It计算机课件 第三章 多媒体的数据压缩

第三章多媒体的数据压缩

1

概述

多媒体涉及的信息包括：文字、音乐、电影、动

画、图形等等。这些信息经数字化处理后的数据量

me常大，那么如何在多媒体系统中有效地保存和传

送这些数据就成为多媒体计算机面临的最基本、也是

最大的一个难题。

数据压缩核心问题：利用最少时间和最小空间，

传输和保存多媒体数据。

2

什么是数据压缩

•数据压缩就是在一定的精度损失条件下，以最

少的数码表示信源所发出的信号

3

概述

为什么要压缩？

♦数字化声音

-普通话音：采样率8KHZ,精度8bit,每分钟产生3.84Mbit

-高保真声音：采样率44.1KHZ,精度16bit,每分钟产生42Mbit

♦数字化视频图像

-640X480X24bitX30帧每秒钟221Mbit

计算机系统中存贮、传送、处理均是以bit为单位，空

间和时间开销巨大，使得现有计算机上难于实现多媒

体处理，压缩数据是必要的。

4

数据压缩的必要性

多媒体

尊舞泼多媒体信源引起了“数据爆好数据

1

懿如果不进行数据压缩

以弱:

传输和存储都难以实用化。

5

1分钟数字音频信号需要的存储空间

数字音频带带宽取样率量化存储容

频格式(Hz)(KHz)(KHz)位数量(MB)

电话

200~34003.2880.48

会议电

视伴音50~7000716141.68

CD-DA

20~200002044.1165.292x2

DAT

20~200002048165.76x2

数字音

频广播20~200002048165.76x6

6

1分电中数字视频信号需要的存储空间

概述

压缩可能性

声音图像中大量的空白或相同无变化的数据，称为冗

余数据信息

声音图像数据中相邻的数据往往变化不大，称为有较

高的相关性

人们对音像媒体的理解往往利用其与目的有关的主要

特征，去除与目的无关的信息不影响视听效果

目的

在保持信息不变的情况下，减少总的bit量

9

概述

图像编解码过程

熔码他果第“闻泵

10101010110101000001001

00100010111110010101111

11111111000000000000001

00000111101010000000000

11111111110101011011011

OOODOi'iOOOOOOI101loooono

00100000101010000000000

10

3.1数据压缩的基本原理和方法

1、数据压缩技术的性能指标

(1)压缩比

(2)图像质量

(3)压缩解压速度

11

3.1数据压缩的基本原理和方法

(1)压缩比

设nl和n2分别代表用来表达相同信息的2个数据集合中

的信息载体单位的个数。

A压缩率(压缩比)：——描述压缩算法性能

CR=nl/n2

其中，nl是压缩前的数据量，n2是压缩后的数据量.

A相对数据冗余:

