文档介绍：基本概念
多媒体数据为什么要压缩?
声音、图像、视频和动画的数据量太大
1分钟立体声音乐(,16位量化精度)的数据量:
* 1000 * 16 * 2 *60 / 8 =
存储一首4分钟的歌曲约需40MB
1副640*480的彩***像(RGB颜色模式)的存储容量为:
640*480 * 24 / 8 = 900KB
那么1秒钟(25帧/秒)的视频数据量为
25*900KB = MB
1张650MB的CD ROM光盘只能存储约 650 / = 秒的视频数据
利用什么原理来进行压缩?
数据中存在冗余
空间冗余(前后图象之间存在相关性)
结构冗余(具有纹理结构的图象区域)
知识冗余(具有规律性的结构,用于图象理解上,如人脸)
视觉或听觉冗余(人眼或人耳具有一定的掩蔽效应)
统计冗余(出现的频率具有一定的规律性,如元音多,有些辅音很少出现)
信息熵冗余(又叫编码冗余,用相同位数进行编码产生的冗余)
数据压缩的分类
无损压缩
有损压缩
霍夫曼编码
行程编码
算术编码
混合编码
预测编码
变换编码
PCM编码
DPCM编码
ADPCM编码
帧间预测编码
离散余弦变换
K-L变换
小波变换
JPEG
MPEG
数据压缩的评价标准
压缩比:越大越好
压缩质量:数据失真越小越好
压缩与解压缩的速度:速度越快越好
常用的压缩编码方法
一、无损压缩:减少或去除数据中的冗余,可以无失真地还原成原来的数据,一般适合压缩数据或程序,但是压缩比较小,一般在2:1到5:1之间。
序号
编码方法
基本原理
1
霍夫曼编码
利用不同码字出现的概率不同,出现概率大的码字短,出现概率小的码字长。
2
行程编码
将重复出现的数值序列采用出现次数和单个数值来表示
3
算术编码
将编码的消息表示成0到1之间的一个间隔,消息越长,间隔就越小,编码所需二进制位数越多。
1. 霍夫曼(Huffman)编码
算法步骤:
(1)按照符号出现的概率大小进行排序
(2)把最小的两个概率值相加,得到一个新的概率序列
(3)重复上述两个步骤,直到概率值为1
(4)从后往前进行编码,概率大的赋予1,概率小的赋予0。(反过来也可以)
(5)写出每个符号的码字
例1:字母A B C D 、、、,其霍夫曼编码为:
P(C)=
P(E)=
P(CE)=
P(A)=
P(ACE)=
P(B)=
P(D)=
P(BD)=
P(ACEBD)=1
0
0
0
0
1
1
1
1
A: 00
B: 10
C: 010
D: 11
E: 011
假设共有100个字符,若采用等长编码,每个字符至少需要3位二进制,100个字母需要300位,采用霍夫曼编码则只需要15*2+25*2+10*3+37*2+13*3=223位。
压缩比为 300:223 = :1
例2:字母A B C D 、、、,其霍夫曼编码为:
0
A: 1
B: 01
C: 0011
D: 0010
E: 000
若采用等长编码,至少需要3位二进制,100个字母需要300位,采用霍夫曼编码则需要:
53*1+25*2+7*4+5*4+10*3=181位
压缩比为 300:181 = :1
P(E)=
P(D)=
P(C)=
P(DC)=
P(EDC)=
P(B)=
P(EDCBA)=1
0
0
0
1
1
1
P(EDCB)=
P(A)=
0
1
2. 行程编码(游程编码)
原理:将连续相同的数据序列用重复次数和单个数据来表示。
编码格式:控制符+重复次数+被重复字符
应用:用于图像文件的压缩(尤其适合于由计算机生成的图像)如bmp和tif等图像格式。
例:字符串为:atttefppppppddddss
行程编码为:a*3tef*6p*4d*2s
其中:* 为控制字符(重复次数在3次以上才有压缩的意义,重复次数越多压缩比越高)
二、有损压缩:压缩时会丢失部分数据,且丢失的数据无法恢复。是不可逆的压缩,即解压缩以后的数据与原始数据不完全一致。
序号
编码方法
基本原理
1
PCM编码
(脉冲编码调制)
将模拟量经过采样、量化和编码得到其数字编码。
2
预测编码
根据算法模型,用已有的样本值对新样本进行预测