多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)

多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)第1頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼的主要性和分類

多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼的重要性多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼的可能性多媒體數(shù)據(jù)壓縮方法和分類第2頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼的重要性多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼的重要性其實(shí)就是他的必然性，因?yàn)槎嗝襟w數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)量是前所未有的巨大的，特別是在網(wǎng)絡(luò)多媒體時(shí)代，進(jìn)行網(wǎng)上傳輸時(shí)，數(shù)據(jù)量在未壓縮時(shí)是難以估量的，無法解決的一個(gè)棘手的瓶頸問題，單純靠擴(kuò)大存儲(chǔ)器容量和擴(kuò)大帶寬是無法解決的，因此需要采用壓縮編碼的方法來解決這一問題。第3頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼的可能性多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼是可能的，這一點(diǎn)在前面幾個(gè)章節(jié)中有所論述，在這里讓我們總結(jié)一下：1。存在空間冗余2。存在時(shí)間冗余3。存在結(jié)構(gòu)冗余4。存在知識(shí)冗余5。存在視覺冗余6。存在圖像區(qū)域的相同性冗余7。存在紋理的統(tǒng)計(jì)冗余第4頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月存在空間冗余動(dòng)態(tài)圖像由多幀靜態(tài)圖像組成，而靜態(tài)圖像存在大量的空間冗余。一幅圖像記錄了畫面上可見的對(duì)象的形狀和顏色，其中大量的是色彩信息，同一物體表面的色彩往往是存在著空間連貫性的，但圖像采樣量化沒有利用物體表面顏色變化的空間連貫性，這正式我們可以利用并減少數(shù)據(jù)冗余的地方。色彩均勻的顏色表面的各個(gè)點(diǎn)的亮度、色差、飽和度等數(shù)據(jù)具有相同的數(shù)值，這些數(shù)據(jù)就是冗余數(shù)據(jù)。第5頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月存在時(shí)間冗余

時(shí)間冗余指的是動(dòng)態(tài)圖像每秒25幀（PAL制式）、30幀（NTSC制式）或計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的每秒24幀畫面的各幀畫面之間，要記錄的圖像信息很多，如800*640的分辨率，每幀圖像要記錄512000個(gè)點(diǎn)的信息，但實(shí)際情況是在這512000個(gè)點(diǎn)中真正發(fā)生信息變化的點(diǎn)有時(shí)可能只有10%左右，那樣也就意味著有90%的時(shí)間冗余信息。我們做一個(gè)優(yōu)化動(dòng)畫的實(shí)例，來說明時(shí)間冗余的確切存在，和優(yōu)化后大量冗余信息去除后存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的壓縮。第6頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月存在結(jié)構(gòu)冗余

結(jié)構(gòu)冗余指那些有規(guī)律的紋理分布情況，記錄了分布和最小模塊，就可以產(chǎn)生整個(gè)圖像。例如：構(gòu)成規(guī)律：19*19平鋪結(jié)構(gòu)元素第7頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月存在知識(shí)冗余有些圖像中包含著固有的知識(shí)，那么根據(jù)這些知識(shí)可以比較容易的利用建立的基本模型，安排固有的位置，從而生成圖像。模型編碼利用的就是多媒體數(shù)據(jù)的這一特點(diǎn)。例如：一張人臉的圖像，他是包含固有結(jié)構(gòu)的，五官的相對(duì)位置關(guān)系是固定的，這是規(guī)律性的知識(shí)。利用這些知識(shí)可以建造一個(gè)特征圖像庫，然后利用庫中的元素和知識(shí)建立圖像。（人臉拼圖系統(tǒng)）第8頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月存在視覺冗余

視覺冗余，其實(shí)是利用了人的視覺的生理特征，即對(duì)圖像場的敏感性是非均勻的和非線性的，根據(jù)這些特性可以降低某些人的視覺系統(tǒng)不敏感的部分，以便于降低數(shù)據(jù)率，而不損失圖像的質(zhì)量或少損失圖像的質(zhì)量。亮度信號(hào)的敏感度遠(yuǎn)大于色差信號(hào)的敏感度人對(duì)不同亮度的敏感程度不同人對(duì)邊緣區(qū)域和非邊緣區(qū)域的敏感程度不同人在生理上是將視網(wǎng)膜上的圖像分頻率通道處理的第9頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月存在圖像區(qū)域的相同性冗余