RD=1—1/CR

例：CR=20;RD=19/20

〃［相对于“2CRRD对应的情况

=n210第1种表达相对第2种表达不含冗余数据

n]»n2TooT1第1个数据集合含相当多的冗余数据

-0—>oo第2个数据集合包括比原始表达多得多的数据

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3.1数据压缩的基本原理和方法

(2)图像质量

图象保真度

信息保存型/信息损失型

描述解码图象相对于原始图象的偏离程度

对信息损失的测度

主观保真度准则

主观测量图象的质量，因人而异，应用不方便

客观保真度准则

用编码输入图与解码输出图的某个确定函数表示

损失的信息量，便于计算或测量13

3.1数据压缩的基本原理和方法

(2)图像质量

客观保真度准则

点误差

图误差

均方根误差

均方信噪比

14

3.1数据压缩的基本原理和方法

(2)图像质量

主观保真度准则

观察者对图象综合评价的平均

电视图象质量评价尺度

评分评价说明

1优秀图象质量非常好，如同人能想象出的最好质量。

2良好图象质量高，观看舒服，有干扰但不影响观看。

3可用图象质量可接受，有干扰但不太影响观看。

4刚可看图象质量差，干扰有些妨碍观看，观察者希望改进。

5差图象质量很差，妨碍观看的干扰始终存在，几乎无法观看。

6不能用图象质量极差，不能使用。

15

2、数据冗余的类型与压缩方法分类

数据冗余：数据中存在的与有用信息无关的数据。

(1)空间冗余

(2)时间冗余

(3)信息嫡冗余（编码冗余）

信息崎：一组数据所携带的信息量。

信息嫡冗余：数据编码的码元长度按概率对应的数据量大

于信息嫡。

(4)视觉冗余

(5)听觉冗余

其它冗余：

结构冗余：图像的结构一致性

知识冗余：图像的理解与某些知识有很大的

相关性。

16

].空间冗余

一幅图像表面上各采样点的颜色之间往往存在着

空间连贯性，基于离散像素采样来表示物体表面颜色的

像素存储方式可利用空间连贯性，达到减少数据量的目

的。

例如，在静态图像中有一块表面颜色均匀的区域，

在此区域中所有点的光强和色彩以及饱和度都是相同的,

因此数据有很大的空间冗余。

17

帧内压缩

SU-UOMm/Fm

electrosphere

©NAMCOITDAUCtIGHTSRESERVED

http://vAWk<nanco.oa|p/

图------Bitmap----颜色相同的块------帧内压缩

18

2.时间冗余

运动图像一般为位于一时间轴区间的一组连续画

面，其中的相邻帧往往包含相同的背景和移动物体，只

不过移动物体所在的空间位置略有不同，所以后一帧的

数据与前一帧的数据有许多共同的地方，这种共同性是

由于相邻帧记录了相邻时刻的同一场景画面，所以称为

时间冗余。

同理，语音数据中也存在着时间冗余。

19

3.视觉冗余

人类的视觉系统由于受生理特性的限制，对于图像

场的注意是非均匀的，人对细微的颜色差异感觉不明显。

例如，人类视觉的一般分辨能力为26灰度等级，而

一般的图像的量化采用的是28灰度等级，即存在视觉冗余。

人类的听觉对某些信号反映不太敏感，使得压缩后

再还原有允许范围的变化，人也感觉不出来。

21

4.信息嫡冗余

•信息量：指从N个相等的可能事件中选出一

逢1o个事件所需要的信息度量和含量o

If•信息嫡：指一团数据所带的信息量，平均

疆信息量就是彳言息嫡(entropy)o

II例如:如何从64个数中选出某一个数？

可先问“是否大于32?”消除半数的可能,这样只

要6次就可选出某数。这是因为每提问一次都会

得到1比特的信息量。

■因此，在64个数中选定某一数所需的信息量是

log264=6(bits)o

设从N个数中选任意一个数X的概率为P(x),

假定选定任意一个数的概率都相等，P(x)=1/N,

因此定义信息量：l(x尸logzN=-log2(1/N)=-

log2P(x)

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5,结构冗余

♦图象有非常强的纹理结构。

♦：♦如草席图结构上存在冗余。

6,知识冗余

□图赢调解与某些基础知识有关。

□例:人脸的图像有同样的结构：嘴的上方有

鼻子，鼻子上方有眼睛，鼻子在中线上……

口这类规律性的结构可由先验知识和背景知识

得到,我们称此类冗余为知识冗余。

23

2、数据冗余的类型与压缩方法分类

信息论简介

1、信息量

概率为尸(£)的随机事件E的信息量

/(E)=k)g^=-k)gP(E)

/(£)称为£的自信息(随概率增加而减少)

特例：尸(£)=1(即事件总发生)，那么/(£)=0

信息的单位：比特(log以2为底)

1个比特：即2个相等可能性的事件之一发生

24

一个消息的可能性越小，其信息越多；消息的可能性

越大，则信息越少。

在数学上，所传输的消息是其出现概率的单调下降函

数。

看息量是指从N个相等可能事件中选出一个事件所

需要的信息度量或含量，也就是在辨识N个事件中特定

的一个事件的过程中所需要提问“是或否”的最少次

数。

例如,如何从256个数中选定某一个数？

25

2、数据冗余的类型与压缩方法分类

［信息论简介

-

麴2、信息系统

蓦・副图像可方做•个具行随机离散输出的信源，这个信源

能从一个有限的符号集合中产生一个随机符号序列，这样

信源符号称为信

源符号。

26

2、数据冗余的类型与压缩方法分类

鬻信息论简介

3、平均信息

产生单个信源符号的自信息：/（%）=-logP（令）

产生左个信源符号，符号令平均来说将产生炉⑷）次

信源平均信息（嫡，不确定性）

"⑻=-ZP(%)bgP(%)

j=i

定义了观察到单个信源符号输出时所获得的平均信

息量，信源各符号的出现概率相等时，嫡最大。

27

数据压缩方法的分类：

按原始数据是否有损失：

(1)有失真编码(不可逆编码)

