多媒体数据压缩编码技术
多媒体数据压缩编码技术
1. 多媒体数据压缩的可行性
(1)多媒体视频信号存在空间冗余和时间冗余。
(2)人眼对图像的细节分辨率、运动分辨率和对比度分辨率的感觉都存在着一定的界限。
２. 多媒体数据压缩方法
(1) 熵编码详细内容
熵编码在解压缩过程中重新构造出与原始数据完全一致的数据，因此是一种无损压缩方法。它把已压缩的数据流看做是简单的数字序列，而忽略该数据的语义，因此熵编码适用于不考虑其自身具体特点的媒体。
(2) 源编码详细内容
源编码用于把原始数据中的相关数据与不相关数据分开的场合。该方法要考虑原始数据的语义，通过消除不相关数据以达到对初始数据流的压缩。源编码常常是有损方法，其原始数据流与已编码的数据流相似但不相同。
(3) 混合编码详细内容
混合编码是熵编码和源编码技术的组合，通常是几种不同的熵编码和源编码技术组织在一起构成一种新的混合编码
方法。
3.多媒体数据国际标准
(1) H.261 详细内容
由CCITT （国标电报电话咨询委员会）通过的用于音视频服务的视频编码解码器，主要适用于视频电话和视频电视会议。它使用一帧中的有损压缩和用于帧间压缩的无损编码两种类型的压缩，并在此基础上使编码器采用带有运动估计的DCT （离散余弦变换）和DPCM 的混合方式。
2) JPEG 详细内容
JPEG （Joint Photographic Experts Group ）联合图像专家组，是一种基于DCT （离散余弦变换）的静止图像压缩和解压缩算法，它由ISO （国际标准化组织）和CCITT （国标电报电话咨询委员会）共同制定，并在1992 年后被广泛采纳后成为国际标准。用于连续色调、多级灰度、彩色/ 单色静态图像压缩
(3) 混合编码详细内容
MPEG 是Moving Pictures Experts Group （动态图像专家组）的英文所写，实际上是指一组由ITU 和ISO 制定发布的视频、音频数据的压缩标准。包括MPEG 视频、MPEG 音频和MPEG 系统（视音频同步）三个部分。MPEG 压缩标准是针对运动图像而设计的，基本方法是：在单位时间
内采集并保存第一帧信息，然后就只存储其余帧相对于第一帧发生变化的部分，以达到压缩的目的。
在多媒体数据压缩标准中，较多采用MPEG 系列标准，包括MPEG －1 、2 、4 。
流媒体技术及应用
1．流媒体技术原理
(1) 流媒体的概念内容扩展
流媒体是一种可以使音频、视频和动画等多媒体文件能在Internet 及Intranet 上以实时的、无需下载等待的方式进行播放的技术。
(2) 关键技术－压缩编码技术内容扩展
压缩编码技术是流媒体技术体系中的关键技术。压缩编码的基本原理是采用一定的编码方式，将文件的数据结构进行重组。一方面去掉一些重复或占而不用的空间，以达到减小文件尺寸的目的；另一方面，将分成压缩包，形成数据流，将原有的多媒体文件转化为具有流格式的流媒体。
(3) 流式传输过程内容扩展
将文件分成一些小片段，当用户端发出请求后，由服
务器向用户连续、实时传送这些小片段，用户端利用解压设备（播放器）对压缩过的文件解压后进行播放和观看。
传输时遵循以下网络协议：
• 实时传输协议RTP(Real-time Transport Protocol) ：RTP 是用于Internet/Intranet 针对多媒体数据流的一种传输协议。
• 实时传输控制协议RTCP (Real-time Transport Control Protocol) ：和RTP 一起提供流量控制和拥塞控制服务。
• 实时流协议RTSP(Real-time Streaming Protocol) ：实时流协议RTSP 是由RealNetworks 和Netscape 共同提出的，该协议定义了一对多应用程序如何有效地通过IP 网络传送多媒体数据。
• 资源预订协议RSVP ：由于音频和视频数据流比传统数据对网络的延时更敏感，要在网络中传输高质量的音频、视频信息，除带宽要求之外，还需其他更多的条件。RSVP 是Internet 上的资源预订协议，使用RSVP 预留一部分网络资源（即带宽），能在一定程度上为流媒体的传输提供QoS 。
(4) 流媒体系统的组成内容扩展
流媒体系统包括以下五个方面的内容：
• 编码工具：用于创建、捕捉和编辑多媒体数据，形成流媒体格式
• 流媒体数据
• 服务器：存放和控制流媒体的数据
• 网络：适合多媒体传输协议甚至是实时传输协议的网络
• 播放器：供客户端浏览器流媒体文件
2.流媒体技术的网络教育应用方案
流媒体技术对网络教学的最大贡献是实现了网上实时内容的同步传输和播放，从而可建立教师与学生、学生与学生之间实时交互的网络教学。
(1)实时同步教学方式的实现
(2)异步教学方式
流媒体技术综述
1概述
流媒体(Streaming Media)是一种新兴的网络传输技术,在互联网上实时顺序地传输和播放视/音频等多媒体内容的连续时基数据流，流媒体技术包括流媒体数据采集、视/音频编解码、存储、传输、播放等领域。
一般来说，流包含两种含义，广义上的流是使音频和视
频形成稳定和连续的传输流和回放流的一系列技术、方法和协议的总称，我们习惯上称之为流媒体系统；而狭义上的流是相对于传统的下载－回放（Download-Playback）方式而言的一种媒体格式，它能从Internet上获取音频和视频等连续的多媒体流，客户可以边接收边播放，使时延大大减少。
在网络上传播多媒体信息主要有两种方式:下载和流式传输。下载方式是传统的传输方式，指在播放之前,用户下载多媒体文件至本地,通常这类文件容量较大,依据目前的网络带宽条件,需要较长时间,并且对本地的存储容量也有一定的要求,这就限制了PDA等低存储容量设备的使用。流式传输则把多媒体信息通过服务器向用户实时地提供,采用这种方式时,用户不必等到整个文件全部下载完毕,而只需经过几秒或几十秒的启动时延即可播放,之后，客户端边接收数据边播放。与下载方式相比, 流式传输具有显著的优点：一方面大大地缩短了启动延时,同时也降低了对缓存容量的需求；另一方面，又可以实现现场直播形式的实时数据传输，这是下载等方式无法实现的，同时有助于保护多媒体数据的著作权。2流媒体技术
2.1缓存技术
Internet以包传输为基础进行断续的异步传输，实时A/V源或存储的A/V文件在传输中被分解为许多包，由于网络是动态变化的，各个包选择的路由可能不尽相同，故到达客户端
的时间延迟也就不等，甚至先发的数据包有可能后到。为此，使用缓存系统来弥补延迟和抖动的影响，并保证数据包的顺序正确，从而使媒体数据能连续输出，而不会因为网络暂时拥塞使播放出现停顿。通常高速缓存所需容量并不大，因为高速缓存使用环形链表结构来存储数据，通过丢弃已经播放的内容，流可以重新利用空出的高速缓存空间来缓存后续尚未播放的内容。
2.2流媒体传输流程
流媒体的具体传输流程如下：
（1）Web浏览器与Web服务器之间使用HTTP/TCP交换控制信息,以便把需要传输的实时数据从原始信息中检索出来。（2）用HTTP从Web服务器检索相关数据，A/V播放器进行初始化。
（3）从Web服务器检索出来的相关服务器的地址定位A/V 服务器。
（4）A/V播放器与A/V服务器之间交换A/V传输所需要的实时控制协议。
（5）一旦A/V数据抵达客户端,A/V播放器就可以播放了。
2.3媒体系统结构
现存流媒体解决方案采用的技术是多样的，但其体系结构的本质是相近的。
流媒体的体系构成：①编码工具：用于创建、捕捉和编
辑多媒体数据，形成流媒体格式；②流媒体数据；③服务器：存放和控制流媒体的数据；④网络：适合多媒体传输协议甚至实时传输协议的网络；⑤播放器：供客户端浏览流媒体文件（通常是独立的播放器和ActiveX方式的插件）。
2.4流媒体传输协议
流式传输的实现需要合适的传输协议。TCP需要较多的开销，故不太适合传输实时数据。在流式传输的实现方案中，一般采用HTTP/TCP来传输控制信息，而用RTP/UDP来传输实时多媒体数据。
（1）实时传输协议RTP与RTCP