它指圖像中的兩個(gè)或多個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)的所有像素值相同或相近，產(chǎn)生的圖像區(qū)域的相同性冗余，在與其相同或相近的區(qū)域記錄信息時(shí)就不需要記錄全部信息，而只需要記錄哪些點(diǎn)相同，以及有差異的地方就可以了。存在紋理的統(tǒng)計(jì)冗余有些紋理不嚴(yán)格的服從一些規(guī)律，不是明顯的結(jié)構(gòu)冗余，但從統(tǒng)計(jì)意義上講符合某些規(guī)律，利用這些性質(zhì)特點(diǎn)我們也能降低它的數(shù)據(jù)率，從而達(dá)到壓縮數(shù)據(jù)的目的。隨著對(duì)人的視覺系統(tǒng)和圖像模型的研究的深入，會(huì)發(fā)現(xiàn)更多冗余性，使得圖像進(jìn)一步被壓縮成為可能，從而提高多媒體壓縮技術(shù)。第10頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月多媒體數(shù)據(jù)壓縮方法和分類

多媒體數(shù)據(jù)壓縮方法根據(jù)分類原則的不同可以產(chǎn)生不同的分類結(jié)果，常見的分類方法如下：1根據(jù)壓縮時(shí)質(zhì)量是否有所損失，分為有損壓縮和無損壓縮2根據(jù)壓縮的方法或者說根據(jù)壓縮的作用域是在空間還是在頻率，可分為空間壓縮和變換壓縮，以及兩者都用的混合壓縮。3根據(jù)是否采用自適應(yīng)性的編碼，可以分為自適應(yīng)編碼和非自適應(yīng)編碼。第11頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月常用的多媒體數(shù)據(jù)壓縮算法分類

從大類分可劃分成PCM、預(yù)測(cè)編碼、變換編碼、統(tǒng)計(jì)編碼（熵編碼）、靜態(tài)圖像編碼、電視編碼和其他編碼。，細(xì)致的分類如圖所示：第12頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月1。PCM脈沖編碼

在介紹音頻編碼時(shí)其實(shí)我們已經(jīng)接觸過PCM脈沖編碼了，它是一種由連續(xù)模擬信號(hào)直接進(jìn)行數(shù)字采樣量化得到的二進(jìn)制脈沖編碼，是壓縮編碼的輸入源和解碼的最終產(chǎn)品，是A/D轉(zhuǎn)換器的結(jié)果，也是D/A轉(zhuǎn)換器的輸入。第13頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月2。預(yù)測(cè)編碼

所謂預(yù)測(cè)編碼，指編碼器改變了本該直接量化并傳送的真實(shí)值，而傳送的是一個(gè)差值，這個(gè)差值是真實(shí)值與預(yù)測(cè)值之間的差，特別是對(duì)于真實(shí)值數(shù)值很大或很小，又相對(duì)集中在某一個(gè)值附近的情況，采用預(yù)測(cè)編碼會(huì)取得很好的效果。第14頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月*預(yù)測(cè)編碼用例