(2)无失真编码(可逆编码)

按编码原理分类：I

(1)预测编码

(2)变换编码

(3)统计编码

(4)分析一合成编码

(5)混合编码等

28

3、常用数据压缩方法的基本原理

1、统计编码：

根据信息出现概率的分布特性而进行的

压缩编码。

(1)行程编码

(2)LZW编码

(3)霍夫曼编码

(4)算术编码

29

3、常用数据压缩方法的基本原理

1、统计编码：

（1）、行程编码方法：

将图像灰度值f（X,y）,映射为整数对，用（A

,B）表示。A表示灰度值，B表示具有灰度值的连续

像素的点数。

88888888(8,8)；

88777777(8,2)、(7,6)；

77777777(7,8)；

66655555(6,3)、(5,5)；

55553333(5,4)、(3,4)；

33333333(3,8)；

33222222(3,2)、(2,6)；

5)、(0,3)

11111000(1,

30

♦例:假设有一幅灰度图像第n行的像素值如图所示。

♦用RLE编码方法得到的代码为：01810

00000000111888.............888111100000000

I----------1II--------------------IIII----------1

8个03个150个84个18个0

行程编码方法特点：

1、对传输差错敏感。

2、适用于二值图像（如传真图像）的编码。

31

3、常用数据压缩方法的基本原理

1、统计编码:

(2)、霍夫曼编码:

原理:在变字长编码中，对于出现概率大的信息符号编

以短字长的码，对于出现概率小的信息符号编以

长字长的码，如果码字长度严格按照符号概率大

小的相反顺序排列，则平均的码字长度一定小于

按任何其它字长顺序排列方式得到的码字长度。

32

3、常用数据压缩方法的基本原理

1、统计编码:

霍夫曼编码步骤

A、缩减信源符号数量

将信源符号按出现概率从大到小排列，然后结合

信源的消减步骤|

初始信源

3概率1234|

a20.40.40.40.4———0.6

%0.30.30.30.3—0.4

ai0.10.1I-0.2——^0.3

a40.10.10.1-

」

a30.06-T--—0.1

I%0.04」

33

3、常用数据压缩方法的基本原理

1、统计编码：

（3）、哈夫曼编码

哈夫曼编码步骤

B、对每个信源符号赋值

从（消减到）最小的信源开始，逐步回到初始信源

初始信源对消减信源的赋值

符号概率瞪1234

a20.410.410.410.41r0.60

“60.3000.3000.3000.300^0.41

0.10110.1011p0.2010一~~0.301——

0.101000.10100一一0.1011~~

0.0601010一一-0.10101一一

0.0401011一一

—

3、常用数据压缩方法的基本原理

1、统计编码:

（3）、哈夫曼编码

哈夫曼编码结果

平均长度

35

♦霍夫曼编码举例1

-现有一个由5个不同符号组成的30个符号的

字符串：

BABACACADADABBCBABEBEDDABEEEBB

-计算

(1)该字符串的霍夫曼码

(2)该字符串的燧

(3)该字符串的平均码长

(4)编码前后的压缩比

36

符号出现的概率

符号出现的次数log2QIpj分配的代码需要的位数

B101.5859*

A81.907*

C33.322

D42.9079

E52.585*

合计30

37

'蕤（1）计算该字符串的霍夫曼码

步骤①:按照符号出现概率大小的顺序对符号进行排序

步骤②:把概率最小的两个符号组成一个节点P1

步骤③:重复步骤②，得到节点P2,P3,P4,……，

PN,形成一棵树，其中的PN称为根节点

步骤④:从根节点PN开始到每个符号的树叶，从上到下

标上0（上枝）和1（下枝），至于哪个为1哪个为0则

无关紧要，但通常把概率大的标成1,概率小的

标成0

步骤⑤:从根节点PN开始顺着树枝到每个叶子分别写出

每个符号的代码

38

39

5个符号的代码

符号出现的次数10g2(l力/分配的代码需要的位数

B101.5851120

A81.9071016

C33.3220109

D42.90701112

E52.5850010

合计301.067

30个字符组成的字符串需要67位

40

（2）计算该字符串的嫡

n

H（X）=工夕（元）/（毛）=-Z〃a）iog2夕（多）

Z=1Z=1

是事件项（，的集合

其中,X={x1,e•,=1,2,…

并满足

-H(S)

