)表面5 信息熵冗余信息熵冗余編碼冗余，數(shù)據(jù)與攜帶的信息編碼冗余，數(shù)據(jù)與攜帶的信息8 其他冗余其他冗余上述上述7種以外的冗余種以外的冗余241 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

16、關(guān)性2 時間冗余時間冗余視頻與動畫畫面間的相關(guān)性視頻與動畫畫面間的相關(guān)性3 統(tǒng)計冗余統(tǒng)計冗余具有空間冗余和時間冗余具有空間冗余和時間冗余6 視覺冗余視覺冗余視覺、聽覺敏感度和非線性感覺視覺、聽覺敏感度和非線性感覺7 知識冗余知識冗余憑借經(jīng)驗識別憑借經(jīng)驗識別4 結(jié)構(gòu)冗余結(jié)構(gòu)冗余規(guī)則紋理、相互重疊的結(jié)構(gòu)表面規(guī)則紋理、相互重疊的結(jié)構(gòu)表面5 信息熵冗余信息熵冗余編碼冗余，數(shù)據(jù)與攜帶的信息編碼冗余，數(shù)據(jù)與攜帶的信息8 其他冗余其他冗余上述上述7種以外的冗余種以外的冗余251 空間冗余空間冗余規(guī)則物體的物理相關(guān)性規(guī)則物體的物理相關(guān)性2 時間冗余時間冗余視頻與動畫畫面間的相關(guān)性視頻與動畫畫面間的相關(guān)性3 統(tǒng)

17、計冗余統(tǒng)計冗余具有空間冗余和時間冗余具有空間冗余和時間冗余6 視覺冗余視覺冗余視覺、聽覺敏感度和非線性感覺視覺、聽覺敏感度和非線性感覺7 知識冗余知識冗余憑借經(jīng)驗識別憑借經(jīng)驗識別4 結(jié)構(gòu)冗余結(jié)構(gòu)冗余規(guī)則紋理、相互重疊的結(jié)構(gòu)表面規(guī)則紋理、相互重疊的結(jié)構(gòu)表面5 信息熵冗余信息熵冗余編碼冗余，數(shù)據(jù)與攜帶的信息編碼冗余，數(shù)據(jù)與攜帶的信息8 其他冗余其他冗余上述上述7種以外的冗余種以外的冗余224色色28色色261 空間冗余空間冗余規(guī)則物體的物理相關(guān)性規(guī)則物體的物理相關(guān)性2 時間冗余時間冗余視頻與動畫畫面間的相關(guān)性視頻與動畫畫面間的相關(guān)性3 統(tǒng)計冗余統(tǒng)計冗余具有空間冗余和時間冗余具有空間冗余和時間冗余6

18、 視覺冗余視覺冗余視覺、聽覺敏感度和非線性感覺視覺、聽覺敏感度和非線性感覺7 知識冗余知識冗余憑借經(jīng)驗識別憑借經(jīng)驗識別4 結(jié)構(gòu)冗余結(jié)構(gòu)冗余規(guī)則紋理、相互重疊的結(jié)構(gòu)表面規(guī)則紋理、相互重疊的結(jié)構(gòu)表面5 信息熵冗余信息熵冗余編碼冗余，數(shù)據(jù)與攜帶的信息編碼冗余，數(shù)據(jù)與攜帶的信息8 其他冗余其他冗余上述上述7種以外的冗余種以外的冗余271 空間冗余空間冗余規(guī)則物體的物理相關(guān)性規(guī)則物體的物理相關(guān)性2 時間冗余時間冗余視頻與動畫畫面間的相關(guān)性視頻與動畫畫面間的相關(guān)性3 統(tǒng)計冗余統(tǒng)計冗余具有空間冗余和時間冗余具有空間冗余和時間冗余6 視覺冗余視覺冗余視覺、聽覺敏感度和非線性感覺視覺、聽覺敏感度和非線性感覺7

19、知識冗余知識冗余憑借經(jīng)驗識別憑借經(jīng)驗識別4 結(jié)構(gòu)冗余結(jié)構(gòu)冗余規(guī)則紋理、相互重疊的結(jié)構(gòu)表面規(guī)則紋理、相互重疊的結(jié)構(gòu)表面5 信息熵冗余信息熵冗余編碼冗余，數(shù)據(jù)與攜帶的信息編碼冗余，數(shù)據(jù)與攜帶的信息8 其他冗余其他冗余上述上述7種以外的冗余種以外的冗余聲音頻率聲音頻率文字組句文字組句色彩漸變色彩漸變主觀意識主觀意識:282.1.4 2.1.4 數(shù)據(jù)壓縮的方法數(shù)據(jù)壓縮的方法n數(shù)據(jù)壓縮就是去掉信號數(shù)據(jù)的冗余性數(shù)據(jù)壓縮就是去掉信號數(shù)據(jù)的冗余性n19481948年年 OliverOliver提出脈沖編碼調(diào)制（提出脈沖編碼調(diào)制（PCMPCM）編碼理論）編碼理論(PCM(PCMPulse Code Modula