比如55896、65322、71099、70001、……、58767，90023、87762等一些50000以上，100000以內(nèi)的數(shù)，應(yīng)該算是很大的數(shù)了，之所以說它大，你可以看出，如果要PCM編碼進(jìn)行量化的話，216是65536（2字節(jié)編碼），數(shù)值不夠，224是16777216，因此必須用（3字節(jié)編碼），但可以看出是很浪費(fèi)的。如果用預(yù)測(cè)編碼的方法，選定50000為預(yù)測(cè)值，那么最大的差值也不過50000<65536，用2字節(jié)編碼就足夠了。第15頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月3。變換編碼變換編碼是利用圖像內(nèi)部像素值之間的相關(guān)性，來進(jìn)行變換的一種壓縮方法，常用的變換編碼方法有：KLT（卡-洛變換）、DCT（離散余弦變換）、DFT（離散傅立葉變換）和WHT（沃-哈變換），其中在理論上消除相關(guān)性最好的是KLT，但它的計(jì)算過于復(fù)雜，目前人們常用的是能進(jìn)行快速計(jì)算的效果可和KLT相比美的DCT變換。第16頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月4。統(tǒng)計(jì)編碼（熵編碼）統(tǒng)計(jì)編碼，又名熵編碼，它是一種需要用到統(tǒng)計(jì)概率的編碼，它的原理很簡單，用較少的位數(shù)表示出現(xiàn)概率高的，用較多的位數(shù)表示出現(xiàn)概率少的信息。其中常見的是Huffman編碼和算術(shù)編碼。當(dāng)然還有費(fèi)諾編碼、香農(nóng)編碼、游程長度編碼和LZW編碼。第17頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月5。靜態(tài)圖像編碼靜態(tài)圖像壓縮編碼是由聯(lián)合圖像專家小組推出的一個(gè)國際化的編碼標(biāo)準(zhǔn)，它提供了對(duì)連續(xù)色調(diào)、多級(jí)灰度的靜態(tài)圖像進(jìn)行數(shù)字化的壓縮編碼方法，適用于靜態(tài)圖像編碼，同時(shí)也適用于動(dòng)態(tài)圖像各幀內(nèi)部圖像的壓縮。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)就是我們常說的JPEG壓縮標(biāo)準(zhǔn)。第18頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月量化的基本原理和量化器的設(shè)計(jì)

首先我們要明確什么是量化？通常的量化指的是從模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的變化，是由模擬量經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換得到PCM編碼的過程，但這里的量化不是A/D轉(zhuǎn)換后的簡單量化，而是特指數(shù)據(jù)壓縮編碼中的深度量化，此處的處理主要目的是降低數(shù)據(jù)的比特率，它是以PCM碼作為輸入，進(jìn)行正交變換、差分、預(yù)處理后，在熵編碼前，對(duì)正交變化的系數(shù)、差分的差值或預(yù)測(cè)的誤差進(jìn)行的量化處理。第19頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月

1.量化的基本原理

量化輸入的值動(dòng)態(tài)范圍很大，也就是說它們分布的很分散或說情況很復(fù)雜，需要很多比特?cái)?shù)來表示一個(gè)數(shù)值，而量化是取有限個(gè)整數(shù)，來表示這些值，當(dāng)然這中間存在著“強(qiáng)行”歸類的情況，也正式通過這種強(qiáng)行將輸入值歸入各個(gè)“量化級(jí)”的過程減少了所需的比特?cái)?shù)，但同時(shí)引入了量化噪聲，即量化誤差。因此量化的過程是一個(gè)多對(duì)一的過程，是很多個(gè)輸入值對(duì)應(yīng)少數(shù)個(gè)量化級(jí)的過程，其中必然會(huì)帶來失真的一個(gè)過程。第20頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.量化器的設(shè)計(jì)

量化器設(shè)計(jì)的要求

通常量化器需要滿足以下兩個(gè)條件：

給定量化分層級(jí)數(shù)，滿足量化誤差最小

限定量化誤差，確定分層級(jí)數(shù)，滿足用盡量小的平均比特?cái)?shù)，表示量化輸出。

分層級(jí)數(shù)多，量化的誤差自然就小，但表示的比特?cái)?shù)就會(huì)大；但如果要降低比特?cái)?shù)，自然需要減少分層級(jí)數(shù)，但誤差會(huì)增大。因此好的量化器應(yīng)該是照顧到這兩者的一個(gè)能夠接受的折中方案。但不論采用什么量化方法，都會(huì)有信息丟失，這是一個(gè)不可逆的過程。第21頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月量化方法和量化特性量化方法分為標(biāo)量量化和矢量量化兩種，而標(biāo)量量化又可分為均勻量化、非均勻量化和自適應(yīng)量化。所謂均勻量化是將需要量化的范圍均勻的分為若干個(gè)（量化級(jí)）區(qū)域（量化箱），取每個(gè)量化箱中點(diǎn)的值作為量化輸出的值。非均勻量化自然是按照事件發(fā)生的概率，在大概率的地方量化箱的寬度窄，量化時(shí)的值區(qū)分度更理想，更逼近真實(shí)值，在小概率處，量化箱的寬度就大，在整體上更精確的實(shí)現(xiàn)量化。第22頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月矢量量化概念

