C05信息资源的技术手段2

5.2信息资源紧缩技术几个未经紧缩的数字化信息的例子：一页印在B5〔180mm×255mm〕纸上的文件，假设以中等分辨率〔300dpi〕的扫描仪进展采样，其数据量约为6.61MB/页。一片650M的CD-ROM，可存98页。双声道立体声激光唱盘〔CD-DA〕，采样频率为44.1kHz，采样精度16位/样本，其一秒钟时间内的采样位数为1.41Mb/s。一个650MB的CD-ROM可存约1小时的音乐。CCIR数字电视图像，PAL制，4:4:4采样，每帧数据量720×576×3=1.24MB，每秒数据量1.24×25=31.3MB/s。一片CD-ROM可存节目时间为650/31.3=20.9秒假设帧速率为25帧／秒，那么1s的数据量大约为25MB，一个640MB的光盘只能存放大约25s的动态图像一幅640×480分辨率的24位真彩色图像的数据量约为900KB；一个100MB的硬盘只能存储约100幅静止图像画面处理方法之一就是进展数据紧缩，紧缩后再进展存储和传输，到需求时再解压、复原。以目前常用的位图格式的图像存储方式为例，像素与像素之间无论是在行方向还是在列方向都具有很大的相关性，因此整体上数据的冗余度很大，在允许一定限制失真的前提下，可以对图像数据进展很大程度的紧缩媒体信息具有很大的紧缩潜力。多媒体声、文、图、视频等信源数据有极强的相关性，也就是说有大量的冗余信息。利用人的感知生理、心思规律，也可以对多媒体信息进展紧缩。根据媒体运用的类型，以一定的质量损失为容限进展紧缩。数据紧缩方法无损紧缩：利用数据的统计冗余进展紧缩，可完全恢复原始数据而不引入任何失真，但紧缩率遭到统计冗余度实际限制，普通为2：1到5：1。多媒体运用中经常运用的无损紧缩方法主要是基于统计的编码方案，如游程编码(runlength)、Huffman编码、算术编码和LZW编码等等。常用工具：WinRar、WinZip、ARC等数据紧缩方法有损紧缩：利用了人类视觉和听觉器官对图像或声音中的某些频率成分不敏感的特性，允许在紧缩过程中损失一定的信息；虽然不能完全恢复原始数据，但是所损失的部分对了解原始图像或声音的影响较小，却换来了大得多的紧缩比。有损紧缩广泛运用于语音、图像和视频数据的紧缩。常用的有损紧缩方法有：PCM(脉冲编码调制)、预测编码、变换编码(主要是离散余弦变换方法)、插值和外推法(空域亚采样、时域亚采样、自顺应)等等。常用工具：JPEG、MPEG等衡量一种数据紧缩技术的好坏有三个重要的目的紧缩比紧缩算法简单，速度快恢复效果要好多媒体数据根据紧缩算法进展分类的方法主要有：脉冲编码调制预测编码变换编码统计编码混合编码数据紧缩原理由于人的觉得的某些不敏感性，多媒体数据中还存在着从客观感受角度看去的大量冗余，即：在人眼允许的误差范围之内，紧缩前后的图像假设不做非常细致的对比是很难觉察出两者的差别的。原始的多媒体信源数据存在着客观上的大量冗余。信息实际以为：假设信源编码的熵大于信源的实践熵，该信源中一定存在冗余度。去掉冗余不会减少信息量，仍可原样恢复数据；但假设减少了熵，数据那么不能完全恢复。不过在允许的范围内损失一定的熵，数据依然可以近似恢复。统计编码：无失真编码。根据信息出现概率的分布特性进展的紧缩编码。数据紧缩原理预测编码：有失真编码。根据原始的离散信号之间存在关联性的特点，利用前面的一个或多个信号对下一个信号进展预测，然后对实践值和预测值的差进展编码。变换编码。有失真编码。对原始数据从初始空间或时间域进展数学变换，使得信号中最重要的部分在变换域中易于识别，并且集中出现，可以重点处置；相反使能量较少的部分较分散，可以进展粗处置。三个步骤：变换、变换域采样和量化。分析—合成编码。有失真编码。经过对原始数据的分析，将其分解成一系列更适宜表示的“基元〞或“参数〞，编码仅对这些根本单元或参数进展。而译码时那么借助于一定的规那么或模型，按照一定的算法将这些基元或参数再“综合〞成原数据的一个逼近。数据紧缩技术规范H.26X。由CCITT〔ConsultativeCommitteeofInternationalTelegraphandTelephone国际电报咨询委员会，从1993年3月1日起，改组为ITU〕制定的规范。包括H.261、H.263、H.264，简称为H.26X主要运用于实时视频通讯领域H.261：是ITU-T为在综合业务数字网〔ISDN〕上开展双向声像业务〔可视、视频会议〕而制定的，速率为64kb/s的整数倍。H.261只对CIF〔352×288〕和QCIF〔176×144〕两种图像格式进展处置。H.261是最早的运动图像紧缩规范。数据紧缩技术规范H.263：在H.261的根底上开展而来的加强版，它自创了MPEG-1的优点，支持PSTN，能在低带宽上传输高质量的视频流。H.264：由ISO/IEC〔IEC，国际电工委员会〕与ITU-T组成的结合视频组〔JointVideoTeam，JVT〕制定的新一代视频紧缩编码规范。在一样的重建图像质量下，H.264比H.263+和MPEG-4减小50%码率，对信道时延的顺应性较强，既可任务于低时延方式以满足实时业务，如会议电视等，又可任务于无时延限制的场所，如视频存储等；提高网络顺应性，加强对误码和丢包的处置，提高解码器的过失恢复才干。5.2.2静止图像的紧缩技术静态图像紧缩技术主要是对空间信息进展紧缩，目的是在满足一定图像质量的条件下，减少图像文件所占用的存储空间，从而减小存储容量和占用尽量小的网络带宽。JPEG图片JPEG规范：用于灰度或彩色图像的紧缩规范。适用于不太复杂或普通取自真实景象的图像紧缩。紧缩比率可达20：1或25：1。无损方式通常采用2：1紧缩JPEG2000：高紧缩率、无损紧缩、渐进传输、兴趣区域紧缩、颜色方式、图像处置简单。JPEG规范国际规范化组织(ISO)和国际电报咨询委员会(CCITT)结合成立的“结合图像专家组〞JPEG(JointPhotographcodingExpertsGroup)于1991年提出的“多灰度静止图像的数字紧缩编码〞(简称JPEG规范)。这是一个顺应于彩色和单色多灰度或延续颜色静止数字图像的紧缩规范，是最常用的图像文件格式，是一种有损紧缩，紧缩比很大。静态图像的数据紧缩JPEG-2000规范随着多媒体运用领域的快速增长，传统JPEG紧缩技术已无法满足人们对数字化多媒体图像资料的要求。针对这些问题，专家们开场了下一代JPEG2000规范的制定，最终规范于2000年12月出台。JPEG2000的特点:

高紧缩率有损/无损紧缩渐进传输感兴趣区域紧缩颜色方式图像处置简单静态图像的数据紧缩标准JPEGJPEG2000主要编码技术离散余弦变换（DCT）

知觉量化

Zigzag扫描

霍夫曼编码

算术编码离散小波变化（DWT）

EBCOT核心算法

ROI编码

空间可扩展编码

质量可扩展编码

面向对象编码

位图形状编码

容错编码、TCQ、零数扫描压缩比2～302～50算法效率30:1以上急剧下降100:1以上急剧衰减速率失真特性比JPEG提高30%应用场合Internet

数字照相

图像视频编辑Internet

数字照相

数字图书馆

电子商务

打印、扫描、传真、遥感JPEG与JPEG2000的性能比较5.2.3运动视频图像的紧缩技术视频：运动图像即静止图像的延续播放形状紧缩目的：尽能够保证视觉效果的前提下减少视频数据率。紧缩比：紧缩后的数据量与紧缩前的数据量之比。运动图像的数据紧缩方法有损和无损紧缩帧内和帧间紧缩对称和不对称紧缩 MPEG(运动图像专家组—MovingPicturesExpertsGroup)规范是一系列视频、音频、数据的紧缩规范。分成MPEG视频、MPEG音频和MPEG系统三大部分。MPEG算法除了对单幅图像进展编码外(帧内编码)，还利用图像序列的相关特性去除帧间图像冗余，大大提高了视频图像的紧缩比。 紧缩比可到达60-100倍左右，同时图像和音频的质量也非常高。