20、tion)Pulse Code Modulation)n根據(jù)解碼后數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)是否完全一致，數(shù)據(jù)壓縮方根據(jù)解碼后數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)是否完全一致，數(shù)據(jù)壓縮方法劃分為兩類法劃分為兩類n可逆編碼（無失真編碼，無損壓縮）可逆編碼（無失真編碼，無損壓縮） 解碼數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)嚴格相同，壓縮比大約在解碼數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)嚴格相同，壓縮比大約在2 2：1 1到到5 5：1 1之間，之間，如如HuffmanHuffman編碼、算術(shù)編碼、行程長度編碼等編碼、算術(shù)編碼、行程長度編碼等n不可逆編碼不可逆編碼( (有失真編碼，有損壓縮有失真編碼，有損壓縮) )還原數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)存在一定的誤差，但（視覺還原數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)存在一

21、定的誤差，但（視覺/聽覺）效果一聽覺）效果一般可以接受，壓縮比可以從幾倍到上百倍來調(diào)節(jié)，般可以接受，壓縮比可以從幾倍到上百倍來調(diào)節(jié)，如變換編碼和如變換編碼和預(yù)測編碼等預(yù)測編碼等292.2 2.2 常用數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)常用數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)n壓縮和解壓縮過程壓縮和解壓縮過程n數(shù)據(jù)壓縮分類數(shù)據(jù)壓縮分類n預(yù)測編碼預(yù)測編碼n變換編碼變換編碼n信息熵編碼信息熵編碼302.2.1 2.2.1 壓縮和解壓縮過程壓縮和解壓縮過程 n數(shù)據(jù)壓縮就是去掉信號數(shù)據(jù)的冗余性。數(shù)據(jù)壓縮數(shù)據(jù)壓縮就是去掉信號數(shù)據(jù)的冗余性。數(shù)據(jù)壓縮常常又稱為數(shù)據(jù)信源編碼，或簡稱為常常又稱為數(shù)據(jù)信源編碼，或簡稱為數(shù)據(jù)編碼數(shù)據(jù)編碼n與此對應(yīng)，數(shù)據(jù)壓縮的逆過

22、程稱為數(shù)據(jù)解壓縮，與此對應(yīng)，數(shù)據(jù)壓縮的逆過程稱為數(shù)據(jù)解壓縮，也稱為數(shù)據(jù)信源解碼，或簡稱為也稱為數(shù)據(jù)信源解碼，或簡稱為數(shù)據(jù)解碼數(shù)據(jù)解碼n數(shù)據(jù)壓縮的典型操作包括預(yù)準(zhǔn)備、處理、量化和數(shù)據(jù)壓縮的典型操作包括預(yù)準(zhǔn)備、處理、量化和編碼等過程編碼等過程31壓縮和解壓縮過程壓縮和解壓縮過程n解壓縮是壓縮的逆過程解壓縮是壓縮的逆過程n具體的編碼器和解碼器以不同的方法構(gòu)成具體的編碼器和解碼器以不同的方法構(gòu)成n在對稱應(yīng)用中（如對話應(yīng)用），編碼和解碼代在對稱應(yīng)用中（如對話應(yīng)用），編碼和解碼代價應(yīng)基本相同價應(yīng)基本相同n在非對稱應(yīng)用中（如在非對稱應(yīng)用中（如DVDDVD等視頻應(yīng)用），解碼等視頻應(yīng)用），解碼過程比編碼過程耗費

23、的代價要小，這種技術(shù)用過程比編碼過程耗費的代價要小，這種技術(shù)用于以下情形于以下情形n壓縮的過程僅一次，采樣的時間不限壓縮的過程僅一次，采樣的時間不限 n解壓縮經(jīng)常用到并需要迅速完成解壓縮經(jīng)常用到并需要迅速完成輸入數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)編碼器編碼器（壓縮）（壓縮）存儲或網(wǎng)存儲或網(wǎng)絡(luò)傳輸絡(luò)傳輸解碼器解碼器（解壓縮）（解壓縮）輸出數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)32數(shù)據(jù)壓縮系統(tǒng)組成數(shù)據(jù)壓縮系統(tǒng)組成信息源編碼器內(nèi)部碼編碼器通信線路或存儲媒體內(nèi)部碼解碼器信息源解碼器原始數(shù)據(jù)復(fù)原數(shù)據(jù)332.2.2 2.2.2 數(shù)據(jù)壓縮分類數(shù)據(jù)壓縮分類n預(yù)測編碼預(yù)測編碼 利用空間中利用空間中相鄰數(shù)據(jù)的相關(guān)性相鄰數(shù)據(jù)的相關(guān)性來預(yù)測來預(yù)測未來點的數(shù)據(jù)。如差

24、分脈沖編碼調(diào)制和自適應(yīng)差未來點的數(shù)據(jù)。如差分脈沖編碼調(diào)制和自適應(yīng)差分脈沖編碼調(diào)制分脈沖編碼調(diào)制n變換編碼變換編碼 將圖像將圖像時域信號變換到頻域時域信號變換到頻域空間上處空間上處理。時域空間有強相關(guān)的信號，反映在頻域上是理。時域空間有強相關(guān)的信號，反映在頻域上是某些特定的區(qū)域內(nèi)能量常被集中在一起，從而實某些特定的區(qū)域內(nèi)能量常被集中在一起，從而實現(xiàn)壓縮。如正交變換、離散余弦變換、離散付立現(xiàn)壓縮。如正交變換、離散余弦變換、離散付立葉變換和葉變換和Walsh-HadamardWalsh-Hadamard變換變換n量化和矢量量化編碼量化和矢量量化編碼 為了使整體量化失真最小，為了使整體量化失真最小，就