矢量量化和標(biāo)量量化不同，是近年來應(yīng)用在圖像、語音信號(hào)編碼上的新技術(shù)。它和標(biāo)量量化不同，標(biāo)量量化是將PCM編碼數(shù)據(jù)一個(gè)個(gè)的進(jìn)行量化，而矢量量化是將所有的需要進(jìn)行量化的PCM編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行分組，每組形成一個(gè)有K個(gè)元素的K維矢量，以K維矢量為基本單位，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行量化。需要注意的是矢量量化一般是有失真的編碼方法，但它是一個(gè)比標(biāo)量量化更高效的、更方便的量化方法。第23頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月矢量量化原理

矢量量化原理圖第24頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月矢量量化原理

矢量量化原理圖圖像m個(gè)方塊，每塊K個(gè)像素，形成K維矢量(M*K)。每個(gè)方塊內(nèi)部，是K（n*n）維矢量。進(jìn)行編碼傳遞時(shí)，不是傳遞的所有編碼數(shù)據(jù)，而是利用一個(gè)包含N個(gè)K維矢量的矢量空間（矢量集合）——編碼本C={Yi}，傳遞數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成傳遞在編碼本C中的下標(biāo)i。在接收和解碼的一端，同樣有一個(gè)編碼本C，在接到下標(biāo)i后，就可以從碼本中查到對(duì)應(yīng)的信息。傳送的是下標(biāo)，如果有N個(gè)K維矢量，那么下標(biāo)i最大就是N，所以傳送下標(biāo)所需要的比特?cái)?shù)logN。矢量量化的關(guān)鍵就是良好的碼本！2第25頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月統(tǒng)計(jì)編碼的理論基礎(chǔ)

——信息量和信息熵?cái)?shù)據(jù)壓縮理論的基礎(chǔ)是信息論，根據(jù)信息論的理論數(shù)據(jù)壓縮的極限是“信息熵”。如果想不丟失信息量即要保存信息熵，這種編碼也叫熵編碼。熵編碼是無失真的數(shù)據(jù)壓縮，用這種編碼在解碼后可不失真的恢復(fù)原信息。因此在統(tǒng)計(jì)編碼中首先要介紹兩個(gè)概念：信息量和信息熵。第26頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月信息量和信息熵所謂信息量，簡單的說就是指從N個(gè)數(shù)中，確認(rèn)一個(gè)數(shù)x，所要提出的問題的個(gè)數(shù)就是log2N。（舉例從64個(gè)數(shù)值中確定一個(gè)數(shù)所需要提的問題的個(gè)數(shù)就是log264=6個(gè)在信息論中信息量的單位是bits，那么舉例從64個(gè)數(shù)值中確定一個(gè)數(shù)所需要信息量就是log264=

6bits

）第27頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月信息量和信息熵從N個(gè)數(shù)中選定一個(gè)數(shù)x的概率是P（x），如果所有概率是相等的即P（x1）=P（x2）=……=P（xN）=1/N，所以信息量I（x）=log2N=—log2（1/N）=—log2P（x）推廣到每個(gè)xi，I（xi）=—log2P（xi）

I=1，2，3…n。第28頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月信息量和信息熵信息熵是指信息源X發(fā)出的信息（i=1，2，…n），共有n個(gè)隨機(jī)事件，對(duì)應(yīng)的概率P（xi），求出的信息統(tǒng)計(jì)平均值（在概率論中叫做數(shù)學(xué)期望），在信息論中叫做信息熵（信源熵），它的含義就是信息源X發(fā)出的任意一個(gè)隨機(jī)變量的平均信息量。