=(8/30)Xlog2(30/8)+(10/30)Xlog2(30/10)+

(3/30)Xlog2(30/3)+(4/30)Xlog2(30/4)+

(5/30)Xlog2(30/5)

=[301g30-(8Xlg8+lOXlglO+3Xlg3+4

Xlg4+5lg5)]/(30Xlog22)

=(44.3136—24.5592)/9.0308=2.1874(Sh)

41

⑶计算该字符串的平均码长

-平均码长：I=±p@)

Z=1

=(2X8+2X10+3X3+3X4+2X5)/30

=2.233位/符号

平均码长：67/30=2.233位

(4)计算编码前后的压缩比

■编码前：5个符号需3位，30个字符，需要90位

■编码后：共67位

压缩比:90/67=1.34:1

42

OriginalHuffinanSymbolbinarytreestructure

codewordscodewoi^dsprobabilities

1

Hl01P(li)=0.25

1

11011P(G=0.2

10110P(D=0.22J0.4_o_

10.6

100001P⑻=0.18

尸

Oil0001P(d0.090.35

1oj

01000001P(c)=0.05

001000001P(b)=0.02—00.08

0

000000000P(a)=0.010.03

OriginalHuffinan

codewordscodewords

Ill

110DI

101Do

100111

Oil101

01011001

001110001

000110000

44

Averagelengthpersymbol(beforecoding):

(2)Entropy:

(3)Averagelengthpersymbol(withHuffmancoding):

LHuf=2.63bits/symbol

(4)Efficiencyofthecode:

H/LHif=98%

45

哈夫曼编码方法：

(1)哈夫曼方法构造出的码并不是唯一的

(2)哈夫曼编码对于不同的信息源概率分布,

其编码效率不同

46

、常用数据压缩方法的基本原理

2、预测编码：

原理：通过编码重建后的象素值（或其它

编码数值）对当前待编码象素值进行预测,

对差值而不是原象素值编码，在差值小于

原始值时可以得到较低码率。

（1）DPCM（差分脉冲编码调制）

（2）ADPCM（自适应差分脉冲编

码调制）

⑴差分脉码调制(DPCM)

PCM(PulseCodeModulation),原始的模拟信号

经过时间采样，然后对每一样值进行量化，作为数

字信号传输。

DPCM不对每一样值都进行量化，而是预测下一

样值，并量化实际值和预测值之间的差。

DPCM是基本的编码方法之一，在大量的压缩算

法中被采用，比如JPEG的DC分量就是采用DPCM编

码的。

48

发送端

信道

49

■XN为tN时刻的亮度采样值；濡为根据寸刻以前

已知X],X”…，XNT对％所作而预测值；eN一一

为差#倍七；％N力量化器输出信号；X」为接收

端输出，X/应+。「

?

■因为：XN-XN=XN-0（N+eN9

二（XNAN）-eN

=eN-eN?

.所以,DPCM系统中M叵米源先发送端的生化器；

而F接收端无关，扪去掉量化器礁十。/，则XN二X；

即实现信息保持编码。事实上,这种量化信差是

不可避免的。

50

举例说明DPCM编码原理:

设DPCM系统预测器的预测值为前一个样值，假

设输入信号已经量化，差值不再进行量化。

若系统的输入为{0121123344・・・},

则预测值为{0012112334...},

差值为..},

差值的范围比输入样值的范围有所减小，可以用较少的

位数进行编码。

51

⑵自适应差分脉码调制(ADPCM)