25、必須依照就必須依照統(tǒng)計的概率分布統(tǒng)計的概率分布設(shè)計最優(yōu)的量化器設(shè)計最優(yōu)的量化器34n信息熵編碼信息熵編碼 根據(jù)信息熵原根據(jù)信息熵原理，讓理，讓出現(xiàn)概率大的用短出現(xiàn)概率大的用短的碼字表達的碼字表達，反之用長的，反之用長的碼字表示。最常見的方法碼字表示。最常見的方法有有HuffmanHuffman編碼、編碼、ShannonShannon編碼以及算術(shù)編碼編碼以及算術(shù)編碼n子帶編碼子帶編碼 使用帶通濾波器使用帶通濾波器組將信號組將信號頻帶分割頻帶分割成若干成若干個子頻帶，然后分別處理個子頻帶，然后分別處理n模型編碼模型編碼 編碼時首先將圖編碼時首先將圖像中邊界、輪廓、紋理等像中邊界、輪廓、紋理等結(jié)構(gòu)特

26、征結(jié)構(gòu)特征找出來，保存這找出來，保存這些參數(shù)信息。解碼時根據(jù)些參數(shù)信息。解碼時根據(jù)結(jié)構(gòu)和參數(shù)信息進行合成，結(jié)構(gòu)和參數(shù)信息進行合成，恢復(fù)出原圖像。具體方法恢復(fù)出原圖像。具體方法有輪廓編碼、域分割編碼、有輪廓編碼、域分割編碼、分析合成編碼、識別合成分析合成編碼、識別合成編碼、基于知識的編碼、編碼、基于知識的編碼、分形編碼等分形編碼等35常用壓縮編碼方法分類常用壓縮編碼方法分類 36壓縮算法的衡量標(biāo)準(zhǔn)壓縮算法的衡量標(biāo)準(zhǔn)n衡量壓縮算法的三個主要指標(biāo)衡量壓縮算法的三個主要指標(biāo)n壓縮比大壓縮比大n算法簡單，壓縮算法簡單，壓縮/ /解壓縮速度快，以滿足解壓縮速度快，以滿足實時性要求實時性要求n壓縮損失少，失

27、真小，即解壓恢復(fù)的效壓縮損失少，失真小，即解壓恢復(fù)的效果要好果要好n當(dāng)三者不能兼得時，要綜合考慮當(dāng)三者不能兼得時，要綜合考慮372.2.3 2.2.3 預(yù)測編碼預(yù)測編碼n線性預(yù)測線性預(yù)測-DPCM-DPCM（差分脈沖編碼調(diào)制）差分脈沖編碼調(diào)制） 主要用于圖像處理主要用于圖像處理 基本原理是基于圖像中相鄰像素之間具有基本原理是基于圖像中相鄰像素之間具有較強的相關(guān)性。每個像素可較強的相關(guān)性。每個像素可根據(jù)已知的前根據(jù)已知的前幾個像素來作預(yù)測幾個像素來作預(yù)測。因此在預(yù)測編碼中，。因此在預(yù)測編碼中，編碼和傳輸?shù)牟⒉皇窍袼夭蓸又当旧?，而編碼和傳輸?shù)牟⒉皇窍袼夭蓸又当旧恚沁@個采樣值的預(yù)測值與其實際值之

28、間的是這個采樣值的預(yù)測值與其實際值之間的差值差值n非線性預(yù)測（不討論）非線性預(yù)測（不討論）38DPCMDPCM系統(tǒng)原理框圖系統(tǒng)原理框圖 預(yù)測器預(yù)測器 量化器量化器編碼器編碼器解碼器解碼器 預(yù)測器預(yù)測器信信道道接收端輸出XNXNeNXNeNeNXN+輸入XN發(fā)送端+-392.2.4 2.2.4 變換編碼變換編碼n有損壓縮有損壓縮編碼，用于對統(tǒng)計冗余編碼，用于對統(tǒng)計冗余 ( (圖像數(shù)據(jù)圖像數(shù)據(jù)) )的的壓縮壓縮n首先對時域上的信號進行首先對時域上的信號進行函數(shù)運算函數(shù)運算，并變換到頻，并變換到頻域上，然后在域上，然后在頻域頻域上對變換后的信號進行上對變換后的信號進行編碼編碼。在頻域上，信息是按照頻

29、譜的能量和頻率分布進在頻域上，信息是按照頻譜的能量和頻率分布進行排列的行排列的n輸入圖像輸入圖像G G經(jīng)正交變換經(jīng)正交變換U U變換到頻域空間，像素之變換到頻域空間，像素之間相關(guān)性下降，能量集中在變換域中少數(shù)變換系間相關(guān)性下降，能量集中在變換域中少數(shù)變換系數(shù)上，已經(jīng)達到了數(shù)據(jù)壓縮的效果數(shù)上，已經(jīng)達到了數(shù)據(jù)壓縮的效果40變換編碼變換編碼n對變換系數(shù)對變換系數(shù)A A中那些幅度大元素予以保留，其他中那些幅度大元素予以保留，其他數(shù)量多的幅度小的變換系數(shù)，全部當(dāng)作零不予編數(shù)量多的幅度小的變換系數(shù)，全部當(dāng)作零不予編碼，再輔以非線性量化，進一步壓縮圖像數(shù)據(jù)碼，再輔以非線性量化，進一步壓縮圖像數(shù)據(jù)n由于量化器