H（X）=E{I（xi）}=∑I=1->n

P(xi)·I(xi)=—∑I=1->n

P(xi)·log2P(xi)第29頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月信息量和信息熵我們知道等概率事件的信息熵最大，如果n=N，P（xi）i=1->n=1/N，自然H（X）有：H（X）=E{I（xi）}=∑I=1->n

P(xi)·I(xi)=—∑I=1->n

P(xi)·log2P(xi)=—∑I=1->n

（1/N）·log2(1/N)=—log2(1/N)=log2

（N）

H（X）≤log2

（N）第30頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月信息量和信息熵我們知道，一個(gè)信息的出現(xiàn)的概率越大，它發(fā)生時(shí)提供的信息量也越小，也就越?jīng)]有價(jià)值。如果一個(gè)事件一定出現(xiàn)，也就是說P（x）=1，那么這條信息就沒有一點(diǎn)價(jià)值。信息熵最小，而它又一定大于0，因此信息熵最小就是：0，即總有H（X）≥0第31頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月信息量和信息熵

總結(jié)：

0≤

H（X）≤log2

（N）如果描述信息的是編碼，那么平均編碼長度（N）和信息熵H（X）有以下關(guān)系：（N）﹥﹥H（X），有冗余，非最佳編碼（N）﹤H（X），不可能（N）≈H（X）&（N）〉H（X）最佳編碼第32頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月信息量和信息熵

總結(jié)：

0≤

H（X）≤log2

（N）如果描述信息的是編碼，那么平均編碼長度（N）和信息熵H（X）有以下關(guān)系：（N）﹥﹥H（X），有冗余，非最佳編碼（N）﹤H（X），不可能（N）≈H（X）&（N）〉H（X）最佳編碼第33頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月常用的熵編碼

在信息論中有幾種典型的熵編碼方法：Shannon編碼法、Fano編碼法、Huffman編碼法等。在這里重點(diǎn)介紹Huffman編碼法和算術(shù)編碼法。第34頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月Huffman編碼法

Huffman編碼法是利用概率的一種編碼，它的原理講起來很簡單，就是給出現(xiàn)概率高的信息安排短編碼，給出現(xiàn)概率低的信息安排長編碼，從而降低整體編碼的長度。

編碼方法：將各個(gè)事件的按對(duì)應(yīng)的概率從高到底排序，并將低概率的兩個(gè)事件的概率相加，然后當(dāng)作一個(gè)“事件”的概率，替代那兩個(gè)事件參加排序和計(jì)算，直到最后剩兩個(gè)事件。然后逆向編碼，概率大的為0，概率小的為1。（舉例）輸入事件:X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7，相應(yīng)概率0.15、0.20、0.35、0.06、0.10、0.04、0.10。第35頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月Huffman編碼法實(shí)例輸入輸入概率12（排序）3（排序）X30.35→0.35→0.35→0.35→0.35→0.35X20.20→0.20→0.20→0.20→0.200.25X10.15→0.15→0.15

0.20→0.200.20X50.10→0.10→0.100.15→0.250.20X70.10→0.10→0.20

0.10X40.06→0.10

X60.0400011011000110111101001111010011110111100001001111101111110第36頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月Huffman編碼法實(shí)例(排序)4(排序)5(排序)0.35→0.350.40

→0.400.600.25→0.250.35

→0.600.400.20→0.40

0.250.20

逆向編碼，逐步尾部加位，概率小的為1，概率大的為0。0110100010001101101100第37頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月算術(shù)編碼

算術(shù)編碼是一種比Huffman編碼復(fù)雜的多的編碼，首先它不需要傳送Huffman編碼表，而且還有自適應(yīng)優(yōu)點(diǎn)。在算術(shù)編碼初始化時(shí)，首先需要確定兩個(gè)參數(shù)對(duì)應(yīng)的概率Pe和Qe。一般Pe代表大概率（MPS，以0對(duì)應(yīng)），Qe代表小概率（LPS，以1對(duì)應(yīng)）。第38頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月算術(shù)編碼原理（一）

