第二章多媒體數(shù)據(jù)壓縮基礎(chǔ)

第二章多媒體數(shù)據(jù)壓縮基礎(chǔ)第一頁，共二十九頁，2022年，8月28日2.1圖像數(shù)據(jù)壓縮基礎(chǔ)

必要性：多媒體數(shù)據(jù)量非常龐大，存儲、傳輸困難。第二頁，共二十九頁，2022年，8月28日2.1.1彩色空間及其變換

一RGB顏色模式

二CMYK顏色模式

三HSB顏色模式

四YUV顏色模式第三頁，共二十九頁，2022年，8月28日YUV顏色模式

YUV顏色模式是電視系統(tǒng)中常用的顏色模式，該模式由一個亮度信號Y和兩個色差信號U、V組成

彩色全電視信號經(jīng)色度通道取出色度信號，通過梳狀濾波器分離成互為正交的兩個已調(diào)色差信號分量（U、V），再在相應(yīng)的解調(diào)器中分別進(jìn)行同步解調(diào)，從而得到色差信號B-Y和R-Y，又通過基色矩陣電路變換為RGB三基色信號。第四頁，共二十九頁，2022年，8月28日RGB模式轉(zhuǎn)換為YUV模式=Y=0.299R+0.587G+0.114B

U=-0.147R-0.289G+0.436B

R=G=B=255第五頁，共二十九頁，2022年，8月28日優(yōu)點：

1YUV是相互獨立的，可分別編碼

2

可利用人眼的視覺特性降低數(shù)字彩色圖像的存儲容量第六頁，共二十九頁，2022年，8月28日例：RGB888921600

表示相鄰的4個像素所需字節(jié)數(shù)

RGB：（4）個R（4）個G）4個B

共（12）字節(jié)

YUV：（4）個Y（1）個U（1）個V

共（6）字節(jié)

與YUV顏色模式類似的一種稱為YCrCb顏色模式，主要適用于計算機用的顯示器。第七頁，共二十九頁，2022年，8月28日2.1.2圖像數(shù)據(jù)壓縮的可能性

壓縮的前提：聲音、圖像數(shù)據(jù)存在大量冗余

壓縮的目的：消除冗余第八頁，共二十九頁，2022年，8月28日2.1.3冗余種類

一統(tǒng)計冗余：圖像數(shù)據(jù)存在大量的統(tǒng)計特征的重復(fù)。包括空間上的冗余和時間上的冗余

二信息熵冗余

信息熵定義為一組數(shù)據(jù)所表示的信息量

這種碼元編碼長度的不經(jīng)濟(jì)帶來的冗余稱為信息熵冗余

第九頁，共二十九頁，2022年，8月28日三結(jié)構(gòu)冗余

圖像大面積上存在著重復(fù)出現(xiàn)的相同或相近的紋理結(jié)構(gòu)，稱為結(jié)構(gòu)冗余第十頁，共二十九頁，2022年，8月28日四知識冗余

人對圖像的理解與圖像所表現(xiàn)內(nèi)容的基礎(chǔ)知識有相當(dāng)大的相關(guān)性，從中可以總結(jié)出某種規(guī)律性變化

第十一頁，共二十九頁，2022年，8月28日五視覺冗余

圖像數(shù)據(jù)中存在著大量人眼覺察不到的細(xì)節(jié)

第十二頁，共二十九頁，2022年，8月28日2.2圖像數(shù)據(jù)壓縮算法

數(shù)據(jù)編碼的前提：數(shù)字化

數(shù)據(jù)壓縮的目的：便于存儲和傳輸?shù)谑?，共二十九頁?022年，8月28日壓縮算法標(biāo)準(zhǔn)評價：

壓縮比指壓縮編碼后的數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)大小的比值

算法的復(fù)雜性和運算速度

失真度第十四頁，共二十九頁，2022年，8月28日要求：壓縮比要大。既壓縮前后所需的信息存儲量之比要大

實現(xiàn)壓縮的算法要簡單，壓縮/解壓縮速度要快，盡可能地做到適時壓縮/解壓縮

恢復(fù)效果要好，盡可能恢復(fù)原來的數(shù)據(jù)第十五頁，共二十九頁，2022年，8月28日編碼的分類：（按編碼前后數(shù)據(jù)是否一致分類）

1）無損編碼：解碼后的數(shù)據(jù)與編碼前的數(shù)據(jù)完全一致，沒有任何失真

2）有損編碼：解碼后的數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)有一定程度的失真

第十六頁，共二十九頁，2022年，8月28日3.2.1行程長度編碼（游程編碼）

編碼方法：將一系列重復(fù)值用一個單獨的值再加上一個計數(shù)值來取代

aaaabbccccccc4a2b7c

011011011011100011

此法對于長重復(fù)值串壓縮編碼很有效第十七頁，共二十九頁，2022年，8月28日例：有一線狀圖像，其灰度隨長度坐標(biāo)的關(guān)系如圖

011,011,011,011,101,101,101

100,011,011,101第十八頁，共二十九頁，2022年，8月28日2．2．2哈夫曼編碼

基本思路：出現(xiàn)頻率越高的值其對應(yīng)的編碼長度越短，反之出現(xiàn)頻率越低的值其對應(yīng)的編碼長度越長第十九頁，共二十九頁，2022年，8月28日編碼步驟

1統(tǒng)計信號源出現(xiàn)的概率

2將信號源符號按概率遞減順序排列

3把兩個最小的概率值加起來，作為一個新組合符號的概率

4重復(fù)步驟2、3，直到概率和達(dá)到1為止

5在每次合并信號源時，將合并的信號源分別標(biāo)記1和0

6尋找從每一信號源符號到概率為1的路徑，記錄下路徑上的1和0

7對每一符號寫出1和0序列

第二十頁，共二十九頁，2022年，8月28日第二十一頁，共二十九頁，2022年，8月28日2．2．3預(yù)測編碼

預(yù)測：用先前像素數(shù)據(jù)對當(dāng)前像素數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)計，將預(yù)測數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)的差值進(jìn)行熵編碼

差分編碼調(diào)制(DPCM)其基本原理是基于圖像中相連像素之間的相關(guān)性，每個像素可通過與之相關(guān)的幾個像素來作預(yù)測。第二十二頁，共二十九頁，2022年，8月28日第二十三頁，共二十九頁，2022年，8月28日例：假設(shè)輸入信號已經(jīng)量化差值不再進(jìn)行量化。系統(tǒng)輸入為（0，1，2，1，1，2，3，3，4，4…..）第二十四頁，共二十九頁，2022年，8月28日

x(n)0121123344…….x`(n)0012112334……d(n…第二十五頁，共二十九頁，2022年，8月28日

例對下列數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測編碼x(n)01122345443222x`(n)0

d(n)0

第二十六頁，共二十九頁，2022年，8月28日2．2．4變換編碼

變換編碼就是將時域信號變換到頻域信號上進(jìn)行處理的方法

第二十七頁，共二十九頁，2022年，8月28日2．2．5模型法編碼

模型法編碼是利用計算機