为了进一步改善量化性能或压缩数据率，可采用

自适应量化或自适应预测的方法。只要采用了其中的

任一种自适应方法，均称为ADPCM。

自适应预测

预测参数的最佳化依赖于信源的统计特性，要得

到最佳的预测参数是一件繁琐的工作。

而采用固定的预测参数往往又得不到好的性能。

为了既能使性能较佳，又不致于有太大的工作量，可

以将上述两种方法折衷考虑，采用自适应预测。

52

具体方法是：

预测参数仍采用固定的；但此时有多组预测参数

可供选择。

些而测参数根据常见的信源特征求得。编码时

具体采用哪组预测参数根据信源的特征来自适应的确

定。

为了自适应的选择最佳参数，通常将信源数据分

区间编码，编码时自动地选择一组预测参数，使该区

间实际值与预测值的均方误差最小。随着编码区间的

不同，预测参数自适应的变化，以达到准最佳预测。

53

系数集系数1系数2

例如，Microsoft的

ADPCM采用二预测参数02560

,提供7组预测系数，如右1512-256

表所示。编码时，根据选

定的准则（如最小均方误差200

准则），每个编码区间自动

地选取一组最佳的参数。319264

42400

5460-208

6392-232

54

自适应量化

根据信号分布不均匀的特点，系统具有随输入

信号的变化而改变量化区间大小，以保持输入给量化器

的信号基本均匀的能力，这种能力称为自适应量化。

55

3、常用数据压缩方法的基本原理

3^(TransformationCoding)

在变换编码时，初始数据要从初始空间或时间域

进行数学变换，变换为一个更适于压缩的抽象域。该

过程是可逆的；即使用反变换可恢复原始数据。

如将时域信号变换到频域，因为声音、图像大部

分信号都是低频信号，在频域中信号的能量较集中，

再进行采样、编码就可以压缩数据。

■对原始数据在初始空间域或时间域进行数学变

换

-使信号中最重要(如包含最大能量)的部分在

变换域中易于识别且集中出现，重点处理

■使能量较少的部分分散，粗处理

56

变换本身是可逆的，因而其也是一种无损技术

O然而，为了取得更满意的结果，某些重要系数的

编码位数比其他的要多，某些系数干脆就被忽略了

O这样，该过程就成为有损的了。

数学家们已经构造了多种数学变换。除了傅里

叶变换外，还有余弦、Hadamard>Haar、

KarhunenLoeve变换。最实用最常用的数学变换是

离散余弦变换(DCT)。

57

典型的变换编码系统框图:

2信源■变换■变换域■量化■存储或

:序列■■采样编码传输

变换编码系统压缩数据的三个步骤

再现,反变鸟填零Q译码

58

变换编码原理：

例声音x(t)的富里叶变换

x(t)——>F(f)

t为时间，f为频率，F(f)为频谱系数，数量较少

-用F(f)来存贮声音,需要时逆变换恢复原声音

-适当压缩高频系数,通过逆变换不影响声音的效果

59

1霆懿x(f”m

供比城蔑木落

时域分析

3、常用数据压缩方法的基本原理

3、变换编码:

61

3、常用数据压缩方法的基本原理

3、变换编码：

(1)最佳变换(K-L变换)

变换矩阵依赖于信号统计特性，不具有通

用性，无快速算法

(2)离散余弦(DCT)变换

DFT->FFT->DCT

次最优变换DCT,效果接近KL变换，变

换核固定，有快速算法

62

(1)最佳变换(K—L变换)

数据压缩主要是去除信源的相关性。

若考虑到信号存在于无限区间上，而变换区域又是

有限的，那么表征相关性的统计特性就是协方差矩阵。

当协方差矩阵中除对角线上元素之外的各元素都为

零时，就等效于相关性为零。所以，为了有效地进行数

据压缩，常常希望变换后的协方差矩阵为一对角矩阵，

同时也希望主对角线上各元素随i,j的增加很快衰减

O

因此，变换编码的关键在于：在已知X的条件下，

根据它的协方差矩阵去寻找一种正交变换T,使变换后

的协方差矩阵满足或接近为一对角矩阵。

63

当经过正交变换后的协方差矩阵为一对角矩阵，

且具有最小均方误差时，该变换称最佳变换，也称

Karhunen-Loeve变换。

可以证明，以矢量信号的协方差矩阵的归一化正

交特征向量所构成的正交矩阵，对该矢量信号所作的

正交变换能使变换后的协方差矩阵达到对角矩阵。

64

K—L变换的物理意义：

K—L变换实质上是作坐标系的转换，

尽量让向量落在最少的坐标轴上或其周围，从而只

用较少的变换系数就可以恢复出质量不错的图像，压缩

效率比较高，均方误差小。

缺点：

图像变化后变换核矩阵也要相应变换，

求解过程比较复杂，

没有快捷方法。

65

(2)禺散余弦变换(DCT变换)