算術(shù)編碼的第一步，根據(jù)小概率Qe和大概率Pe=1-Qe的值，因?yàn)楦怕适切∮?的，因此可以利用Qe將[0，1）的半閉區(qū)間分割成兩部分：

0

1QePe第39頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月算術(shù)編碼的原理

算術(shù)編碼的產(chǎn)生是一個(gè)串行輸入，串行輸出，依次編碼的過程。第一個(gè)輸入碼來臨時(shí)，將[0，1）半開區(qū)間，用小概率Qe劃分，如果輸入的值是0，取定前面小概率區(qū)間[0，Qe）取代[0，1），如果是輸入值是1，取定后面大概率區(qū)間[Qe，1）取代[0，1），如果第二個(gè)輸入碼來臨，將在[0，Qe）或[Qe，1）區(qū)間進(jìn)行判別，自然產(chǎn)生四種情況，即[0，QeQe）、[QeQe，Qe）、[Qe，Qe+Qe*Pe）和[Qe+Qe*Pe，1），依次輸入，依次分割……

*分割點(diǎn)到小區(qū)間起點(diǎn)的距離=區(qū)間長度*小概率第40頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月算術(shù)編碼的原理輸出原則：起點(diǎn)用二進(jìn)制小數(shù)表示，落入該區(qū)間的輸出以區(qū)間兩端二進(jìn)制小數(shù)中位數(shù)最?。ǘ蹋┑谋硎綳，以小數(shù)后面的二進(jìn)制數(shù)碼序列作為輸出編碼。

同時(shí)需要考慮短碼不能是長碼的前綴。區(qū)間起點(diǎn)<X<區(qū)間終點(diǎn)

X的碼最短第41頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月算術(shù)編碼的實(shí)現(xiàn)

使用寄存器A，C存放數(shù)據(jù)，其中C中存放區(qū)間的起點(diǎn)，A中存放區(qū)間的長度，初始化時(shí)C=0，A=1。當(dāng)輸入碼流入時(shí)修正A，C值。輸入值為0，即小概率符號(hào)（LPS）來臨：

C=C，A=A*Qe

輸入值為1，即小概率符號(hào)（MPS）來臨：

C=C+A*Qe，A=A*Pe=A*（1-Qe）

第42頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月算術(shù)編碼的解碼

解碼是編碼的逆過程，是將編碼作為輸入碼，利用解碼電路得到原始的信息的過程。算術(shù)編碼的解碼其實(shí)是判斷點(diǎn)在區(qū)間的位置，或說是看點(diǎn)是落入了小概率區(qū)間還是大概率區(qū)間，如果是前者，需要對(duì)應(yīng)的輸出0，如果是后者需要對(duì)應(yīng)的輸出1。具體算法寄存器C’和A，其中C’是數(shù)據(jù)點(diǎn)，A是區(qū)間長度。

如果C’落入0~Qe·A區(qū)間，輸出0，同時(shí)C’=C’，A=Q·A；如果C’落入Qe·A~A區(qū)間，輸出1，同時(shí)C’=C’-Qe·A，A=A·（1-Qe·A）

第43頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月預(yù)測(cè)編碼

預(yù)測(cè)編碼是統(tǒng)計(jì)冗余數(shù)據(jù)理論的三個(gè)重要分支之一，是一個(gè)專門壓縮冗余數(shù)據(jù)的。它主要是減少了時(shí)間和空間上的相關(guān)性，因此對(duì)時(shí)間序列數(shù)據(jù)有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值。原則上預(yù)測(cè)編碼是根據(jù)以往的樣本值對(duì)新樣本值進(jìn)行預(yù)測(cè)然后將樣本的實(shí)際值與預(yù)測(cè)值相減得到一個(gè)誤差值，然后對(duì)這個(gè)值進(jìn)行編碼。但事實(shí)上，如果能精確的用一個(gè)數(shù)學(xué)模型完全描述數(shù)據(jù)源，也就不存在要傳輸?shù)男畔⒘耍岳碚撋峡尚械念A(yù)測(cè)編碼，在實(shí)際上并非直接可行的。在實(shí)際中是采用前一個(gè)輸出，經(jīng)過處理作為預(yù)測(cè)值來使用的，它的原理有些象電子中的反饋電路。第44頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月幀間編碼技術(shù)