RTP是用于Internet/Intranet针对多媒体数据流的一种传输协议。RTP被定义为在一对一或一对多传输的情况下工作，其目的是提供时间信息和实现流同步。RTP通常使用UDP来传送数据，但RTP也可以在TCP或ATM等其他协议上工作。当应用程序开始一个RTP会话时将使用两个端口：一个给RTP，一个给RTCP。RTP本身并不能为按顺序传送数据包提供可靠的传送机制，也不提供流量控制或拥塞控制，它依靠RTCP提供这些服务。RTCP和RTP一起提供流量控制和拥塞控制服务。RTP和RTCP配合使用，它们能以有效的反馈和最小的开销使传输效率最佳化，因而特别适合传送网上的实时数据。
（2）实时流协议RTSP
实时流协议RTSP是由RealNetworks和Netscape共同提出的，该协议定义了一对多应用程序如何有效地通过IP网络传送多媒体数据。RTSP在体系结构上位于RTP和RTCP之上，它使用TCP或RTP完成数据传输。HTTP与RTSP相比，HTTP传送HTML，而RTP传送的是多媒体数据。HTTP请求由客户机发出，服务器作出响应；使用RTSP时，客户机和服务器都可以发出请求，即RTSP可以是双向的。
（3）资源预订协议RSVP
由于音频和视频数据流比传统数据对网络的延时更敏感，要在网络中传输高质量的音频、视频信息，除带宽要求之外，还需其他更多的条件。RSVP是Internet上的资源预订协议，使用RSVP预留一部分网络资源（即带宽），能在一定程度上为流媒体的传输提供QoS。
3流媒体发展现状
Internet/Intranet上使用较多的流媒体技术主要有RealNetworks公司的Real System，Microsoft公司的Windows Media Technology和Apple公司的QuickTime，它们是流媒体传输系统的主流技术，在这里介绍前两种。
3.1Real System
Real System由媒体内容制作工具Real Producer、服务器端RealServer、客户端软件（Client Software）3部分组成，其流媒体文件包括RealAudio，RealVideo，Real Presentation
和RealFlash4类文件，分别用于传送不同的文件。Real System 采用SureStream技术，自动地并持续地调整数据流的流量以适应实际应用中的各种不同网络带宽需求，轻松实现视音频和三维动画的回放。Real流式文件采用Real Producer软件进行制作，首先把源文件或实时输入变为流式文件，再把流式文件传输到服务器上供用户点播。
由于Real System的技术成熟、性能稳定，美国在线（AOL），ABC，AT&T，Sony等公司和网上主要电台都使用Real System向世界各地传送实时影音媒体信息以及实时的音乐广播。
3.2Windows Media Technology
Windows Media Technology是Microsoft提出的信息流式播放方案，旨在Internet和Intranet上实现包括音频、视频信息在内的多媒体流信息的传输。其核心是ASF（Advanced Stream Format）文件，ASF是一种包含音频、视频、图像以及控制命令、脚本等多媒体信息的数据格式，通过分成一个个的网络数据包在Internet上传输，实现流式多媒体内容发布，因此，我们把在网络上传输的内容就称为ASF Stream。ASF支持任意的压缩/解压缩编码方式，并可以使用任何一种底层网络传输协议，具有很大的灵活性。
Windows Media Technology由Media Tools，Media Server 和Media Player工具构成。Media Tools是整个方案的重要组
成部分，它提供了一系列的工具帮助用户生成ASF格式的多媒体流（包括实时生成的多媒体流）；Media Server可以保证文件的保密性，不被下载，并使每个使用者都能以最佳的影片品质浏览网页，同时具有多种文件发布形式和监控管理功能；Media Player则提供强大的流信息的播放功能。
流媒体技术已广泛应用于远程教育、网络电台、视频点播、收费播放等，在企业一级的应用包括电子商务、远程培训、视频会议、客户支持等。
3.3流媒体技术在国内的现状
在国内，流媒体技术在国外成熟技术的基础上逐步扩大应用，诸如网上现场直播、网上教育系统、网上手术数字化直播系统等，他们的体系结构是类似的。
4结束语
流媒体技术广泛应用在多媒体新闻发布、网上演示、在线直播、网络广告、电子商务、视频点播、远程教育、实时视频会议等互联网的信息服务领域，互联网的发展决定了流媒体市场的广阔前景，流媒体技术的应用将为网络信息交流带来革命性的变化，对人们的工作和生活产生深远的影响。(岑斌,肖刚,程振波,周涛明摘自中国有线电视)
多媒体技术
多媒体技术是指把文字、音频、视频、图形、
图像、动画等多媒体信息通过计算机进行数字化采集、获取、压缩/ 解压缩、编辑、存储等加工处理，再以单独或合成形式表现出来的一体化技术。
无损压缩
无损压缩指压缩后的数据经解压缩还原得到的数据与原始数据完全相同。
有损压缩
有损压缩指压缩后的数据经解压缩还原得到的数据与原始数据不完全相同。
流媒体
流媒体是一种可以使音频、视频和动画等多媒体文件能在Internet 及Intranet 上以实时的、无需下载等待的方式进行播放的技术。
流式传输方式
流式传输方式是将多媒体文件经过特殊的压缩方式分成一个个压缩包，并附加上与其传输有关的信息，形成实时数据流，由视频服务器向用户计算机连续、实时传送。
多媒体教学应注意的问题
1.多媒体教学应具有教学的必要性
我们应纠正认为只有在教学过程中使用了多媒体计算机，才算得上是现代化的教学法的错误观念，如果生搬硬套多媒体计算机辅助教学，把本无必要的课堂教学也非用不可，结果一定是达不到应有的效果。如在多媒体教学中存在一个很普遍的现象，即教师把所要讲的课堂内容的提纲展现在大屏幕上，然后坐在话筒前开始上课，整个教学过程中始终保持着这种“在会议上作报告”的形式，这样形式的多媒体教学的效果如何，是可想而知的。因此，我们要根据教学内容的实际需要，充分发挥多媒体技术的优势，使之有助于突出教学重点，突出教学难点。这是多媒体教学的精华所在。
2.运用多媒体进行教学内容要适量
运用多媒体呈现信息量的速度快，教师容易不自觉地加快课堂教学速度，忽视与学生思维节奏的合拍。如果学生在这种快速的教学中思维跟不上教师的讲解，或信息呈现的速度无法完整地做笔记，则会影响学生对所学知识的复习和巩固。如果传输知识的时间短于学生对其感知的时间，则是节奏过快，会造成学生感知的不充分，理解就不深刻，不透彻，从而对教材内容产生的疑问不断增加，最终失去学习的兴趣。反之，如果节奏过慢会造成学生的情绪涣散，由于求知欲不能得到满足，同样会失去学习的兴趣。
多媒体呈现的容量也大，这就容易加大课堂练习，多媒
体成了代替教师向学生灌输知识的机器，变“人灌
”为“机灌”，甚至“人机共灌
”。把学生当作接受信息的容器。所以运用多媒体教学一定要做到内容适量，使学生有理解和记忆所学知识的余地。
充分发挥各种媒体的自身优势
每一种媒体都有自身的长处，对某种特定的教学和学习有效，不存在一种处处适用的全能媒体。同样，每种媒体又不可避免地存在局限性，不利于某些教学和学习。只有在某些特定的教学情境中，一种媒体会比另一种媒体更有效。另外，还要从实际出发，考虑效益性，尽量以最小的代价取得最佳的效果。由于多媒体设备与传统比较，价格仍是比较昂贵，因此，多媒体既不是一种全能的媒体，也不可能代替传统媒体。现代媒体与传统媒体在教学中应相互补充，取长补短。不能只一味追求高档，尤其避免出现高级设备低效益的现象出现。
发挥多媒体设备效用的对策
1.方法上引导，提高教师运用技能
新事物总有新面孔，即使是一台带有写字板的电脑，在外行人看来都是摸不着的东西。有的教师习惯一支粉笔、一块黑板的教学模式，不习惯于用投影、电脑等现代化设施。固然有惰性的因素，但主要的是不会用或用不好现代化的教学手段。偶尔赶潮流，准备好了课件，可上课时，不小心触摸了不相干的按键，怎样切换也切换不过来，忙得满头大汗，出现了令人难堪的冷场。下次他便再也不敢用课件了。这就需要我们做好教师的培训工作，方法上进行引导，提高教师运用现代化设施的技能。从抓青年教师培训入手，以青年教师的学习活动，带动中老年教师制作课件的积极性，使他们尽快地掌握操作多媒体设备的技能，最终对教学工作起到积极的推动作用。