运动视频图像的数据紧缩最初MPEG专家组的任务工程是3个，即在1.5Mbps，l0Mbps，40Mbps传输速率下对图像编码，分别命名为MPEG-1，MPEG-2，MPEG-3。l992年，MPEG-2适用范围扩展到HDTV，能支持MPEG-3的一切功能，因此MFEG-3被取消。主要有：MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7、MPEG-21运动视频图像的数据紧缩MPEG-1规范MPEG-1即“用于数字存储媒体运动图像及其伴音速率为1.5Mbps的紧缩编码〞,于1992年正式出版。MPEG-1的义务主要是，将视频信号及其伴音以可接纳的重建质量紧缩到约1.5Mbps的码率，并复合成一个单一的MPEG位流，同时保证视频和音频的同步。MPEG-1是VCD视频的紧缩规范。MPEG-1视频紧缩编码后包括三种元素：I帧，P帧，B帧运动视频图像的数据紧缩MPEG-1规范分4个部分①MPEG系统：定义音频、视频及有关数据的同步；②MPEG视频：定义视频数据的编码和重建图像所需的解码过程，亮度信号分辨率为360×240，色度信号分辨率为180×120；③MPEG音频：定义音频数据的编码和解码；④一致性测试。运动视频图像的数据紧缩MPEG-2规范MPEG-2规范于1994年公布，包括系统部分、视频部分、音频部分及符合性测试部分。MPEG-2编码规范希望囊括数字电视、图象通讯各领域的编码规范，MPEG-2按紧缩比大小的不同分成五个档次(profile)，每一个档次又按图象明晰度的不同分成四种图象格式，或称为级别(level)。五个档次四种级别共有20种组合，但实践运用中有些组合不太能够出现，较常用的是11种组合。MPEG-2是DVD视频的紧缩规范。运动视频图像的数据紧缩MPEG-4规范MPEG-4规范于1998年公布，是为了播放流式媒体的高质量视频而专门设计的，它可利用很窄的带度，采用了全新的紧缩理念，经过帧重建技术，紧缩和传输数据，以求运用最少的数据获得最正确的图像质量，并将之作为网络上传送之用。MPEG-4可把DVD内MPEG-2的视频文件转换为体积更小的文件。还包含了以前MPEG紧缩规范所不具备的比特率的可伸缩性、动画精灵、交互性甚至版权维护等一些特殊功能。运动视频图像的数据紧缩MPEG-7规范MPEG-7是“多媒体内容描画接口〞,(MultimediaContentDescriptionInterface)。准确说来，MPEG-7并不是一种紧缩编码方法，继MPEG-4之后，要处理的矛盾就是对日渐庞大的图像、声音信息的管理和迅速搜索。MPEG7就是针对这个矛盾的处理方案。其目的就是产生一种描画多媒体信息的规范,并将该描画与所描画的内容相联络,以实现快速有效的检索。只需首先处理了多媒体信息的规范化描画后,才干更好地实现信息定位。该规范不包括对描画特征的自动提取。运动视频图像的数据紧缩MPEG-7规范可以独立于其他MPEG规范运用,MPEG-7的适用范围广泛,既可以运用于存储,也可以用于流式运用,它还可以在实时或非实时的环境下运用。MPEG－7的运用领域包括：