30、存在，量化后變換系數(shù)由于量化器存在，量化后變換系數(shù)A A和和A A間必然間必然存在量化誤差，從而引起輸入圖像存在量化誤差，從而引起輸入圖像G G和輸出圖像和輸出圖像G G間存在誤差。下頁圖中間存在誤差。下頁圖中U U是是U U的逆變換的逆變換 n實際應(yīng)用中采用一些準(zhǔn)最佳變換如實際應(yīng)用中采用一些準(zhǔn)最佳變換如DCTDCT，DFTDFT和和WHTWHT等等41變換編碼原理框圖變換編碼原理框圖變換變換量化量化編碼器編碼器解碼器解碼器逆變換逆變換信信道道輸入發(fā)送端接收端輸出GGUUAA422.2.5 2.2.5 信息熵編碼信息熵編碼n又稱為統(tǒng)計編碼，它是根據(jù)信源符號出現(xiàn)概率的又稱為統(tǒng)計編碼，它是根據(jù)信源

31、符號出現(xiàn)概率的分布特性而進行的壓縮編碼分布特性而進行的壓縮編碼n基本思想：基本思想： 在信源符號和碼字之間建立明確的在信源符號和碼字之間建立明確的一一對應(yīng)關(guān)系，以便在恢復(fù)時能準(zhǔn)確地再現(xiàn)原信一一對應(yīng)關(guān)系，以便在恢復(fù)時能準(zhǔn)確地再現(xiàn)原信號，同時要使平均碼長或碼率盡量小號，同時要使平均碼長或碼率盡量小n如如HuffmanHuffman編碼、算術(shù)編碼編碼、算術(shù)編碼43HuffmanHuffman編碼編碼nHuffmanHuffman定理定理 n在變長編碼中，對出現(xiàn)概率大的信源符號賦于在變長編碼中，對出現(xiàn)概率大的信源符號賦于短碼字，而對于出現(xiàn)概率小的信源符號賦于長短碼字，而對于出現(xiàn)概率小的信源符號賦于長碼

32、字。如果碼字長度嚴格按照所對應(yīng)符號出現(xiàn)碼字。如果碼字長度嚴格按照所對應(yīng)符號出現(xiàn)概率大小逆序排列，則編碼結(jié)果平均碼字長度概率大小逆序排列，則編碼結(jié)果平均碼字長度一定小于任何其他排列方式一定小于任何其他排列方式nHuffmanHuffman定理是定理是HuffmanHuffman編碼的理論基礎(chǔ)編碼的理論基礎(chǔ) 44HuffmanHuffman編碼步驟編碼步驟n 初始化，根據(jù)符號概率的大小，按由大到小初始化，根據(jù)符號概率的大小，按由大到小順序?qū)Ψ栠M行排序順序?qū)Ψ栠M行排序n 把概率最小的兩個符號組成一個新符號（節(jié)把概率最小的兩個符號組成一個新符號（節(jié)點），即新符號的概率等于這兩個符號概率之和點），即

33、新符號的概率等于這兩個符號概率之和n 重復(fù)第重復(fù)第2 2步，直到形成一個符號為止，其概率步，直到形成一個符號為止，其概率等于等于1 1n 從編碼樹的根開始回溯到原始的符號，從上從編碼樹的根開始回溯到原始的符號，從上到下標(biāo)上到下標(biāo)上“0”0”或或“1”1”。通常左分支標(biāo)為。通常左分支標(biāo)為0 0，右，右分支標(biāo)為分支標(biāo)為1 1n 從根節(jié)點開始順著樹枝到每個葉子寫出每個從根節(jié)點開始順著樹枝到每個葉子寫出每個符號的代碼符號的代碼45HuffmanHuffman編碼舉例編碼舉例n信源信源A A的符號及其概率的符號及其概率Aa1a2a3a4a5a6a7a8P(A)80.170.150.

34、100.0050.005編碼過程：編碼過程：a1 0.20a2 0.19a3 0.18a4 0.17a5 0.15a6 0.10a7 0.005a8 0.005100.01100.11100.26100.35100.39100.61101編碼編碼結(jié)果結(jié)果：01001111101011001100011000046HuffmanHuffman編碼舉例編碼舉例55433322碼長碼長w810000w710001w61001w5101w4110w3111w200w101碼字碼字(Wi)a8a7a6a5a4a3a2a1符號符號編碼結(jié)果：編碼結(jié)果：平均碼長：平均碼長：)/(73. 225005. 041

35、0. 0315. 0317. 0318. 0219. 0220. 0)(81i信源符號bitlaPLii47HuffmanHuffman編碼舉例編碼舉例如果上表中，首次對縮減如果上表中，首次對縮減信源最后兩個概率最小的信源最后兩個概率最小的符號用碼符號標(biāo)記為符號用碼符號標(biāo)記為0,1時，時，也可反過來標(biāo)記為也可反過來標(biāo)記為1,0，則，則可得到另一組霍夫曼碼：可得到另一組霍夫曼碼：w7w801w60101w5w3w40101w1w2010101111,01110,0110,010,001,000,11,1087654321wwwwwwww注意：注意：上述過程的等價編碼樹上述過程的等價編碼樹48算術(shù)