2.制度上规范，改变教师传统习惯
现代化设施的运用，看上去使一堂课显得非常轻松、愉快，时间利用率高，效果好，几十分钟不知不觉就过去了。但是，教师课前的准备就大大的增加了。制作一张合格投影片平均需要20——30分钟。制作一堂课的课件那就更不用说了，起码要用两天的时间。所以，现代化手段固然千般好，许多教师还是不太愿意使用。这也是使现代化设施闲置的主要原因。对此，应制定相关制度，奖优罚劣，确保电教设备使用率在较高水平。教学本来就是为学生更好地服务。节约一个学生一分钟的时间，一个班就是几十分钟。因此，固然
准备量大、时间长，但教学效果好，我们应该去使用它，发挥它最大的效用。
3.活动上促进，展示成果树立典型
很多教师已意识到使用现代化设施的优越性，在公开课、研究课上，都有意识地使用现代化设施。而且，有没有使用电教手段，已成为评课的依据之一。因此，借助各种活动，促进教师积极使用现代化设施，通过展示，树立典型。参与活动的教师，以及观看活动的教师，在活动中领略了现代化设施的优越性，增强了使用现代化设施的欲望，从而在平常的教学工作中，形成了自学使用现代化设施的氛围。
图像压缩编码方法综述 概述： 近年来, 随着数字化信息时代的到来和多媒体计算机技术的发展, 使得人 们所面对的各种数据量剧增, 数据压缩技术的研究受到人们越来越多的重视。 图像压缩编码就是在满足一定保真度和图像质量的前提下，对图像数据进行变换、编码和压缩，去除多余的数据以减少表示数字图像时需要的数据量，便于 图像的存储和传输。即以较少的数据量有损或无损地表示原来的像素矩阵的技术,也称图像编码。 图像压缩编码原理： 图像数据的压缩机理来自两个方面:一是利用图像中存在大量冗余度可供压缩；二是利用人眼的视觉特性。 图像数据的冗余度又可以分为空间冗余、时间冗余、结构冗余、知识冗余 和视觉冗余几个方面。 空间冗余：在一幅图像中规则的物体和规则的背景具有很强的相关性。 时间冗余：电视图像序列中相邻两幅图像之间有较大的相关性。 结构冗余和知识冗余：图像从大面积上看常存在有纹理结构，称之为结构 冗余。 视觉冗余：人眼的视觉系统对于图像的感知是非均匀和非线性的，对图像 的变化并不都能察觉出来。 人眼的视觉特性： 亮度辨别阈值：当景物的亮度在背景亮度基础上增加很少时，人眼是辨别 不出的，只有当亮度增加到某一数值时，人眼才能感觉其亮度有变化。人眼刚 刚能察觉的亮度变化值称为亮度辨别阈值。 视觉阈值：视觉阈值是指干扰或失真刚好可以被察觉的门限值，低于它就 察觉不出来，高于它才看得出来，这是一个统计值。 空间分辨力：空间分辨力是指对一幅图像相邻像素的灰度和细节的分辨力，视觉对于不同图像内容的分辨力不同。 掩盖效应：“掩盖效应”是指人眼对图像中量化误差的敏感程度，与图像 信号变化的剧烈程度有关。 图像压缩编码的分类： 根据编码过程中是否存在信息损耗可将图像编码分为: 无损压缩：又称为可逆编码(Reversible Coding)，解压缩时可完全回复原始数据而不引起任何失真； 有损压缩：又称不可逆压缩(Non-Reversible Coding)，不能完全恢复原始数据，一定的失真换来可观的压缩比。 根据编码原理可以将图像编码分为: 熵编码：熵编码是编码过程中按熵原理不丢失任何信息的编码。熵编码基
《数据压缩与编码》课程教学大纲 课程类型:专业限选课课程代码: 课程学时: 46学分: 2 适用专业:电子信息工程专业 开课时间: 三年级二学期开课单位: 电气与电子工程学院 大纲执笔人: 吴德林大纲审定人:杨宁 一、课程性质、任务： 人类社会已进入信息时代，网络是信息时代的重要产物，大量数据的存贮、处理特别是传输，是影响网络系统效率的重要因素之一，数据压缩技术对提高网络通信能力和效率提供了有力的支持。课程的目的在于学习数据通信基本原理和了解数据通信网络。 通过本课程的学习，学生能够掌握数据压缩的基本知识、基本方法；掌握数据压缩技术及经典算法，包括信源的数字化方法、基本的统计编码方法、预测编码的理论与实现方法、HUFFMAN方法、算术编码方法、字典压缩技术、文本压缩技术、图像压缩技术；理解和实验基本图像JPEG压缩编码或EZW/SPIHT压缩编码。 二、课程教学内容 1）教学内容、目标与学时分配 (一)理论教学部分
2、实验要求指：必做或选做 2) 教学重点与难点 1、重点：数据压缩的基本概念、数据压缩的常用方法与算法，数据编码技术、图像压缩技术以及视频压缩技术。。 2、难点：视频压缩与小波分析技术 三、课程各教学环节的基本要求 1）课堂讲授： 多媒体、PPT课件 2）实验（实训、实习）：
3）作业： 问答题，计算题 4）课程设计： 5）考试 5.1 考试方法：（考试；考查；闭卷；开卷；其它方法） 闭卷考试 5.2 各章考题权重 第一章 5% 第二章 10% 第三章 10% 第四章 20% 第五章 20% 第六章. 20% 第七章 10% 第八章 5% 5.3 考试题型与比例 Eg：填空：20% ；判断题：10% ；单项选择：20% ；问答题：40%；分析题：10% 四、本课程与其他课程的联系 先修课程： 微机原理与程序设计、C 语言程序设计、数据结构、算法设计与分析。 五、建议教材及教学参考书 教材：吴乐南著：《数据压缩（第3版）》，电子工业出版社，2012年 参考书：魏江力．JPEG2000图像压缩基础、标准和实践．电子工业出版社，2004
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/ab5776790.html, 数据压缩技术综述 作者：汪见晗 来源：《科学与财富》2016年第04期 摘要：在现今的电子信息技术领域，正发生着一场有长远影响的数字化革命。由于数字 化的多媒体信息尤其是数字视频、音频信号的数据量特别庞大，如果不对其进行有效的压缩就难以得到实际的应用。因此，数据压缩技术已成为当今数字通信、广播、存储和多媒体娱乐中的一项关键的共性技术。本文从专利文献的视角对数据压缩技术的发展进行了全面的统计分析，总结了与数据压缩相关的专利申请趋势、主要申请人分布，介绍了数据压缩技术的重点技术分支及其发展历程，并分析了全球数据压缩技术演进特点，并绘制了国内重点申请人的技术发展路线图。 关键词：数据压缩；发展路线 1 数据压缩介绍 1.1 数据压缩的分类 目前，通用的主流压缩方法分为无损压缩和有损压缩。无损压缩利用数据的统计冗余进行压缩。数据统计冗余度的理论限制为2：1到5：1，所以无损压缩的压缩比一般比较低。这类方法广泛应用于文本数据、程序和特殊应用场合的图像数据等需要精确存储数据的压缩，通常的无损压缩编码方法有香农-范诺编码，霍夫曼（Huffman）编码，算术编码，字典压缩编码等。 有损压缩方法利用了人类视觉、听觉对图像、声音中的某些频率成分不敏感的特性，允许压缩的过程中损失一定的信息。虽然不能完全恢复原始数据，但是所损失的部分对理解原始图像的影响较小，却换来了比较大的压缩比。有损压缩广泛应用于语音、图像和视频数据的压缩，按照应用领域来分，有损压缩编码分为图像压缩编码，视频压缩编码，音频压缩编码。 2 数据压缩专利申请数据分析 本章主要对全球和国内数据压缩专利申请情况以及国内外专利重要申请人进行分析，从中得到技术发展趋势，以及各阶段专利申请人所属的国家分布和主要申请人。其中以每个同族中最早优先权日期视为该申请的申请日，一系列同族申请视为一件申请。 2.1 全球专利申请状况 2.1.1 全球数据压缩专利申请量