数字图书馆(如图像目录、音乐词典等)；

多媒体目录效力(如黄页)；广播媒体的选择(如无线电频道、TV频道等)；

多媒体编辑(如个人电子新闻效力,多媒体创作等)。

潜在的运用领域包括：教育、文娱、新闻、旅游、医疗、购物、地理信息系统等领域。运动视频图像的数据紧缩MPEG-21规范MPEG-21规范是多媒体框架和综合运用方面的框架。该规范努力于在大范围的网络上实现透明的传输和对多媒体资源的充分利用。其目的就是将各种规范集成起来以协调各种技术，管理多媒体商务。运动视频图像的数据紧缩RM/RMVB RM(RealMedia)是RealNetworks公司所制定的音频视频紧缩规范，是一种流媒体格式。用户可以运用RealPlayer或RealOnePlayer对符合RealMedia技术规范的网络音频/视频资源进展实况转播，并且RealMedia还可以根据不同的网络传输速率制定出不同的紧缩比率，从而实如今低速率的网络上进展影像数据实时传送和播放。这种格式的另一个特点是用户运用RealPlayer播放器可以在不下载音频/视频内容的条件下实如今线播放。运动视频图像的数据紧缩音频信号紧缩编码的主要根据是人耳的听觉特性，主要有两点：1.人的听觉系统中存在一个听觉阈值电平，低于这个电平的声音信号人耳听不到.2.人的听觉存在屏蔽效应。当几个强弱不同的声音同时存在时，强声使弱声难以听到，并且两者之间的关系与其相对频率的大小有关.声音编码算法就是经过这些特性来去掉更多的冗余数据，来到达紧缩数据的目的。音频数据的紧缩音频数据的紧缩声音信号的根本参数：频率：信号每秒钟变化的次数。次声、可听声和超声振幅：声波波形的最大位移。音频紧缩规范：质量的语音紧缩规范：300Hz~3.4KHz。当采样频率为8KHz，量化位数为8bit时所对应的速率为6kbit/s。调幅广播质量的音频紧缩规范：50Hz~7KHz。当运用16KHz的抽样频率和14bit的量化位数时，信号速率为224kbit/s。符合1988年ITU制定的G.722规范。高保真立体声音频紧缩规范：50Hz~20KHz。在44.1KHz抽样频率下用16bit量化，信号速率为每声道705kbit/s。目前比较成熟的规范为“MPEG音频〞。在多媒体中，音频有很多紧缩编码规范：1.MP3音频MP3的全名是MPEGAudioLayer-3，简单地说就是一种声音文件的紧缩格式。是目前最普及的音频紧缩格式，是典型的有损紧缩。MPEG-1音频紧缩规范里包括了三个运用高性能音频数据紧缩方法的感知编码方案，按照紧缩质量(每Bit的声音效果)和编码方案的复杂程度分别是Layer1、Layer2、Layer3。音频数据的紧缩MP3是利用MPEGAudioLayer3的技术，将音乐以1:10甚至1:12的紧缩率，紧缩成容量较小的文件，换句话说，可以在音质丧失很小的情况下把文件紧缩到更小的程度。而且还非常好的坚持了原来的音质。正是由于MP3体积小，音质高的特点使得MP3格式几乎成为网上音乐的代名词。每分钟音乐的MP3格式只需1MB左右大小，这样每首歌的大小只需3-4兆字节。运用MP3播放器对MP3文件进展实时的解紧缩(解码)，这样，高质量的MP3音乐就播放出来了。MP3音频2.MP3PROMP3PRO，它是ThomsonMultimedia多媒体公司推出的一个MP3格式的晋级版本，MP3PRO可以把声音文件紧缩到原有MP3格式的一半大小，但却可以坚持一样的音质。MP3Pro制式是利用低转送速率技术〔bitpersec〕，即平常一首MP3的频率大多是128kbit，而MP3Pro那么固定于80kbit，降低码率就可以降低文件大小,把每首MP3所占空间减低到原有的5至6成；但音质却丝毫无损。音频数据的紧缩3.OGGOgg是一种先进的有损的音频紧缩技术，正式称号是OggVorbis，是一种免费的开源音频格式。OGG编码格式远比90年代开发胜利的MP3先进，它可以在相对较低的数据速率下实现比MP3更好的音质。OggVorbis支持VBR〔可变比特率〕和ABR〔平均比特率〕两种编码方式，Ogg还具有比特率缩放功能，可以不用重新编码便可调理文件的比特率。音频数据的紧缩4.WMAWMA(WindowsMediaAudio)格式是来自于微软的分量级选手，后台强硬，音质要强于MP3格式，更远胜于RA格式，它是以减少数据流量但坚持音质的方法来到达比MP3紧缩率更高的目的，WMA的紧缩率普通都可以到达1：18左右.WMA的另一个优点是内容提供商可以经过DRM〔DigitalcentersManagement〕方案如WindowsMediacentersManager7参与防拷贝维护。WMA还支持音频流技术，适宜在网络上在线播放，更方便的是不用象MP3那样需求安装额外的播放器，而Windows操作系统和WindowsMediaPlayer的无缝捆绑让他只需安装了windows操作系统就可以直接播放WMA音乐，新版本的WindowsMediaPlayer7.0更是添加了直接把CD光盘转换为WMA声音格式的功能，在新出品的操作系统WindowsXP中，WMA是默许的编码格式.音频数据的紧缩5、MP4MP4并不是MPEG-4或者MPEG-1Layer4，它的出现是针对MP3的群众化、无版权的一种维护格式。MP4运用的是MPEG-2AAC技术也就是俗称的a2b或AAC。其中，MPEG-2是MPEG于1994年11月针对数码电视(数码影像)提出的。它的特点就是，音质更加完美而紧缩比更加大(1:15)。MPEG-2AAC(ISO/IEC18-7)在采样率为8～96KHz下提供了1～48个声道可选范围的高质量音频编码。AAC就是AdvancedAudioCoding(先进音频编码)的意思，适用于从比特率在8kbit/s单声道的音质到160kbit/s多声道的超高质量音频范围内的编码，并且允许对多媒体进展编码/解码。音频数据的紧缩6.WAVEWAV格式是微软公司开发的一种声音文件格式，也叫波形声音文件，是最早的数字音频格式，被Windows平台及其运用程序广泛支持。WAV格式支持许多紧缩算法，支持多种音频位数、采样频率和声道，采用44.1kHz的采样频率，16位量化位数，因此WAV的音质与CD相差无几，但WAV格式对存储空间需求太大不便于交流和传播音频数据的紧缩5.3信息资源存储技术信息资源存储是指将经过加工处置后的信息资源〔包括文件、图像、数据、报表和档案等〕，按照一定的规定记录在相应的信息载体上，并将这些载体按照一定特征和内容性质组织成系统化的检索体系。信息的存储是各种科学技术得以存在和开展的根底。信息必需经过载体的存储才干实现共享，得以传送。信息存储是传播过程的终端5.3信息资源存储技术信息存储技术的新要求数据已成为最珍贵的财富计算机运用方式发生变化数据量不断增长全天候效力已成为大势存储管理和维护自动化多平台的互操作性和数据共享5.3信息资源存储技术信息资源存储的意义有利于增大信息资源的拥有量有利于集中管理信息资源有利于开发高层次的信息资源有利于充分利用信息资源、提高管理任务效率信息资源存储的作用方便检索延伸寿命利于共享方便管理5.3信息资源存储技术5.3.1纸张存储技术5.3.2微缩存储技术微缩存储技术的主要优点：存储信息密度高；方法简单，本钱低；保管期长；微缩品忠实于原件，不易出错。微缩技术与计算机、通讯技术结合缺乏之处：必需借助微缩胶片阅读机或微缩阅读复印机才干阅读；微缩胶片的保管条件非常严厉。5.3.3声像存储技术5.3.4磁存储技术计算机的辅助存储器主要为磁外表存储器，主要有磁带和磁盘。磁带存储系统是一切存储媒体中单位存储信息本钱最低、容量最大、规范化程度最高的常用存储介质之一，并且它的互换性好、易于保管。磁盘又可进一步细分为硬磁盘〔硬盘〕和软磁盘〔软盘〕两种。5.3.5光存储设备光存储技术的产品化方式是由光盘驱动器和光盘片组成的光盘驱动系统。任务原理是改动一个存储单元的性质，使其性质的变化反映出被存储的数据，识别这种性质的变化，就可以读出存储数据。光盘系统有如下持点：与硬盘相比，具有可装配性，容量相当；驱动器和盘片都较廉价；读写速度慢。与磁带相比，具有容量大、随机存取性强的优点。激光头与介质无接触，不受环境影响而退磁，信息保管时间长。光盘存储器分类只读式光盘存储器CD-ROM一次写光盘存储器CD-R可擦写光盘存储器CD-RWDVD光盘库系统网络信息存储系统内嵌式存储系统把存储器内嵌于效力器中PC硬盘优点：简单易用缺陷：每个效力器只能包含有限数量的存储器件，而且存储容量和存取速度也遭到效力器性能的限制