36、編碼算術(shù)編碼編碼步驟編碼步驟n 編碼器在開始時將編碼器在開始時將“當(dāng)前間隔當(dāng)前間隔”設(shè)置為設(shè)置為00，1)1)n 根據(jù)信源符號的概率，將根據(jù)信源符號的概率，將“當(dāng)前間隔當(dāng)前間隔”分為分為子間隔，每個符號一個子間隔，子間隔大小為信子間隔，每個符號一個子間隔，子間隔大小為信源符號的概率源符號的概率n 根據(jù)信源符號序列，編碼器選擇子間隔對應(yīng)根據(jù)信源符號序列，編碼器選擇子間隔對應(yīng)于下一個符號，并使它成為新的于下一個符號，并使它成為新的“當(dāng)前間隔當(dāng)前間隔”，編碼將編碼將“當(dāng)前間隔當(dāng)前間隔”分為子間隔，子間隔的大小分為子間隔，子間隔的大小與下一個符號的概率成比例與下一個符號的概率成比例n 重復(fù)步驟重復(fù)步驟

37、，直到符號序列的最后一位，消，直到符號序列的最后一位，消息的編碼輸出可以是最后一個間隔中的任意數(shù)息的編碼輸出可以是最后一個間隔中的任意數(shù)49算術(shù)編碼算術(shù)編碼編碼舉例編碼舉例n信源符號，概率和初始編碼間隔信源符號，概率和初始編碼間隔符號符號ABCD概率概率0.3初始編碼間隔初始編碼間隔0,0.1)0.1,0.5)0.5,0.7)0.7,1如果二進制消息序列的輸入為如果二進制消息序列的輸入為CADACDBCADACDB，則編碼過程為：，則編碼過程為：信源符號信源符號111001000.5C輸入輸入01A0.70.520.5D0.520.514A0.51460.514C0.5144

38、20.5143D0.514420.5143840.5144020.5143876B輸出為期間任意數(shù)50算術(shù)編碼算術(shù)編碼編碼過程說明編碼過程說明步驟步驟輸入符號輸入符號編碼間隔編碼間隔編碼判決編碼判決1C0.5,0.7符號的間隔范圍符號的間隔范圍0.5,0.72A0.5,0.520.5,0.7間隔的第間隔的第1個個1/103D0.514,0.520.5,0.52間隔的最后間隔的最后3個個1/104A0.514,0.51460.514,0.52間隔的第間隔的第1個個1/105C0.5143,0.514420.514,0.5146間隔從第間隔從第5個個1/10開始的開始的2個個1/106D0.514

39、384,0.514420.5143,0.51442間隔的最后間隔的最后3個個1/107B0.5143876,0.5144020.514384,0.51442間隔從第間隔從第1個個1/10開始的開始的4個個1/108從從0.5143876,0.514402中選擇一個數(shù)作為輸出：中選擇一個數(shù)作為輸出：0.514387651算術(shù)編碼算術(shù)編碼解碼過程解碼過程步驟步驟間隔間隔譯碼符號譯碼符號譯碼判決譯碼判決10.5,0.7C0.51439在間隔在間隔 0.5,0.7)20.5,0.52A0.51439在間隔在間隔 0.5,0.7)的第的第1個個1/1030.514,0.52D0.51439在間隔在間隔0

40、.5,0.52)的第的第7個個1/1040.514,0.5146A0.51439在間隔在間隔0.514,0.52的第的第1個個1/1050.5143,0.51442C0.51439在間隔在間隔0.514,0.5146的第的第5個個1/1060.514384,0.51442D0.51439在間隔在間隔0.5143,0.51442的第的第7個個1/1070.51439,0.5143948B0.51439在間隔在間隔0.51439,0.5143948的第的第1個個1/108譯碼的消息：譯碼的消息：C A D A C D B522.3 2.3 數(shù)字圖像編碼技術(shù)數(shù)字圖像編碼技術(shù)n顏色空間及其變換顏色空間

41、及其變換n數(shù)字圖像文件格式數(shù)字圖像文件格式n多媒體數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換多媒體數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換532.3.1 2.3.1 彩色空間及其變換彩色空間及其變換n顏色顏色視覺系統(tǒng)對可見光的感知結(jié)果視覺系統(tǒng)對可見光的感知結(jié)果n人的視網(wǎng)膜有對紅、綠、藍顏色敏感程度不一樣人的視網(wǎng)膜有對紅、綠、藍顏色敏感程度不一樣的三種錐體細胞的三種錐體細胞n自然界中任何一種顏色都可以由自然界中任何一種顏色都可以由RGBRGB這這3 3種顏色值種顏色值之和來確定，構(gòu)成一個三維的之和來確定，構(gòu)成一個三維的RGBRGB矢量空間，由矢量空間，由此形成一個此形成一個RGBRGB彩色空間。彩色空間。n彩色模型（顏色模式，彩色空間）彩色模型（顏色模式，

42、彩色空間）用簡單方法描述所有顏色的一套規(guī)則和定義用簡單方法描述所有顏色的一套規(guī)則和定義54電磁波譜電磁波譜 可見光譜可見光譜 55彩色模型彩色模型n常見模型：常見模型： n RGBRGB彩色模型彩色模型n HISHIS彩色模型彩色模型 n YUVYUV彩色模型彩色模型 n YIQYIQ彩色模型彩色模型 n CMYKCMYK彩色模型彩色模型56RGBRGB顏色模型顏色模型n顏色模型用來描述人們顏色模型用來描述人們能感知的和處理的顏色能感知的和處理的顏色nRGBRGB顏色模型是顏色最顏色模型是顏色最基本的表示模型，也是基本的表示模型，也是計算機系統(tǒng)彩色顯示器計算機系統(tǒng)彩色顯示器采用的顏色模型。其中