常用工具软件多媒体数据压缩及编码技术 在计算机获取原始的声音、图形图像以及视频影像时，其数据量是十分庞大的。如果数据不进行压缩处理，存放该数据文件时将十分困难，并且即使存储下来也是比较浪费存储介质的。例如，一张600MB的光盘也只能存储几十秒的真彩视频影像。 因此，用户需要对所获取的声音、图形图像以及视频影像数据进行压缩。其压缩主要包含下列两种方法。 ●无损压缩 多媒体原始信源数据存在大量的冗余，如动态视频图像帧内像素之间的空间相关性和帧与帧之间的时间相关性都很大，故而原始信源数据有很多的冗余，采用去掉冗余的压缩方法。 ●有损压缩 利用人的视觉对于边缘急剧变化不敏感和对图像的亮度信息敏感、对颜色分辨率弱的特点以及听觉只能听到20Hz~20KHz等特征实现数据压缩，舍弃一些非主要的细节，从而使由压缩数据恢复的图像、声音仍有令人满意的质量的方法。 数据压缩技术的研究已经有许多年了，从PCM编码理论开始，到现在的ADPCM、JPEG、MPEG-1、MPEG-2、H.261等，已经产生了多种针对不同用途的压缩算法、实现手段和相关的数字硬件及软件。目前，被国际社会广泛认可和应用的通用压缩编码标准大致有如下4种。 ●H.261编码 由CCITT（国际电报电话咨询委员会）通过的用于音频视频服务的视频编码解码器（也称Px64标准），它使用两种类型的压缩：一帧中的有损压缩（基于DCT）和用于帧间压缩的无损编码，并在此基础上使编码器采用带有运动估计的DCT和DPCM（差分脉冲编码调制）的混合方式。这种标准与JPEG及MPEG标准间有明显的相似性，但关键区别是它是为动态使用设计的，并提供完全包含的组织和高水平的交互控制。 ●JPEG编码 JPEG（全称是Joint Photogragh Coding Experts Group（联合照片专家组））是一种基于DCT 的静止图像压缩和解压缩算法，它由ISO（国际标准化组织）和CCITT（国际电报电话咨询委员会）共同制定，并在1992年后被广泛采纳后成为国际标准。 它是把冗长的图像信号和其它类型的静止图像去掉，甚至可以减小到原图像的百分之一（压缩比100:1）。但是在这个级别上，图像的质量并不好；压缩比为20:1时，能看到图像稍微有点变化；当压缩比大于20:1时，一般来说图像质量开始变坏。 ●MPEG编码 MPEG是Moving Pictures Experts Group（动态图像专家组）的英文缩写，实际上是指一组由ITU和ISO制定发布的视频、音频、数据的压缩标准。它采用的是一种减少图像冗余信息的压缩算法，它提供的压缩比可以高达200:1，同时图像和音响的质量也非常高。现在通常有三个版本:MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4以适用于不同带宽和数字影像质量的要求。它的三个最显著优点就是兼容性好、压缩比高（最高可达200:1)、数据失真小。 ●DVI编码 DVI视频图像的压缩算法的性能与MPEG-1相当，即图像质量可达到VHS的水平，压缩后的图像数据率约为1.5Mb/s。为了扩大DVI技术的应用，Intel公司最近又推出了DVI算法的软件解码算法，称为Indeo技术，它能将为压缩的数字视频文件压缩为五分之一到十分之一。
栅格数据存储压缩编码方法 栅格数据存储压缩编码方法主要有：（1）.链式编码（2）.行程编码（3）.块式编码（4）.四叉树编码 （1）.链式编码：由某一原点开始并按某些基本方向确定的单位矢量链。基本方向可定义为：东＝0，南＝3，西＝2，北＝1等，还应确定某一点为原点。（2）.行程编码：只在各行（或列）数据的代码发生变化时依次记录该代码以及相同代码重复的个数，即按（属性值，重复个数）编码 （3）.块式编码：块式编码是将行程编码扩大到二维的情况，把多边形范围划分成由像元组成的正方形，然后对各个正方形进行编码。 （4）.四叉树编码而块状结构则用四叉树来描述，将图像区域按四个大小相同的象限四等分，每个象限又可根据一定规则判断是否继续等分为次一层的四个象限，无论分割到哪一层象限，只要子象限上仅含一种属性代码或符合既定要求的少数几种属性时，则停止继续分割。否则就一直分割到单个像元为止。而块状结构则用四叉树来描述。按照象限递归分割的原则所分图像区域的栅格阵列应为 2n×2n（n为分割的层数）的形式。下面就着重介绍四叉树编码。 四叉树编码又称为四分树、四元树编码。它是一种更有效地压编数据的方法。它将2n×2n像元阵列的区域，逐步分解为包含单一类型的方形区域，最小的方形区域为一个栅格像元。图像区域划分的原则是将区域分为大小相同的象限，而每一个象限又可根据一定规则判断是否继续等分为次一层的四个象限。其终止判据是，不管是哪一层上的象限，只要划分到仅代表一种地物或符合既定要求的几种地物时，则不再继续划分否则一直分到单个栅格像元为止。 所谓四叉树结构，即把整个2ｎ×2ｎ像元组成的阵列当作树的根结点，n 为极限分割次数，n＋1为四分树的最大高度或最大层数。每个结点有分别代表西北、东北、西南、东南四个象限的四个分支。四个分支中要么是树叶，要么是树叉。树叉、树叶用方框表示，它说明该四分之一范围全属多边形范围（黑色）或全不属多边形范围（空心四方块），因此不再划分这些分枝；树用圆圈表示，它说明该四分之一范围内，部分在多边形内，另一部分在多边形外，因而继续划分，直到变成树叶为止。 为了在计算机中既能以最小的冗余存储与图像对应的四叉树，又能方便地完成各种图形操作，专家们已提出多种编码方式。下面介绍美国马里兰大学地理信
南昌大学研究生(工程硕士)2006～2007学年第二学期 期末考试试卷 课程名称：《多媒体技术》专业：软件工程 学生姓名：学号：C2007271 学院：信息工程学院得分： 任课教师签：洪春勇时间：2007.8 多媒体数据压缩技术综述 摘要：本文侧重介绍多媒体各种数据类型和数据描述，讨论数据
压缩技术在各种媒体数据上的应用及发展趋势。 关键词：多媒体数据、数据压缩、JPEG、MPEG-4、发展趋势、一、引言 多媒体在我国的定义是：能对多种载体(媒介)上的信息和多种存储体(媒介)上的信息进行处理的技术。多媒体传统关键技术主要集中在以下四类中：数据压缩技术、大规模集成电路（VLSI）制造技术、大容量的光盘存储器（CD-ROM）、实时多任务操作系统。因为这些技术取得了突破性的进展，多媒体技术才得以迅速的发展。网络技术的发展使多媒体技术的应用空间得到了快速拓展。但是网络现状的局限性也使得各种多媒体技术应用受到制约，因此对于多媒体数据的压缩技术显得非常重要和关键。 二、多媒体数据类型及其数据描述 （一）多媒体数据类型 1.文字 文字是人与计算机之间进行信息交换的主要媒体。在计算机发展的早期，比较实用的终端为一般文字终端，在屏幕上显示的都是文字信息。由于人们在现实生活中用语言进行交流，所以开始时文字终端比较流行，但是后来出现了图形、图像、声音等媒体，这样也就相应地出现了多种终端设备。在现实世界中，文字是人们进行通信的主要形式，文字包括西文与中文。在计算机中，文字用二进制编码表示，即使用不同的二进制编码来代表不同的文字。
2．音频 音频（Audio）指的是20HZ～20kHz的频率范围，但实际上“音频”常常被作为“音频信号”或“声音”的同义语，是属于听觉类媒体，主要分为波形声音、语音和音乐。 3.视觉媒体 能够利用视觉传递信息的媒体都是视觉媒体。位图图像、矢量图像、动态图像、符号等都是视觉媒体。 4.动画 动画是指运动的画面，动画在多媒体中是一种非常有用的信息交换工具。计算机动画的研究始于20世纪60年代初期。1963年Bell实验室制作了第一部计算机动画片。最初主要集中在二维动画的研制，作为示教和辅助制作传统动画片之用。三维计算机动画的研究始于20世纪70年代初，但真正进入实用化还是80年代中后期。随着具有实时处理能力的超级图形工作站的出现，以及三维造型技术、真实感图形生成技术的迅速发展，推出了一些可生成具有高逼真度视觉效果的实用化、商品化的三维动画系统。20世纪90年代初，计算机动画技术成功地应用于电影特技，取得了出色的成就，由此可见计算机动画技术的重要意义。（二）多媒体数据的描述 1.音频文件 在多媒体声音处理技术中，最常见的几种声音存储格式是：WAVE波形文件，MIDI音乐数字文件和目前非常流行的MP3