网络信息存储系统直连式存储系统〔DAS〕

将外置存储设备经过衔接电缆，直接衔接到一台计算机上网络信息存储系统网络化存储〔FAS〕

网络信息存储系统网络化存储〔FAS〕

采用高速网络把存储设备衔接起来，经过系统软件进展存储资源合理的调度和分配，使系统的整体性能到达最优，以一个系统的协同任务来满足众多单个用户的需求的方案被提到存储领域良好的可扩展性数据共享更好的可管理性更高的系统性能即插即用更具开放性更高的智能性和并行性更多更新的功能，更低的本钱网络信息存储系统网络衔接存储〔NAS〕将集成的存储系统如磁盘阵列和磁带设备，直接经过LAN接口连入信息通讯网络的技术网络信息存储系统存储区域网络〔SAN〕以数据存储为中心，采用可伸缩的网络拓扑构造，经过具有高传输速率的光通道的直接衔接方式，提供SAN内部恣意节点之间的多路可选择的块级数据交换，并且将数据存储管理集中在相对独立的存储区域网内三种存储系统的比较网络存储技术的新开展DAFS技术基于InfiniBand的存储系统存储虚拟化存储网格技术网络信息资源保管的现状网络信息资源保管实例英特网档案馆〔〕网络信息资源保管实例中国web信息博物馆(infomall)网络信息资源保管实例中国web信息博物馆5.4信息资源共享技术5.4.1因特网1、网络构造任务站任务站LAN路由器路由器路由器路由器LAN任务站2、因特网的性能协议简约、速度快、尽能够地与底层详细传输系统的性能无关，对于传输中的过失，如丢包、包次序颠倒等，那么留给终端去处理。3、IP多播因特网的一个显著优点是它的多播功能4、支持实时业务的宽带技术ATM技术千兆位以太网宽带IP技术宽带用户接入技术5.4.2超文本与超媒体5.4.3流媒体技术在网络上传输音/