《多媒体技术》学习笔记五
主 题：《多媒体技术》学习笔记内 容：
《多媒体技术》学习笔记五
——多媒体数据压缩技术
一、数据压缩基本原理
数据压缩的目的是在传送和处理信息时尽量减少数据量， 数据压缩的对象是数据
而不是信息。
多媒体技术面临的最大难题是海量数据问题不进行数据压缩，将限制多媒体技术的
发展。
1、多媒体信息的数据量
文本：设屏幕显示分辨率为1024×768，字符为16×16 点阵，每个字符用4 个
字节表示， 则显示一屏字符所需要的存储空间为：
(1024/16)×(768/16)×4B = 12288B(约12KB)
图像：假定图像显示在1024×768 分辨率的屏幕上，则满屏幕像点所占用的空
间为：
1024×768×log2256 = 768KB
音频：假定模拟声音频率22050Hz，其数字采样频率44100Hz，采样精度为16bit，
双声道立体声模式，则1min 所需数据量为：
44100Hz×2B×2×60s = 10MB/min
2、数据压缩的条件
数据冗余度（包括重复数据、可忽略数据）
人类不敏感因素（包括颜色、声音 、亮度等）
3、数据冗余
冗余基本概念：
冗余 —— 信息所具有的各种性质中多余的无用空间
冗余度 —— 多余的无用空间的程度
信息量与冗余的关系：
I = D－du 其中I 为信息量；D 为数据量；du 为冗余量，包含D 中
冗余分类：
空间冗余——规则物体的物理相关性
时间冗余——视频与动画画面间的相关性
统计冗余——具有空间冗余和时间冗余
结构冗余——规则纹理、相互重叠的结构表面
信息熵冗余—编码冗余，数据与携带的信息
视觉冗余——视觉、听觉敏感度和非线性感觉
知识冗余——凭借经验识别
其他冗余——上述7 种以外的冗余
二、数据压缩算法
数据压缩算法分为：无损压缩编码（压缩数据还原后， 与原始数据一致，无损失），
如霍夫曼编码、行程编码、算术编码等；有损压缩编码（压缩后再还原的数据有损失），
如预测编码、变换编码、统计编码、行程编码、算数编码、LZW 编码等。
三、静态图像JPEG 压缩编码技术
多媒体技术—学习笔记五
1、JPEG 标准
该标准为“多灰度静止图像的数字压缩编码标准”。
1991 年，联合专家组提出了ISO CD 建议草案，后经过国际电子技术委员会ISO/IEC
的批准，正式成为第10918 号标准，并正式命名为“JPEG 高质量静止图像压缩编码标准”，
简称“JPEG 标准”。
2、JPEG 压缩算法
适用于连续色调、多级灰度、彩色或黑白图像的数据压缩。无损压缩比大约为4：1；
有损压缩比在10：1~100：1 之间。
JPEG 压缩算法的特点：
⑴ 对图像帧内编码，每帧色调连续，随机存取
⑵ 在宽范围内调节图像的压缩比和保真度，解码器可参数化
⑶ 对图像进行压缩时，可随意选择压缩比值
⑷ 对硬件要求不高，一般CPU 运算速度即可
⑸ 可运行DCT 顺序模式、DCT 递增模式、无失真编码模式和分层编码模式。
四、动态图像MPEG 压缩编码技术
1、基本原理
动态图像压缩主要解决的问题：
⑴ 正确区分静止图像和动态图像。
⑵ 提取动态图像中的活动成分。
⑶ 进行帧之间的预测，提供压缩的依据。
帧的预测编码：
⑴ 条件像素补充法——比较两帧对应位置的像素亮度，若亮度差超过预先规定的阀
值，则认为两个像素有变化，传送像素。若亮度差未超过阀值，不处理。
⑵ 运动补偿法——跟踪画面上的活动元素，并进行向量计算，加以补偿，然后再利
用帧间预测进行压缩。适用于活动元素少的可视电话和电视会议。
图像的分类，MPEG 标准把图像分成以下三类：
⑴ 帧内图像（Intra pictures）——又称“I 图像”，JPEG 标准按照静止图像的模式进
行压缩处理。 主要利用静止图像自身的相关性进行编码， 实现数据压缩的目的。帧内
图像的压缩比属于中度压缩， 典型的压缩像素编码为2bit。
⑵ 预测图像（Predicted pictures）——又称“P 图像”，通过对最近的前一帧I 图像或
者P 图像进行预测的“前向预测” 过程，把前面图像作为预测下一帧图像的参照物，使
图像编码的数据量减少。预测图像有较高的压缩比，但会增加失真。
⑶ 双向图像（Bidirestional pictures）——又称“B 图像”，可使用前一帧图像和后一
帧图像作参照物，进行双向预测。双向预测可以采用四种编码技术，即帧内图像编码、
前向预测编码、后向预测编码、双向预测编码。
2、MPEG 技术标准
MPEG-Ⅰ标准，诞生于1991 年，主要特点：
◆ 以1.5Mb/s 的速率传输压缩视频信号。
◆ 以单通道64kb/s、128kb/s 和192kb/s 的传输速率传输音频信号。
◆ 可在352×240 画面分辨率上显示活动图像。
◆ 分三个组成部分：视频、音频和系统。
◆ 对于帧内图像，采用多种编码进行压缩。
◆ 帧间压缩采用运动补偿预测、内插编码。
MPEG-Ⅱ标准，主要特点
◆ 压缩信号带宽，即信号传输速率为4~15Mb/s
◆ 适用于高质量电视信号的传送与播放
多媒体技术—学习笔记五
◆ 解码器同时支持MPEG-Ⅰ和MPEG-Ⅱ标准
◆ 视频信号的传输速率为30 帧/s，音频信号的质量达到CD 级。
◆ 最高压缩比为200：1。
◆ MPEG-Ⅱ用于DVD 视频信号的压缩，DVD 音频信号的压缩随制式的不同而不同。
注：有关本章更详细和需要重点掌握的内容请参见课件和教材。
页:
[1]