多媒体数据压缩实验报告 篇一：多媒体实验报告_文件压缩 课程设计报告 实验题目：文件压缩程序 姓名：指导教师：学院：计算机学院专业：计算机科学与技术学号： 提交报告时间：20年月日 四川大学 一，需求分析： 有两种形式的重复存在于计算机数据中，文件压缩程序就是对这两种重复进行了压 缩。 一种是短语形式的重复，即三个字节以上的重复，对于这种重复，压缩程序用两个数字：1.重复位置距当前压缩位置的距离；2.重复的长度，来表示这个重复，假设这两个数字各占一个字节，于是数据便得到了压缩。 第二种重复为单字节的重复，一个字节只有256种可能的取值，所以这种重复是必然的。给 256 种字节取值重新编码，使出现较多的字节使用较短的编码，出现较少的字节使用较长的编码，这样一来，变短的字节相对于变长的字节更多，文件的总长度就会减少，并且，字节使用比例越不均
匀，压缩比例就越大。 编码式压缩必须在短语式压缩之后进行，因为编码式压缩后，原先八位二进制值的字节就被破坏了，这样文件中短语式重复的倾向也会被破坏（除非先进行解码）。另外，短语式压缩后的结果：那些剩下的未被匹配的单、双字节和得到匹配的距离、长度值仍然具有取值分布不均匀性，因此，两种压缩方式的顺序不能变。 本程序设计只做了编码式压缩，采用Huffman编码进行压缩和解压缩。Huffman编码是一种可变长编码方式，是二叉树的一种特殊转化形式。编码的原理是：将使用次数多的代码转换成长度较短的代码，而使用次数少的可以使用较长的编码，并且保持编码的唯一可解性。根据 ascii 码文件中各 ascii 字符出现的频率情况创建 Huffman 树，再将各字符对应的哈夫曼编码写入文件中。同时，亦可根据对应的哈夫曼树，将哈夫曼编码文件解压成字符文件. 一、概要设计： 压缩过程的实现: 压缩过程的流程是清晰而简单的: 1. 创建 Huffman 树 2. 打开需压缩文件 3. 将需压缩文件中的每个 ascii 码对应的 huffman 编码按 bit 单位输出生成压缩文件压缩结束。
多媒体数据压缩编码的国际标准 国际标准化协会( ISO)，国际电子学委员会(IEC)，国际电信协会(ITU)等国际组织，于90年代领导制定了三个重要的多媒体国际标准，①JPEG标准，②H.261标准；③MPEG 标准。 我们在概述中只对这三个标准的制定做简单的介绍： 静态图像压缩编码的国际标准（JPEG）联合图像专家小组，多年来一直致力于标准化工作，他们开发研制出，连续色调、多级灰度、静止图像的数字图像压缩编码方法。这个压缩编码方法称为JPEG算法。JPEG算法被确定为JPEG国际标准，它是国际上，彩色、灰度、静止图像的第一个国际标准。JPEG标准是一个适用范围广泛的通用标准。它不仅适于静图像的压缩；电视图像序列的帧内图像的压缩编码，也常采用JPEG压缩标准。 在JPEG编码中用到了我们已学过的变换编码、预测编码和熵编码等原理和方法。这一章前面几节讲的内容是这一部分的基础。因此我们把重点放在JPEG的编码算法的具体实现上。 JPEG 标准定义了两种基本压缩算法：一是：基于DCT 变换有失真的压缩算法。二是：基于空间预测编码DPCM的无失真压缩算法。 我们将重点讲述基于DCT变换有失真的压缩算法。
1．基于离散余弦变换（DCT）的有失真压缩编码 （1）基于DCT的有失真编码处理过程图 基于DCT解码器处理步骤 首先来看"基于DCT的编码器处理步骤"图。从这幅图我们可以看出JPEG编码的处理过程，从总的来说是这样的：对于一幅图像首先将其分成许多个"8×8"的小块，也就是每个小块有8×8=64个像素；分成多少个小块要看图像的分辨率，分辨率高，分的块就多，分辨率小，分的块就少。然后对（每一个）8×8的块进行DCT变换（二维），经过DCT变换后就得到频域的64个离散余弦变换系数，得到64个离散余弦变换系数后，要对这64个系数进行量化，量化是根据"表说明"也就是量化表进行的，量化表是JPEG组织根据人的眼睛视觉特性规定好的，直接用量化表去除得到的64个系数就是量化，量化后得到的仍是一个（8×8）64的系数，而这一系数已是低频集中在左上角的一个8×8的系数了。最后再利用熵编码表对其进行熵编码，熵编码后的到的就是已压缩的图像数据。这是一个总的过程，我把刚才说的归纳如下：（2）基于DCT的有失真编码处理总过程：
数据压缩与编码技术 ①多媒体数据压缩编码的种类 多媒体数据压缩方法根据不同的依据可产生不同的分类。通常根据压缩前后有无质量损失分为有失真（损）压缩编码和无失真（损）压缩编码。 无损压缩：利用信息相关性进行的数据压缩并不损失原信息的内容。是一种可逆压缩，即经过文件压缩后可以将原有的信息完整保留的一种数据压缩方式，如RLE压缩，huffman 压缩、算术压缩和字典压缩。 有损压缩：经压缩后不能将原来的文件信息完全保留的压缩，是不可逆压缩。如静态图像的JPEG压缩和动态图像的MPEG压缩等。有损压缩丢失的是对用户来说并不重要的、不敏感的、可以忽略的数据。 无论是有损压缩还是无损压缩，其作用都是将一个文件的数据容量减小，又基本保持原来文件的信息内容。压缩的反过程-----解压缩，将信息还原或基本还原。 压缩编码的方法有几十种之多，如预测编码、变换编码、量化与向量编码、信息熵编码、子带编码、结构编码、基于知识的编码等。其中比较常用的编码方法有预测编码、变换编码和统计编码。没有哪一种压缩算法绝对好，压缩效率高的算法，其具体的运算过程相对就复杂，即需要更长的时间进行转化编码操作。 图1.3 音频信号的压缩方法 ②多媒体数据压缩编码的国际标准 国际电活电报咨询委员会CCITT和ISO联合定的数字化图像压缩国际标淮，主要有三个标准：用于计算机静止图像压缩的JPEG、用于活动图像压缩的MPEG数字压缩技术和用于会议电视系统的H.261压缩编码。 （1）J PEG标准 联合图像专家小组，多年来一直致力于标准化工作，他们开发研制出，连续色调、多级灰度、静止图像的数字图像压缩编码方法。这个压缩编码方法称为JPEG（Joint Photographic Experts Group）算法。JPEG算法被确定为JPEG国际标准，它是国际上，彩色、灰度、静止图像的第一个国际标准。JPEG标准是一个适用范围广泛的通用标准。它不仅适于静图像的压缩；电视图像序列的帧内图像的压缩编码，也常采用JPEG压缩标准。采用JPEG标准可以得到不同压缩比的图像，在使图像质量得到保证的情况下，可以从每个像素24bit减到每个像素1bit甚至更小。
数据压缩浅述 数据压缩是指在不丢失信息的前提下，缩减数据量以减少存储空间，提高其传输、存 储和处理效率的一种技术方法。或按照一定的算法对数据进行重新组织，减少数据的 冗余和存储的空间。数据压缩包括有损压缩和无损压缩。 例如，如果我们将“compression”编码为“comp”那么这篇文章可以用较少的数据 位表示。一种流行的压缩实例是许多计算机都在使用的ZIP 文件格式，它不仅仅提供 了压缩的功能，而且还作为归档工具（Archiver）使用，能够将许多文件存储到同一个文件中。 无损压缩算法通常利用了统计冗余，这样就能更加简练地、但仍然是完整地表示发送 方的数据。 如果允许一定程度的保真度损失，那么还可以实现进一步的压缩。例如，人们看图画 或者电视画面的时候可能并不会注意到一些细节并不完善。同样，两个音频录音采样 序列可能听起来一样，但实际上并不完全一样。有损压缩算法在带来微小差别的情况 下使用较少的位数表示图像、视频或者音频。 一些机制是可逆的，这样就可以恢复原始的数据，这种机制称为无损数据压缩；另外 一些机制为了实现更高的压缩率允许一定程度的数据损失，这种机制称为有损数据压缩。 事实上，多媒体信息存在许多数据冗余。例如，一幅图像中的静止建筑背景、蓝天和 绿地，其中许多像素是相同的如果逐点存储，就会浪费许多空间，这称为空间冗余。 又如，在电视和动画的相邻序列中，只有运动物体有少许变化，仅存储差异部分即可，这称为时间冗余。此外还有结构冗余、视觉冗余等，这就为数据压缩提供了条件。 总之，压缩的理论基础是信息论。从信息的角度来看，压缩就是去除掉信息中的冗余，即去除掉确定的或可推知的信息，而保留不确定的信息，也就是用一种更接近信息本 质的描述来代替原有的冗余的描述，这个本质的东西就是信息量。 许多无损数据压缩系统都可以看作是四步模型，有损数据压缩系统通常包含更多的步骤，例如它包括预测、频率变换以及量化。? 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。一 个很常见的例子是磁盘文件的压缩。根据目前的技术水平，无损压缩算法一般可以把
