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第六章多媒体数据压缩编码技术学习内容一、多媒体数据压缩编码概述二、多媒体数据压缩编码基本原理三、常见的多媒体数据压缩编码方法学习目标1、了解多媒体数据压缩编码的必要性和可能性2、了解数据压缩技术的性能指标3、掌握数据压缩编码基本原理4、掌握常见的多媒体数据压缩编码方法：前缀编码、Shannon-Fano编码、Huffman编码等第一节多媒体数据压缩编码概述1、多媒体数据压缩的必要性2、多媒体数据压缩的可能性3、多媒体数据压缩的应用领域4、多媒体数据压缩编码方法的分类5、多媒体数据压缩编码方法的评价一、压缩编码的必要性一张B5纸300dpi，6.61MB/页98页/CD-ROM激光唱盘44.1kHz，16位，立体声1小时/CD-ROM数字音频磁带48kHz，16位，2小时/CD-ROM数字电视图像（NTSC）253KB/帧，7.603MB/秒1.42分钟/CD-ROM数字电视图像(PAL)1.24MB/帧，31.3MB/秒20.0秒钟/CD-ROM存储电话8000样本数/秒×12比特/样本=96kbps宽带语音16000样本数/秒×14比特/样本=224kbps宽带音频44100样本数/秒×2信道×16比特/样本=1.412Mbps图像512×512彩色图像×24比特/像素=6.3兆比特/图像视频640×480彩色图像×24比特/像素×30图像/秒=221Mbps高清晰度电视1280×720彩色图像×60比特/像素×24图像/秒=1.3Gbps传输一、压缩编码的必要性二、压缩编码的可能性1、人类不敏感因素：听觉：对某些频率的音频信号不敏感视觉：人眼存在所谓的“视觉掩盖效应”即人眼对亮度比较敏感，而对边缘的强烈变化并不敏感2、存在数据冗余数据冗余的基本概念冗余是指信息所具有的各种性质中多余的无用空间，其多余的程度叫做“冗余度”信息量、数据量和冗余量之间的关系式：I=D-duI代表信息量D表示数据量du是冗余量数据冗余的例子计算机中用2个字节表示一个汉字一秒：8KHz×8bit＝64kb/s，即360字节/分钟0.36KB/分180字/分钟，4kHz数字化(8khz、8位、单声道)前后一分：64kb/s×60s/min＝3840kb/min＝480KB/分播音员播音：数据冗余的种类空间冗余时间冗余结构冗余知识冗余视觉冗余信息熵冗余空间冗余规则物体的表面具有物理相关性，将其表面数字化后表现为数据冗余。时间冗余结构冗余在数字化图像中，具有规则纹理的表面、大面积相互重叠的相同图案，规则有序排列的图形等结构，都存在数据冗余，这种结构上的冗余叫做“结构冗余”。知识冗余人类一旦掌握了知识，凭借经验就可辨别事物，无须进行全面的比较和辨别。视觉冗余人类的视觉敏感度一般小于图像的表现力，图像的微小色彩变化、亮度层次的细腻变化以及轮廓的细微差别不易察觉，这就产生了视觉冗余。信息熵冗余信息熵，又称编码冗余，是指一组数据所携带的信息量，一般定义为：102logkiipEipE为信息熵k为数据类数或码元的个数Pi为发生概率编码时，为使单位数据量d等于E或接近E：d为单位数据量k为数据类数或码元的个数b(yi)为分配给码元类yi的比特数)(10ypikiibd信息熵冗余因此，单位数据量d的值必然大于信息熵E，产生信息熵冗余。理论状态下，b(yi)应设为：pyiib2log)(式中，pi是yi的发生概率、由于要预先估算出}...,{110pppk很困难．因此实际上一般取：)(...)()(110yyykbbb信息熵冗余三、数据压缩编码应用领域图像信号、视频信号和音频信号的压缩编码文件存储系统和分布式系统的数据压缩编码为数据安全保密而开发的数据压缩编码四、压缩编码方法分类多媒体数据压缩编码无失真编码有失真编码统计编码预测编码变换编码分析合成编码量化编码小波变换编码分行图像子带编码K-L变换DCT变换DPCM编码ADPCM编码行程编码LZW编码霍夫曼编码算术编码五、压缩编码方法的评价衡量一种数据压缩方法好坏有三个重要指标：压缩比要大实现压缩的算法要简单，压缩解压缩速度快，尽可能实时压缩解压恢复效果要好，尽可能恢复原始数据