43、，采用的顏色模型。其中，R R，G G，B B分別代表紅分別代表紅（RedRed）、綠（）、綠（GreenGreen）、）、藍（藍（BlueBlue）三色。）三色。RGBRGB顏色模型通常用單位立顏色模型通常用單位立方體來表示方體來表示57RGBRGB顏色模型顏色模型nRGBRGB模型也稱為模型也稱為加色模型加色模型，各種顏色由不同比例，各種顏色由不同比例紅、綠、藍紅、綠、藍3 3種基本色的疊加而成。任意顏色種基本色的疊加而成。任意顏色F F的的配色方程為：配色方程為：nF FrRrRgGgGbGbGn式子中式子中rRrR、gGgG、bGbG為為F F色的三色分量色的三色分量n如果如果rRrR

44、、gGgG、bGbG三個分量各占一個字節(jié)三個分量各占一個字節(jié)（8 8位），這樣共可表示位），這樣共可表示2 22424=16 777 216=16 777 216種顏色種顏色58RGBRGB顏色模型顏色模型RGBRGB三基色疊加效果三基色疊加效果59HSIHSI顏色模型顏色模型n用用H(Hue,H(Hue,色調(diào)色調(diào)) )、S(Saturation,S(Saturation,飽和度飽和度) )、I(Intensity,I(Intensity,光強度光強度) )表示一種顏色表示一種顏色n一種直觀的顏色模型，更適合人的視覺特一種直觀的顏色模型，更適合人的視覺特性性nHSI(HSL) HSI(HSL)

45、 RGBRGB60在飽和的彩色光中增加白光的成分，相當(dāng)于在飽和的彩色光中增加白光的成分，相當(dāng)于增加光能增加光能，因而變得更亮，但是它的飽，因而變得更亮，但是它的飽和度卻降低了。若增加黑色光的成分，相當(dāng)于降低光能，因而變得更暗，其飽和度也降和度卻降低了。若增加黑色光的成分，相當(dāng)于降低光能，因而變得更暗，其飽和度也降低了低了照射的光越強，反射光也越強，看起來越亮。顯然，如果彩色光的強度降到使人看照射的光越強，反射光也越強，看起來越亮。顯然，如果彩色光的強度降到使人看不到了，在亮度標(biāo)尺上它應(yīng)與黑色對應(yīng)。同樣，如果其強度變得很大，那么亮度等不到了，在亮度標(biāo)尺上它應(yīng)與黑色對應(yīng)。同樣，如果其強度變得很大，

46、那么亮度等級應(yīng)與白色對應(yīng)。亮度是非彩色屬性，級應(yīng)與白色對應(yīng)。亮度是非彩色屬性，彩色圖像中的亮度對應(yīng)于黑白圖像中的灰度彩色圖像中的亮度對應(yīng)于黑白圖像中的灰度 同一物體因受光不同會產(chǎn)生亮度上的變化同一物體因受光不同會產(chǎn)生亮度上的變化 61YUVYUV顏色模型顏色模型n由廣播電視需求的推動而開發(fā)的彩色空間，主要由廣播電視需求的推動而開發(fā)的彩色空間，主要目的是為了壓縮色度信息以便有效的播送彩色電目的是為了壓縮色度信息以便有效的播送彩色電視圖像視圖像nY Y為亮度信號，為亮度信號，U U、V V是色差信號（是色差信號（B-Y,R-YB-Y,R-Y）U U和和V V構(gòu)成彩色的兩個分量構(gòu)成彩色的兩個分量nP

47、ALPAL模擬彩色電視采用的彩色空間模擬彩色電視采用的彩色空間n優(yōu)點是亮度和色差信號分離，容易使彩色電視系優(yōu)點是亮度和色差信號分離，容易使彩色電視系統(tǒng)與黑白電視信號兼容統(tǒng)與黑白電視信號兼容62n變換公式變換公式 Y = 0.299Y = 0.299* *R + 0.587R + 0.587* *G + 0.114G + 0.114* *B B U =-0.169 U =-0.169* *R - 0.332R - 0.332* *G + 0.500G + 0.500* *B B V = 0.500 V = 0.500* *R + 0.419R + 0.419* *G - 0.081G - 0.0

48、81* *B B63YIQYIQ顏色模型顏色模型nNTSCNTSC制式的模擬彩色電視采用的彩色空間制式的模擬彩色電視采用的彩色空間nY Y是亮度，是亮度，I I和和Q Q是兩個彩色分量，共同描述是兩個彩色分量，共同描述圖像的色調(diào)和飽和度圖像的色調(diào)和飽和度n亮度與色差分離，可以更有效的壓縮圖像亮度與色差分離，可以更有效的壓縮圖像的數(shù)據(jù)量的數(shù)據(jù)量n變換公式變換公式(YIQ(YIQRGB)RGB) Y = 0.299Y = 0.299* *R + 0.587R + 0.587* *G + 0.114G + 0.114* *B B I = 0.211 I = 0.211* *R - 0.523R -

49、0.523* *G + 0.312G + 0.312* *B B Q = 0.596 Q = 0.596* *R - 0.275R - 0.275* *G - 0.322G - 0.322* *B B64CMYKCMYK顏色模型顏色模型nCMYKCMYK模型以打印在紙上的油墨的光線吸收模型以打印在紙上的油墨的光線吸收特性為基礎(chǔ)特性為基礎(chǔ)n當(dāng)白光照射到半透明油墨上時，色譜中的當(dāng)白光照射到半透明油墨上時，色譜中的一部分被吸收，而另一部分被一部分被吸收，而另一部分被反射反射回眼睛。回眼睛。哪些光波反射到眼睛中，決定了人們能感哪些光波反射到眼睛中，決定了人們能感知的顏色知的顏色65紅光顯紅色是因為紅光