数据压缩技术 一、课程标准中的相关内容 1．认识多媒体技术对人类生活、社会发展的影响 2．初步了解多媒体信息采集、加工原理 3．掌握应用多媒体技术促进交流并解决实际问题的思想与方法 二、教学目标 1．知识与技能 ①理解压缩的含义 ②理解实现数据压缩的条件 ③分别了解无损压缩和有损压缩 ④了解无损压缩的简单原理 ⑤初步掌握二叉树编码 2．过程与方法 ①通过阅读、观察、探索等方式理解数据压缩技术 ②设计一系列渐进式问题引导学生自主探究。 3．情感态度与价值观 ①理解和领悟交流的乐趣 ②培养分析能力和信息归纳能力 ③加深对本学科的技术分支认识 三、学生分析 本课的教学对象是高中一年级的学生。学生通过在初中阶段的系统学习，已经地掌握了一定信息处理能力，如文本处理，图像处理，压缩处理等，但大部分学生对此多局限于操作层面，与原理上的理解认知并不同步。特别是对于技术层面较高的知识，学生之间的差异就更大了。本课时对操作和理解原理能力同步性要求较高，为了让学生能够顺利的完成任务，获得成就感，任务的设计必须有一定的层次关系，且有充足的学习资源配套使用。 四、教材分析
本内容选自选修2《多媒体技术应用》第3.2.6节《数据压缩技术》（P46）。高中阶段的课程，尤其是选修模块，较初中阶段更强调理论与实践的结合——已不是单纯的熟练操作，还应从原理上去把握技术的实质，这也体现了课标中“原理性”的要求。 对于数据压缩技术，其实很多学生使用计算机的时候都在不知不觉中享受着它带来的便利，只是他们对此并没有足够的认识而已。课本对数据压缩技术的介绍概括性较强。如果仅仅照本宣科的话，学生的理解是有一定困难的，也容易让他们对原理性的知识产生抗拒感。经过对教材的多次梳理，我确定了教学的重点为数据压缩技术的概念、类型和实现条件；难点为二叉树编码的原理。 五、教学重点难点 1.教学重点： ①压缩的概念与实现条件 ②压缩的两种基本类型——无损压缩和有损压缩 2.教学难点： ①理解压缩实现的原理 ②初步掌握二叉树编码 六、教学策略 新课程标准中特别强调从问题解决出发，让学生亲历处理信息、开展交流、相互合作的过程。特别强调结合学生的生活和学习实际设计问题，让学生在活动过程中掌握应用信息技术解决问题的思想和方法，同时鼓励学生将所学的信息技术积极应用到生产、生活乃至技术革新等实践活动中。本节主要采用“问题解决”的教学模式。“问题解决”教学模式是指依据教学内容和要求，由教师创设问题情境，以问题的发现、探究和解决来激发学生求知欲和主体意识，培养学生的实践和创新能力的一种教学模式。其中，教师创设问题情境是教学设计的中心环节，即围绕某一“问题”进行渐进式的、全方位的设问。流程如下图所示
第四章多媒体数据压缩编码技术 考核目的： 考核学生对多媒体数据压缩编码的基本原理和算法、数据压缩编码的分类和方法、多媒体数据压缩编码的国际标准等内容的理解和掌握。 考核的知识点： 什么是多媒体数据压缩、为什么信息能被压缩、常用的压缩编码和算法（统计编码、预测编码、变换编码）、多媒体数据压缩编码的国际标准JPEG、MPEG-1等内容。 考核要求： 掌握：数据压缩编码的方法、常用的压缩编码和算法、JPEG的原理和实现技术。 理解：量化的原理和量化器的设计、MPEG-1的原理和实现技术。 了解：其它的国际标准等。 4.1 多媒体数据压缩编码的重要性和分类 一．多媒体数据压缩编码的重要性 多媒体信息传送面临的最大难题是海量数据存储与传送电视信号数字化后的数据量问题，数据压缩是解决问题的重要途径。 二．多媒体数据压缩的可能性 1.空间冗余 2.时间冗余 3.信息熵冗余 ●信息量：指从N个相等的可能事件中选出一个事件所需要的信息度量和含量。 ●信息熵：指一团数据所带的信息量，平均信息量就是信息熵（entropy）。 4.结构冗余 图象有非常强的纹理结构。 5.知识冗余 图像的理解与某些基础知识有关。 6.视觉冗余 视觉冗余是非均匀、非线性的。 三．多媒体数据压缩方法的分类
1．按压缩方法分: (1). 有失真压缩 (2). 无失真压缩 2．编码算法原理分: （1）预测编码：PCM、DPCM、ADPCM等 （2）变换编码：傅里叶（DFT）、离散余弦（DCT）、离散正弦（DST）等 （3）统计编码：哈夫曼、算术等 （4）静图像编码：方块、逐渐浮现等 (5) 电视编码：幀内预测、幀间编码等 (6) 其他编码：矢量量化、子带编码等 4.2量化 一．量化原理 量化处理是使数据比特率下降的一个强有力的措施。 数据压缩编码中的量化处理，不是指A/D变换后的量化，而是指以PCM码作为输入，经正交变换、差分、或预测处理后，熵编码之前，对正交变换系数、差值或预测误差的量化处理。 量化输入值的动态范围很大，需要以多的比特数表示一个数值，量化输出只能取有限个整数，称作量化级，希望量化后的数值用较少的比特数便可表示。每个量化输入被强行归一到与其接近的某个输出，即量化到某个级。 量化处理总是把一批输入，量化到一个输出级上，所以量化处理是一个多对一的处理过程，是个不可逆过程，量化处理中有信息丢失，或者说，会引起量化误差（量化噪声）。 二．标量量化器的设计 1．量化器的设计要求 ●给定量化分层级数，满足量化误差最小。 ●限定量化误差，确定分层级数，满足以尽量小的平均比特数，表示量化输出。 三．量化方法： ●标量量化： 对于PCM数据，一个数一个数地进行量化叫标量量化。 分为：均匀量化、非均匀量化和自适应量化。 四．矢量量化
数据压缩技术技术发展的现状及趋势 摘要：由于数字化的多媒体信息尤其是数字视频、音频信号的数据量特别庞大，如果不对其进行有效的压缩就难以得到实际的应用。因此，数据压缩技术已成为当今数字通信、广播、存储和多媒体娱乐中的一项关键的共性技术。 关键字：数据压缩现状趋势 Abstract: As digital multimedia information, especially digital video, audio signals particularly large amount of data, if not its effective compression can hardly be practical application. Therefore, the data compression technology has become the digital communication, broadcasting, storage, and multimedia entertainment in a key common technologies. Keywords: data compression Status Trend 一．数据压缩的概念及现状 数据压缩，通俗地说，就是用最少的数码来表示信号，其作用是：能较快地传输各种信号。 对于数据压缩技术而言，最基本的要求就是要尽量降低数字化的在码事，同时仍保持一定的信号质量。不难想象，数据压缩的方法应该是很多的，但本质上不外乎上述完全可逆的冗余度压缩和实际上不可逆的嫡压缩两类。冗余度压缩常用于磁盘文件、数据通信和气象卫星云图等不允许在压缩过程中有丝毫损失的场合中，但它的压缩比通常只有几倍，远远不能满足数字视听应用的要求。在实际的数字视听设备中，差不多都采用压缩比更高但实际有损的媳压缩技术。 数据压缩主要分为2种： 1.数据中间常存在一些多余成分，既冗余度。如在一份计算机文件中，某些符号会重复出现、某些符号比其他符号出现得更频繁、某些字符总是在各数据块中可预见的位置上出现等，这些冗余部分便可在数据编码中除去或减少。冗余度压缩是一个可逆过程，因此叫做无失真压缩。 2.数据中间尤其是相邻的数据之间，常存在着相关性。如图片中常常有色彩均匀的背影，电视信号的相邻两帧之间可能只有少量的变化影物是不同的，声音信号有时具有一定的规律性和周期性等等。因此，有可能利用某些变换来尽可能地去掉这些相关性。但这种变换有时
