第二章多媒体数据压缩基础

第二章多媒体数据压缩基础第一页，共二十九页，2022年，8月28日2.1图像数据压缩基础

必要性：多媒体数据量非常庞大，存储、传输困难。第二页，共二十九页，2022年，8月28日2.1.1彩色空间及其变换

一RGB颜色模式

二CMYK颜色模式

三HSB颜色模式

四YUV颜色模式第三页，共二十九页，2022年，8月28日YUV颜色模式

YUV颜色模式是电视系统中常用的颜色模式，该模式由一个亮度信号Y和两个色差信号U、V组成

彩色全电视信号经色度通道取出色度信号，通过梳状滤波器分离成互为正交的两个已调色差信号分量（U、V），再在相应的解调器中分别进行同步解调，从而得到色差信号B-Y和R-Y，又通过基色矩阵电路变换为RGB三基色信号。第四页，共二十九页，2022年，8月28日RGB模式转换为YUV模式=Y=0.299R+0.587G+0.114B

U=-0.147R-0.289G+0.436B

R=G=B=255第五页，共二十九页，2022年，8月28日优点：

1YUV是相互独立的，可分别编码

2

可利用人眼的视觉特性降低数字彩色图像的存储容量第六页，共二十九页，2022年，8月28日例：RGB888921600

表示相邻的4个像素所需字节数

RGB：（4）个R（4）个G）4个B

共（12）字节

YUV：（4）个Y（1）个U（1）个V

共（6）字节

与YUV颜色模式类似的一种称为YCrCb颜色模式，主要适用于计算机用的显示器。第七页，共二十九页，2022年，8月28日2.1.2图像数据压缩的可能性

压缩的前提：声音、图像数据存在大量冗余

压缩的目的：消除冗余第八页，共二十九页，2022年，8月28日2.1.3冗余种类

一统计冗余：图像数据存在大量的统计特征的重复。包括空间上的冗余和时间上的冗余

二信息熵冗余

信息熵定义为一组数据所表示的信息量

这种码元编码长度的不经济带来的冗余称为信息熵冗余

第九页，共二十九页，2022年，8月28日三结构冗余

图像大面积上存在着重复出现的相同或相近的纹理结构，称为结构冗余第十页，共二十九页，2022年，8月28日四知识冗余

人对图像的理解与图像所表现内容的基础知识有相当大的相关性，从中可以总结出某种规律性变化

第十一页，共二十九页，2022年，8月28日五视觉冗余

图像数据中存在着大量人眼觉察不到的细节

第十二页，共二十九页，2022年，8月28日2.2图像数据压缩算法

数据编码的前提：数字化

数据压缩的目的：便于存储和传输第十三页，共二十九页，2022年，8月28日压缩算法标准评价：

压缩比指压缩编码后的数据与原始数据大小的比值

算法的复杂性和运算速度

失真度第十四页，共二十九页，2022年，8月28日要求：压缩比要大。既压缩前后所需的信息存储量之比要大

实现压缩的算法要简单，压缩/解压缩速度要快，尽可能地做到适时压缩/解压缩

恢复效果要好，尽可能恢复原来的数据第十五页，共二十九页，2022年，8月28日编码的分类：（按编码前后数据是否一致分类）

1）无损编码：解码后的数据与编码前的数据完全一致，没有任何失真

2）有损编码：解码后的数据与原始数据有一定程度的失真

第十六页，共二十九页，2022年，8月28日3.2.1行程长度编码（游程编码）

编码方法：将一系列重复值用一个单独的值再加上一个计数值来取代

aaaabbccccccc4a2b7c

011011011011100011

此法对于长重复值串压缩编码很有效第十七页，共二十九页，2022年，8月28日例：有一线状图像，其灰度随长度坐标的关系如图

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

100,011,011,101第十八页，共二十九页，2022年，8月28日2．2．2哈夫曼编码

基本思路：出现频率越高的值其对应的编码长度越短，反之出现频率越低的值其对应的编码长度越长第十九页，共二十九页，2022年，8月28日编码步骤

1统计信号源出现的概率

2将信号源符号按概率递减顺序排列

3把两个最小的概率值加起来，作为一个新组合符号的概率

4重复步骤2、3，直到概率和达到1为止

5在每次合并信号源时，将合并的信号源分别标记1和0

6寻找从每一信号源符号到概率为1的路径，记录下路径上的1和0

7对每一符号写出1和0序列

第二十页，共二十九页，2022年，8月28日第二十一页，共二十九页，2022年，8月28日2．2．3预测编码

预测：用先前像素数据对当前像素数据进行预计，将预测数据与实际数据的差值进行熵编码

差分编码调制(DPCM)其基本原理是基于图像中相连像素之间的相关性，每个像素可通过与之相关的几个像素来作预测。第二十二页，共二十九页，2022年，8月28日第二十三页，共二十九页，2022年，8月28日例：假设输入信号已经量化差值不再进行量化。系统输入为（0，1，2，1，1，2，3，3，4，4…..）第二十四页，共二十九页，2022年，8月28日

x(n)0121123344…….x`(n)0012112334……d(n…第二十五页，共二十九页，2022年，8月28日

例对下列数据进行预测编码x(n)01122345443222x`(n)0

d(n)0

第二十六页，共二十九页，2022年，8月28日2．2．4变换编码

变换编码就是将时域信号变换到频域信号上进行处理的方法

第二十七页，共二十九页，2022年，8月28日2．2．5模型法编码

模型法编码是利用计算机