50、顯紅色是因為.66綠光顯綠色是因為綠光顯綠色是因為67CMYKCMYK顏色模型顏色模型nCMYKCMYK模型中也定義了顏料的三種基本顏模型中也定義了顏料的三種基本顏色色青色青色(Cyan)(Cyan)、品紅、品紅(Magenta)(Magenta)和黃色和黃色(Yellow)(Yellow)。理論上，任何一種顏色都可以。理論上，任何一種顏色都可以用這三種基本顏料按一定比例混合得到用這三種基本顏料按一定比例混合得到n由于所有打印油墨都包含一些雜質(zhì)，因此由于所有打印油墨都包含一些雜質(zhì)，因此這三種油墨實際生成土灰色，必須與黑色這三種油墨實際生成土灰色，必須與黑色(K)(K)油墨合成才能生成真正的黑色

51、油墨合成才能生成真正的黑色68CMYKCMYK顏色模型顏色模型用于印刷用于印刷分色膠片分色膠片印版印版印輥印輥成品成品印紙印紙69CMYKCMYK顏色模型顏色模型n與與RGBRGB模型相對，模型相對，CMYKCMYK模型被稱為模型被稱為減色模型減色模型n理論上，在相減混色中理論上，在相減混色中n等量黃色等量黃色(Y)(Y)和品紅和品紅(M)(M)相減而青色相減而青色(C)(C)為為0 0時，得到紅時，得到紅色色(R)(R)n等量青色等量青色(C)(C)和品紅和品紅(M)(M)相減而黃色相減而黃色(Y)(Y)為為0 0時，得到藍時，得到藍色色(B)(B)n等量黃色等量黃色(Y)(Y)和青色和青色

52、(C)(C)相減而品紅相減而品紅(M)(M)為為0 0時，得到綠時，得到綠色色(G)(G)n100%100%的三種基本顏料合成將吸收所有顏色而生成黑色的三種基本顏料合成將吸收所有顏色而生成黑色70n相加色和相減色之間成對出現(xiàn)，稱為互補色相加色和相減色之間成對出現(xiàn)，稱為互補色相加混色相加混色相減混色相減混色生成的顏色生成的顏色RGBRGBCMYCMY000000111111黑黑001001110110藍藍010010101101綠綠011011100100青青100100011011紅紅101101010010品紅品紅110110001001黃黃111111000000白白712.3.2 2.3

53、.2 數(shù)字圖像文件格式數(shù)字圖像文件格式n圖像文件圖像文件存放圖像數(shù)據(jù)存放圖像數(shù)據(jù)n常見的圖像文件格式有常見的圖像文件格式有nBMPBMPnTIF TIF nPCXPCXnGIFGIFnJPEGJPEGnPNG PNG nTGATGAn. http:/ n由由Zsoft公司開發(fā)公司開發(fā) n使用行程編碼的方法進行壓縮使用行程編碼的方法進行壓縮 n占用少量存儲空間，以犧牲時間為代價占用少量存儲空間，以犧牲時間為代價 73BMPBMP格式格式文件頭文件頭（文件頭和（文件頭和信息頭）信息頭）色彩表色彩表（反向排列）（反向排列）圖像數(shù)據(jù)圖像數(shù)據(jù)n由由MicrosoftMicrosoft公司為公司為Wind

54、owsWindows開發(fā)開發(fā) n能應(yīng)付高速度的操作要求能應(yīng)付高速度的操作要求 n與設(shè)備無關(guān)與設(shè)備無關(guān) n可以是可以是2 2色、色、1616色、色、256256色或色或16 777 21616 777 216色色 74TIFFTIFF格式格式文件頭文件頭標(biāo)志信息區(qū)標(biāo)志信息區(qū)圖像數(shù)據(jù)圖像數(shù)據(jù)n支持的色彩數(shù)最高可達支持的色彩數(shù)最高可達16M16M種種 n存儲的圖像質(zhì)量高，占用的存儲空間大存儲的圖像質(zhì)量高，占用的存儲空間大 n細微層次信息多，利原稿階調(diào)與色彩復(fù)制細微層次信息多，利原稿階調(diào)與色彩復(fù)制 n獨立于操作平臺和軟件獨立于操作平臺和軟件 n常用于印刷常用于印刷 75GIFGIF格式格式文件頭文件頭

55、邏輯屏邏輯屏幕描述幕描述調(diào)色板信息調(diào)色板信息圖像數(shù)據(jù)圖像數(shù)據(jù)結(jié)束標(biāo)志結(jié)束標(biāo)志n具有具有87a87a和和89a89a兩種格式兩種格式 87a87a描述單一（靜止）圖像描述單一（靜止）圖像 89a89a描述多幀圖像描述多幀圖像n采用采用LZWLZW壓縮算法壓縮算法 n最多處理最多處理256256種色彩，不能存儲真彩色圖像種色彩，不能存儲真彩色圖像 n支持支持65535655356553565535分辨率分辨率 76GIFGIF格式格式77JPEGJPEG格式格式經(jīng)壓縮的經(jīng)壓縮的圖像數(shù)據(jù)圖像數(shù)據(jù)各類壓縮各類壓縮算法算法n可以達到可以達到30:130:1的壓縮比的壓縮比 n屬于有損壓縮屬于有損壓縮 n