第2讲多媒体数据的压缩与编码 一级学科课程基础课 主讲：于俊清 2 内容提要 ?压缩的必要性和可能性?压缩与编码的分类?PCM 与预测编码?无损压缩编码?变换编码 ?JPEG ?MPEG 3§2. 1 压缩的必要性和可能性 ?从目前计算机的软硬件和通信网络的发展水平及发展趋势来看，可以断言： ?在将来很长的一段时期内，数字化的媒体信息数据以压缩形式存储和传播仍将是唯一的选择 4 压缩的必要性 ?信息时代的重要特征是信息的数字化，数字化带来了“信息爆炸” ?数字音频和视频信号的数据量之大是非常惊人?举例说明 5 举例一：音频 ?双通道立体声数字音乐光盘（CD-DA ），采样频率为44.1kHz ，采样精度16位/样本?1秒钟的数据量 ?44.1*103*16*2/8=0.176MB/S=1378.1kbps ?一个650MB 的CD-ROM ，可存61.55分钟，约1小时的音乐 ?MP3压缩后，压缩比约为15:1 ?1秒钟的数据量为96kbps ?声音质量接近于数字音乐光盘 6 举例二：标清电视 ?标准清晰度SDTV 格式，PAL 制式，每帧数据量？ ?720*576*3=1.19MB ?每秒数据量（比特率） ? 1.19*25=29.75MB/S ?一片650M 的CD-ROM 可存帧数 ?650/5.93=546帧/片 ?一片CD-ROM 节目时间 ?650/29.75)=21.84秒/片
7 举例三：高清电视 ?全高清电视图像HDTV 格式，PAL 制式，每帧数据量？ ?1920*1080*3=5.93MB ?每秒数据量（比特率） ? 5.93*25=148.3MB/S ?一片650M 的CD-ROM 可存帧数 ?650/5.93=109.6帧/片 ?一片CD-ROM 节目时间 ?650/148.3)=4.38秒/片 8 举例四：超高清电视（4K ） ?超高清电视图像UltraHDTV 格式，PAL 制式，每帧数据量？ ?3840*2160*3=23.73MB(高清视频的4倍) ?每秒数据量（比特率） ?23.73*25=593.26MB/S ?一片650M 的CD-ROM 可存帧数 ?650/23.73=27.39帧/片 ?一片CD-ROM 节目时间 ?650/593.26)=1.1秒/片 9 举例五：卫星 ?一个陆地卫星（LandSat-3）的例子 ?水平、垂直分辨率分别为2340和3240，四波段、采样精度7位） ?一幅图像的数据量 ?2340*3240*7*4=212Mbit ?按每天30幅计 ?每天数据量为212*30=6.36Gbit ?每年的数据量高达2300Gbit 10 数据压缩的可能性 ?人们研究发现，多媒体数据中存在着大量的冗余 ?通过去除冗余数据可以使原始数据极大地减少，从而解决多媒体数据量巨大的问题 ?数据压缩就是研究如何利用数据的冗余性来减少数据量的方法 ?数据压缩研究的起点 ?研究数据的冗余性 11 （1）空间冗余 ?静态图像存在的最主要的一种数据冗余?同一景物表面上各采样点的颜色之间往往存在着空间连贯性 ?通过改变物体表面像素颜色的存储方式来利用空间连贯性，达到减少数据量的目的
多媒体数据压缩编码技术 多媒体数据压缩编码技术 1. 多媒体数据压缩的可行性 (1)多媒体视频信号存在空间冗余和时间冗余。 (2)人眼对图像的细节分辨率、运动分辨率和对比度分辨率的感觉都存在着一定的界限。 ２. 多媒体数据压缩方法 (1) 熵编码详细内容 熵编码在解压缩过程中重新构造出与原始数据完全一致的数据，因此是一种无损压缩方法。它把已压缩的数据流看做是简单的数字序列，而忽略该数据的语义，因此熵编码适用于不考虑其自身具体特点的媒体。 (2) 源编码详细内容 源编码用于把原始数据中的相关数据与不相关数据分开的场合。该方法要考虑原始数据的语义，通过消除不相关数据以达到对初始数据流的压缩。源编码常常是有损方法，其原始数据流与已编码的数据流相似但不相同。 (3) 混合编码详细内容 混合编码是熵编码和源编码技术的组合，通常是几种不同的熵编码和源编码技术组织在一起构成一种新的混合编码
方法。 3.多媒体数据国际标准 (1) H.261 详细内容 由CCITT （国标电报电话咨询委员会）通过的用于音视频服务的视频编码解码器，主要适用于视频电话和视频电视会议。它使用一帧中的有损压缩和用于帧间压缩的无损编码两种类型的压缩，并在此基础上使编码器采用带有运动估计的DCT （离散余弦变换）和DPCM 的混合方式。 2) JPEG 详细内容 JPEG （Joint Photographic Experts Group ）联合图像专家组，是一种基于DCT （离散余弦变换）的静止图像压缩和解压缩算法，它由ISO （国际标准化组织）和CCITT （国标电报电话咨询委员会）共同制定，并在1992 年后被广泛采纳后成为国际标准。用于连续色调、多级灰度、彩色/ 单色静态图像压缩 (3) 混合编码详细内容 MPEG 是Moving Pictures Experts Group （动态图像专家组）的英文所写，实际上是指一组由ITU 和ISO 制定发布的视频、音频数据的压缩标准。包括MPEG 视频、MPEG 音频和MPEG 系统（视音频同步）三个部分。MPEG 压缩标准是针对运动图像而设计的，基本方法是：在单位时间
数据压缩技术发展的现状及趋势 计科普08 万永振2008441075 摘要：数据压缩技术能够有效减少数据的大小，能够更快的传输数据。由于数字化的多媒体信息尤其是数字视频、音频信号的数据量特别庞大，如果不对其进行有效压缩就难以得到实际的应用。因此，数据压缩技术已成为当今数字通信、广播、存储和多媒体娱乐中的一项关键的共性技术。 Abstract: Data compression techniques can reduce the size of data that can transfer data faster. As the digital multimedia information, especially digital video, audio signals particularly large amount of data, if not its effective compression can hardly be practical application. Therefore, the data compression technology has become the digital communication, broadcasting, storage, and multimedia entertainment in a key common technologies. 1数据压缩的定义 其作用是：能较快地传输各种信号，如传真、Modem通信等；在现有的通信干线并行开通更多的多媒体业务，如各种增值业务；紧缩数据存储容量，如 CD－ROM、VCD 和DVD等；降低发信机功率，这对于多媒体移动通信系统尤为重要。 由此看来，通信时间、传输带宽、存储空间甚至发射能量，都可能成为数据压缩的对象。 2数字压缩技术的发展现状 在各种数据类型中，最难实现的是数字机频的实时压缩，因为视频信号尤其是HDTV信号所占据的带宽甚宽，实时压缩需要很高的处理速度。现在，视频解码以及音频的编码、解码多依赖于专用芯片或数字信号处理器（DSP）未完成，并已有许多厂商推出了音视合一的单片MPEG－1、MPEG－2解码器。我国在发展数据压缩技术过程中，则充分利用了软件人才优势。 在软件实现方面，由于PC主机的处理能力正在飞速提高，直接利用主CPU编程实现各种视听压缩和解码算法对于桌面系统及家用多媒体将越来越有吸引力。 1996年上半年，Intel向全球软件界发布了它的微处理器媒体扩展（MMX）技术。这种技术主要是在Pentium或Pentium Pro芯片中增加了8个64位寄存器和57条功能强大的新指令，以提高多媒体和通信应用程序中某些计算密集的循环速度。MMX采