如果变换后的协方差矩阵接近对角矩阵，该类变

换称准最佳变换，典型的有DCT、DFT、WHT、HrT

等。其中，最常用的变换是离散余弦变换DCT。

DCT是从DFT引出的。DFT可以得到近似于最佳

变换的性能，但DFT的运算次数太多，且需要复数运

算。DCT从DFT中取实部，并可用快速余弦变换算法

,因此大大加快了运算。同时其压缩性能十分逼近最

佳变换的压缩性能。所以，DCT在图像压缩中得到了

广泛的应用。

66

离散余弦变换(DiscretecosineTransform)简称DCT。

任何连续的实对称函数的傅里叶变换中只含余弦项，

因此余弦变换与傅里叶变换一样有明确的物理量意义。

DCT是先将整体图像分成NXN像素块，然后对

NXN像素块逐一进行DCT变换。由于大多数图像的高

频分量较小，相应于图像高频成分的系数经常为零，

加上人眼对高频成分的失真不太敏感，所以可用更粗

的量化，因此传送变换系数所用的数码率要大大小于

传送图像像素所用的数码率。到达接收端后再通过反

离散余弦变换回到样值，虽然会有一定的失真，但人

眼是可以接受的。

67

图像压缩标准中采用的变换方法

N代表

像素数

68

N代表像素数,

经DCT后变成8X8个变换系数，这些系数都有明确的

物理意义：U代表水平像素号，V代表垂直像素号。如

当U=0,V=0时,F(0,0)是原64个样值的平均,相当

于直流分量，随着U、V值增加，相应系数分别代表逐

步增加的水平空间频率分量和垂直空间频率分量的大小。

69

当我们先只考虑水平方向上一行数据（8个取样）

的情况时，如下图所示：

DCT系数（y，：。2047）

:-1024-1023)

DCT基底

直流成分「TTHTll

Vi

低频成分3

原始图像馆号恢震成的图像信号

▲Ik（）

MT0*255

T洲、.

X0X1X7XOXIX7

图像信号分解为）CT系数yo.yI

各种余弦成分…yr与各像元

一江三人二】

▼信号相乘后恢

y复原信号

高频成分

严格说DOT本身并不能进行码率压缩，因为64个样

值仍然得到64个系数，如下图所示。这里给出了一个

8X8像块的具体例子，经DCT变换后，比特数增加了。

在这个例子中样值是8比特，从0〜255得到的直流分量的

最大值是原来256的64/8倍，即0〜2047,交流分量的范

围是・1024〜1023。只是在经过量化后，特别是按人眼的

生理特征对低频分量和高频分量设置不同的量化，会使

大多数高频分量的系数变为零。一般说来，人眼对低频

分量比较敏感，而对高频分量不太敏感。因此对低频分

量采用较细的量化，而对高频分量采用较粗的量化。

71

3、常用数据压缩方法的基本原理

4、分析一合成编码：

原理：通过对原始数据的分析，将其分解

成一系列更适合于表示的“基元”或从中

提取出具有本质意义的参数，对这些基元

或者参数进行编码。

72

3、常用数据压缩方法的基本原理

4、分析一合成编码：

(1)量化编码

(2)小波变换编码

(WaveletTransform)