對(duì)于運(yùn)動(dòng)圖象幀間編碼是利用運(yùn)動(dòng)圖象的各幀之間的時(shí)間相關(guān)性，進(jìn)一步消除冗余數(shù)據(jù)，提高壓縮比。

1。條件補(bǔ)充法所謂條件補(bǔ)充法，是設(shè)定亮度變化值大于某個(gè)閾值做為傳送該點(diǎn)新的信息的條件，如果變化沒有超出設(shè)定的閾值，則不傳送該點(diǎn)信息，用上一幀該點(diǎn)的信息來代替。這樣的話其實(shí)對(duì)于連續(xù)緊密的兩個(gè)沒有那么多信息要傳送，可以大大降低需要傳送的數(shù)據(jù)。在條件補(bǔ)充法中還常常引入內(nèi)插法，采用條件第45頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月幀間編碼技術(shù)次取樣。在時(shí)間軸采用次取樣，對(duì)與沒有取樣的當(dāng)前幀的點(diǎn)，用前幀該點(diǎn)的四個(gè)臨點(diǎn)的平均值作為預(yù)測(cè)值。

2。運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償法

在近年來，特別是在MPEG中，運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)是主要技術(shù)之一。對(duì)于畫面較小的可以電話和視頻會(huì)議，由于圖象的運(yùn)動(dòng)部分只占其中的很少一部分，所以引入了運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)，對(duì)圖象中運(yùn)動(dòng)的部分的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)位移分量X，Y進(jìn)行計(jì)算后，再進(jìn)行幀間預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)的效果會(huì)大大提高。也就是說它是跟蹤畫面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的情況對(duì)其加以補(bǔ)償之后再幀間預(yù)測(cè)的。第46頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月變換編碼變化編碼，顧名思義就是在編碼的過程中要用到各種數(shù)學(xué)變換。在變換編碼的過程中,首先將空域圖象信號(hào)映射到另一個(gè)正交矢量空間即變換域,產(chǎn)生一批變換系數(shù)，然后對(duì)這些系數(shù)進(jìn)行編碼。對(duì)于一幅圖象一般是切割成若干個(gè)區(qū)域，然后進(jìn)行正交變換，由變換器輸出變換系數(shù)，然后濾波、量化、編碼后輸出。在接收端首先解碼、然后逆變換、還原數(shù)據(jù)，在拼合恢復(fù)圖象。常見的正交變換包括：傅立葉變換、沃而什變換、離散余弦變換等。最佳正交變換:K-L變換；余弦變換是傅立葉變換的一種，在傅立葉展開時(shí)可以控制展開為只包含余弦的情況，然后再離散化，得出的余弦變換被稱為離散余弦變換。第47頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼的國際標(biāo)準(zhǔn)多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼的國際標(biāo)準(zhǔn)由國際標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)ISO\國際電子學(xué)委員會(huì)IEC\國際電信協(xié)會(huì)等組織制定。在20世紀(jì)的90年代制定了與視頻圖象相關(guān)的壓縮編碼的國際標(biāo)準(zhǔn)：

JPEGH.261MPEG第48頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月靜態(tài)圖象壓縮編碼國際標(biāo)準(zhǔn)JPEG聯(lián)合圖象專家小組JPEG開發(fā)并制定了靜態(tài)圖象壓縮編碼的國際標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)定了連續(xù)色調(diào)、多級(jí)灰度、靜止圖象的數(shù)字圖象壓縮方法。是國際上彩色、灰度、靜止圖象的第一個(gè)國際標(biāo)準(zhǔn)。是一個(gè)適用范圍廣泛的通用標(biāo)準(zhǔn)，不僅適用于靜止的