第5章多媒体信息处理技术 通过本章学习，了解多媒体信息处理技术的基本问题，包括多媒体数据的分类、多媒体信息的计算机表示、多媒体数据压缩和编码技术、音频卡和视频卡的应用。重点掌握多媒体信息处理技术的基本概念，学会音频卡和视频卡的安装与使用，了解多媒体技术中数据的压缩与编码方法。 5．1 多媒体数据的分类 媒体是承载信息的载体，是信息的表示形式。信息媒体元素是指多媒体应用中可以显示给用户的媒体组成元素，目前主要包括文本、图形、图像、声音、动画和视频等媒体。 一、多媒体数据的特点 多媒体数据具有数据量巨大、数据类型多、数据类型间差别大、数据输入和输出复杂等特点。多媒体数据类型多，包括图形、图像、声音、文本和动画等多种形式，即使同属于图像一类，也还有黑白、彩色、高分辨率和低分辨率之分，由于不同类型的媒体内容和格式不同，其存储容量、信息组织方法等方面都有很大的差异。 二、多媒体数据的分类 1．文字 在计算机中，文字是人与计算机之间信息交换的主要媒体。文字用二进制编码表示，也就是使用不同的二进制编码来代表不同的文字。 文本是各种文字的集合，是人和计算机交互作用的主要形式。 文本数据可以在文本编辑软件里制作，如Word编写的文本文件大都可以直接应用到多媒体应用系统中。但多媒体文本大多直接在制作图形的软件或多媒体编辑软件时一起制作。 2．音频 音频泛指声音，除语音、音乐外，还包括各种音响效果。将音频信号集成到多媒体中，可提供其他任何媒体不能取代的效果，从而烘托气氛、增加活力。 3．图形、图像 凡是能被人类视觉系统所感知的信息形式或人们心目中的有形想象都称为图像。 图形文件基本上可以分为两大类：位图和向量图。 位图图像是一种最基本的形式。位图是在空间和亮度上已经离散化的图像，可以把一幅位图图像看成一个矩阵，矩阵中的任一元素对应于图像的一个点，而相应的值对应于该点的灰度等级。 图形是指从点、线、面到三维空间的黑白或彩色几何图形，也称向量图。图形是一种抽象化的图像，是对图像依据某个标准进行分析而产生的结果。 向量图形文件则用向量代表图中的文件，以直线为例，在向量图中，有一数据说明该元件为直线，另外有些数据注明该直线的起始坐标及其方向、长度或终止坐标，图形文件保存的不是像素点的值，而是一组描述点、线、面等几何图形的大小、形状、位置、维数等其他属性的指令集合，通过读取指令可以将其转换为屏幕上显示的图像。由于大多数情况下不需要对图形上的每一个点进行量化保存，所以，图形文件比图像文件数据量小很多。图形与图像是两个不同的概念。 4．动画 图像或图形都是静止的。由于人眼的视觉暂留作用，在亮度信号消失后亮度感觉仍可保持1／20s～1／10s。利用人眼视觉惰性，在时间轴上，每隔一段时间在屏幕上展现一幅有上下关联的图像、图形，就形成了动态图像。任何动态图像都是由多幅连续的图像序列构成的，序列中的每幅图像称为一帧，如果每一帧图像是由人工或计算机生成的图形时，称为动画；若每帧图像为计算机产生的具有真实感的图像时，称为三维真实感动画；当图像是实时获取
数据压缩技术技术发展的现状及趋势 班级：计科普08-2 学号：2008441093 姓名：邓明悦 摘要：在现今的电子信息技术领域，正发生着一场有长远影响的数字化革命。由于数字化的多媒体信息尤其是数字视频、音频信号的数据量特别庞大，如果不对其进行有效的压缩就难以得到实际的应用。因此，数据压缩技术已成为当今数字通信、广播、存储和多媒体娱乐中的一项关键的共性技术。对于数据压缩技术而言，最基本的要求就是要尽量降低数字化的在码事，同时仍保持一定的信号质量。不难想象，数据压缩的方法应该是很多的，但本质上不外乎上述完全可逆的冗余度压缩和实际上不可逆的嫡压缩两类。冗余度压缩常用于磁盘文件、数据通信和气象卫星云图等不允许在压缩过程中有丝毫损失的场合中，但它的压缩比通常只有几倍，远远不能满足数字视听应用的要求。在实际的数字视听设备中，差不多都采用压缩比更高但实际有损的嫡压缩技术。只要作为最终用户的人觉察不出或能够容忍这些失真，就允许对数字音像信号进一步压缩以换取更高的编码效率。摘压缩主要有特征抽取和量化两种方法，指纹的模式识别是前者的典型例子，后者则是一种更通用的摘压缩技术。 关键字：数据压缩冗余度失真编码效率 Abstract: In today's electronic and information technology, is undergoing a long-term impact of the digital revolution. As the digital multimedia information, especially digital video, audio signals particularly large amount of data, if not its effective compression can hardly be practical application. Therefore, the data compression technology has become the digital communication, broadcasting, storage, and multimedia entertainment in a key common technologies. For data compression technology, the basic requirement is to minimize the number of things in the code, while still maintaining a certain degree of signal quality. Not difficult to imagine, the data compression should be many, but essentially nothing more than the fully reversible compression and redundancy is actually two types of irreversible entropy compression. Redundancy compression commonly used in disk files, such as data communications and meteorological satellite cloud in the compression process does not allow the slightest loss of occasions, but its compression ratio is usually only a few times, can not meet the requirements of digital audio-visual applications. In practice, the number of audio-visual equipment, almost all use a higher compression ratio but the actual lossy compression technique entropy. As long as people perceive as the end user or can not tolerate these distortions, it allows further compression of digital audio and video signals in exchange for higher coding efficiency. Abstract compression are two methods of feature extraction and quantification, the fingerprint pattern recognition is a typical example of the former, the latter is a more general summary of compression technology.