(3)分形图像编码

(4)子带编码

73

3、常用数据压缩方法的基本原理

4、分析一合成编码：

(1)量化编码

量化：一般图像、声音的特征信息都可直接由

一些模拟信号来表示，而要通过计算机

进行处理，就必须转化为计算机所能接

受的数字信号，即进行模拟量到数字量

的转换，即A/D转换。

74

量化过程：

(1)采样：确定使用多少个像素点来表示一幅

图像，决定图像的分辨率。

(2)量化处理：预先设置一组判决电平和一组

重建电平，每个判决电平将覆

盖一定的空间，所有判决电平

要覆盖整个有效取值区间。量

化时将模拟量的采样值同这些

电平比较，落在某个判决电平

区间上，就取这个量化级的代

表值作为它的重建电平或叫作

码字。

75

标量量化器分类:

(1)均匀量化器：量化间隔等长

A=10

V

012345

1020304050

(2)非均匀量化器:量化间隔不等长

012345

(3)自适应量化器：量化间隔随传送数据

的特点而变化。

76

标量量化器分类:

77

3、常用数据压缩方法的基本原理

4、分析一合成编码：

（2）小波编码

78

一级小波分解

空间（时间）和频率的局部变换，有效提取信息。

79

原始图像

粗造图像1/重树图像

粗造图像2+.s重构图•像

^s

80

⑸一级分解(b)三级分解(c)Lena三级分解图

自动适应时频信号分析的要求，可聚焦到信号的任何细节。

81

:三5工

3、常用数据压缩方法的基本原理

4、分析一合成编码：

（3）分形编码

A基本原理：分形压缩的基本原理是利用分形几何中

的自相似性原理来进行的。

A所谓自相似性就是指无论几何尺度如何变化，图像

中的任何一小部分与较大部分是相似的。与DCT不同,

分形编码利用的“自相似性”不是邻近样本的相关性,

而是大范围的相似性，即图像块的相似性。

»对相似性的描述是通过仿射变换来确定的，而编码

的对象就是仿射变换的系数。

82

将迭代函数系统应用于图像压缩编码

编码进行之前：

1.对图像进行值域块与定义域块的划分

■■■■■■而而二二二二

■■■■■■■■:■■■■■■■■

行二■!EES"■■■■

■■■■

■.耳［巾■菖］题1■Kii

■■■■IB■■■■

■■■■■■■■

I!"■■■■■■■■!■■■■

值域块划分定义域块划分

2.进行寻找仿射变换的操作

对于任意一个值域块Ri,寻求某个定义域块Dj,使得Dj通过某个

仿射变换wi=(xi,yi,ni,si,oi)近似于Ri,由于Dj,Ri比整个图像

小得多，因此只要子块划分得足够小，局部的自相似性总是存在的。

83

3.实现

仿射变换的参数分别为x=228,k99,n=5,s=0.3357,

0=138.3692,变换过程的中间结果分别如下图所示，可

以看出变换后的最终结果图原始值域块已经非常相似。

（1、值域块）（2、定义域块）（3、缩小的定义域块）

（5、Xs后的定义域块）

84

4.将分形编码方法应用于一幅完整图像的编码后再解码

片屋誉工逑严'、

初始迭代图像迭代1次

迭代2次迭代10次

85

3、常用数据压缩方法的基本原理

4、分析一合成编码：

例分形编码

86

3、常用数据压缩方法的基本原理

逢14、分析一合成编码：

(4)子带编码(Subbandcoding—SBC)

•将图像数据变换到频域后，

•按频率分段，

•之后用不同的量化器进行量化，从而达到最优的组

合。

采用分步渐近编码。开始时，对某一频带的信号

进行解码，逐渐扩展到所有的频带。随着解码数据的

增加，解码图像也就逐渐清晰。

对于远地图像模糊查询与检索的应用比较有效。

它的复杂度与变换编码差不多，但客观质量高、主

观效果好。

87

3、常用数据压缩方法的基本原理

4、分析一合成编码：

(4)子带编码(Subbandcoding一SBC)

多

路

BPF2复

原始信号信道

用

器

多

同

路

步

分恢复信号

相

配

加

器

基本SBC系统框图

88

3.2音频压缩标准

交互式多媒体音频系统：

输入：对自然界声音的数字化

输出：数字化声音还原成模拟音或系统生成

的虚拟声音。

89

3.2音频压缩标准

交互式多媒体音频系统的质量等级与速率

电话质量（300Hz至8000样本/秒X8比特/样本二64kbps

3.4kHz）

调幅广播质量（50Hz16000样本/秒X14比特/样本二22