56、支持全彩（支持全彩（2424位、位、1677721616777216色）圖像色）圖像 78PNGPNG格式格式文件頭文件頭數(shù)據(jù)塊數(shù)據(jù)塊n采用采用lz77lz77壓縮算法壓縮算法 n可以是灰階的、彩色的或可以是灰階的、彩色的或8 8位的索引色位的索引色n顯示速度快，只需要下載顯示速度快，只需要下載1/641/64的圖像信的圖像信息就可以顯示出低分辨率的預(yù)覽圖像息就可以顯示出低分辨率的預(yù)覽圖像 n不支持動畫不支持動畫n常用于網(wǎng)絡(luò)常用于網(wǎng)絡(luò)( (預(yù)覽預(yù)覽) )79TGATGA格式格式文件頭文件頭調(diào)色板信息調(diào)色板信息圖像數(shù)據(jù)圖像數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)補充區(qū)數(shù)據(jù)補充區(qū)n由美國由美國TruevisionTruevisi

57、on公司開發(fā)公司開發(fā)n結(jié)構(gòu)比較簡單結(jié)構(gòu)比較簡單 n計算機生成圖像向電視轉(zhuǎn)換的首選格式計算機生成圖像向電視轉(zhuǎn)換的首選格式 n常用于專業(yè)動畫影視常用于專業(yè)動畫影視 80A4幅面幅面(橫橫)24 bit彩色彩色300 dpi分辨率分辨率. JPG 883 KB損失損失15%色色重復(fù)保存重復(fù)保存,損失加劇損失加劇. GIF 4,501 KB256色色格式轉(zhuǎn)換容易失真格式轉(zhuǎn)換容易失真. BMP 25,481 KB真彩色真彩色 數(shù)據(jù)量大數(shù)據(jù)量大. TGA 25,481 KB真彩色真彩色 數(shù)據(jù)量大數(shù)據(jù)量大. PCD 25,481 KB真彩色真彩色 數(shù)據(jù)量大數(shù)據(jù)量大. TIF 25,697 KB真彩色真彩色

58、數(shù)據(jù)量大數(shù)據(jù)量大數(shù)據(jù)對比數(shù)據(jù)對比812.3 2.3 多媒體數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換多媒體數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換n為了交流不同類型媒體信息需要進行轉(zhuǎn)換為了交流不同類型媒體信息需要進行轉(zhuǎn)換n媒體之間的轉(zhuǎn)換是人們關(guān)心的內(nèi)容之一媒體之間的轉(zhuǎn)換是人們關(guān)心的內(nèi)容之一n有些媒體之間的轉(zhuǎn)換是非常困難的事情，需要研有些媒體之間的轉(zhuǎn)換是非常困難的事情，需要研究人類本身對各種媒體理解原理和解釋過程究人類本身對各種媒體理解原理和解釋過程n有些媒體之間的轉(zhuǎn)換則相對容易，幾乎不用做什有些媒體之間的轉(zhuǎn)換則相對容易，幾乎不用做什么工作么工作82部分媒體的轉(zhuǎn)換關(guān)系部分媒體的轉(zhuǎn)換關(guān)系轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換位圖圖像位圖圖像圖形圖形語音語音音樂音樂文本文本視頻視頻數(shù)值數(shù)值位圖

59、圖像位圖圖像*映射映射？*映射映射*凍結(jié)凍結(jié)？圖形圖形 *輪廓或理解輪廓或理解 * 波形波形*樂譜樂譜*矢量化矢量化？*可視化可視化語音語音？*波形波形*語音合成語音合成？*合成合成音樂音樂？*識別識別*音樂合成音樂合成？文本文本*文字識別文字識別*識別識別*語音識別語音識別*轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換？*符號化符號化視頻視頻*序列化序列化*序列化序列化？數(shù)值數(shù)值？*計算計算*識別識別？*轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換？83我的芯片能聞味：西門子微型芯片氣我的芯片能聞味：西門子微型芯片氣味傳感器味傳感器http:/ 2004年年09月月18日日 16:31 驅(qū)動之家驅(qū)動之家 近日，西門子的科研工作者們成功研制出一種近日，西門子的科研

60、工作者們成功研制出一種全新構(gòu)造的微型芯片傳感器，它可以辨別氣體與其味道。據(jù)稱，此全新構(gòu)造的微型芯片傳感器，它可以辨別氣體與其味道。據(jù)稱，此種微型芯片將被應(yīng)用與多種領(lǐng)域，例如檢測空氣中臭氧含量，監(jiān)測種微型芯片將被應(yīng)用與多種領(lǐng)域，例如檢測空氣中臭氧含量，監(jiān)測火災(zāi)以及氣體泄漏。一個非常實用的應(yīng)用便是作為旅行者的一種便火災(zāi)以及氣體泄漏。一個非常實用的應(yīng)用便是作為旅行者的一種便攜預(yù)警設(shè)備，即便在睡袋中也能知曉外界風(fēng)云動向。攜預(yù)警設(shè)備，即便在睡袋中也能知曉外界風(fēng)云動向。 此款芯片擁有體積小，成本低以及超低功耗等諸多優(yōu)點，可以此款芯片擁有體積小，成本低以及超低功耗等諸多優(yōu)點，可以在在100毫瓦至毫瓦至1毫瓦