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多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)概述 壓縮算法 國際標(biāo)準(zhǔn)
多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)概述 壓縮算法 國際標(biāo)準(zhǔn)(2009-06-24 19:32:16)

多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)概述
*多媒體信息技術(shù)發(fā)展的特點是數(shù)字化以后其數(shù)據(jù)量特別大,尤其是動態(tài)圖像更為明顯,另一個重要特點是實時性,因此多媒體信息的數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)是多媒體技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一如
1)假定一首2分55秒的CD音質(zhì)的歌曲,采樣頻率為44.1KHz,量化位數(shù)為16bit,雙聲道,則每秒鐘的數(shù)據(jù)量為
44.1KHz*16bit*2=176.4KB
2假定屏幕分辨率為768*512,一幅滿屏的真彩色靜態(tài)圖像的數(shù)據(jù)量為
768*512*24bit=1.125MB
3)假定不含聲音的一分鐘視頻,屏幕分辨率為768*512,每秒25幀,則數(shù)據(jù)量為
768*512*24bit*25*60秒=1.65GB
*由例可見,多媒體信息的數(shù)據(jù)量很大,如做任何形式的壓縮處理,信息的保存,傳輸和攜帶都有問題,
*多媒體數(shù)據(jù)壓縮不僅是必要的而且也是可能的,原因是,多媒體文,聲,靜態(tài)圖像,動態(tài)圖像等信源有極強(qiáng)的相關(guān)性,也就是說有大量的冗余信息,數(shù)據(jù)壓縮就是將龐大數(shù)據(jù)中的冗余信息去掉(去掉數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性)保留相互獨立的信息量如
1)假定某信源數(shù)字化后的符號串為11110000111110000,可以表示為41405140,在這里41意味著4個符號1,40意味著4個0,以此類推
2)動態(tài)圖像由很多幀組成,幀與幀之間的畫面幾乎相同,存在冗余,幀自身具有相關(guān)性,也存在冗余,


多媒體數(shù)據(jù)壓縮算法
1壓縮評價
*衡量一種數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)好壞有三個重要指標(biāo)
*壓縮比要大
*恢復(fù)效果要好,要盡可能地恢復(fù)原始數(shù)據(jù)
*實現(xiàn)壓縮算法要簡單,壓縮,解壓速度快,盡可能地做到實時壓縮,解壓

2壓縮分類
*數(shù)據(jù)壓縮的方法種類繁多,根據(jù)解碼后數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)是否完全一致來進(jìn)行分類,數(shù)據(jù)壓縮方法一般被劃分為兩類
1)無損壓縮是指使用壓縮后的數(shù)據(jù)進(jìn)行重構(gòu)(或者叫做還原,解壓縮),重構(gòu)后的數(shù)據(jù)與原來的數(shù)據(jù)完全相同,無損壓縮用于要求重構(gòu)后的信號與原始信號完全一致的場合,如磁盤文件的壓縮,根據(jù)目前的技術(shù)水平,無損壓縮算法一般可以把普通文件的數(shù)據(jù)壓縮到原來的1/2~1/4,
2)有損壓縮是指使用壓縮后的數(shù)據(jù)進(jìn)行重構(gòu),重構(gòu)后的數(shù)據(jù)與原來的數(shù)據(jù)有所不同,但不會讓人對原始資料表達(dá)的信息造成誤解,有損壓縮適用于重構(gòu)信號不一定非要和原始信號完全相同的場合,如圖像和聲音可采用有損壓縮,因為其中包含的數(shù)據(jù)往往多于我們視頻系統(tǒng)和聽覺系統(tǒng)所能接收的信息,丟掉一些數(shù)據(jù)不至于對聲音或者圖像所表達(dá)的意思產(chǎn)生誤解,但可大大提高壓縮比
應(yīng)用在多媒體中的圖像壓縮編碼方法,從壓縮編碼算法原理上可以分類為
1)無損壓縮編碼種類
*哈夫曼編碼
*算術(shù)編碼
*行程編碼
*Lempel zey編碼
2)有損壓縮編碼種類
*預(yù)測編碼:DPCM,運(yùn)動補(bǔ)償
*頻率域方法:正文變換編碼(如DCT),子帶編碼
*空間域方法:統(tǒng)計分塊編碼
*模型方法:分形編碼,模型基編碼
*基于重要性:濾波,子采樣,比特分配,矢量量化


多媒體壓縮的國際標(biāo)準(zhǔn)
1JPEG標(biāo)準(zhǔn)
*國際標(biāo)準(zhǔn)化組織所提出的“多灰度連續(xù)色調(diào)靜止圖像的數(shù)字壓縮編碼(JPEG),目前在多媒體領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用
*分為兩大類,第一類是基于DCT的有損壓縮編碼,第二類是基于DPCM的無損壓縮編碼,無損壓縮比大約為4:1,有損壓縮比在10:1,~100:1之間,當(dāng)有損壓縮比不大于40:1時,經(jīng)壓縮并還原的圖像比原始圖像,在色彩,清晰度,顏色分布等方面視覺誤差不大,基本上保持原始圖像的風(fēng)貌
*MPEG系列標(biāo)準(zhǔn)包括MPEG-1,MPEG-2,MPEG-4,MPEG-7和MPEG-21
每個標(biāo)準(zhǔn)都是建立在前調(diào)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)之上
1)MPEG-1:名稱為大約高達(dá)1.5Mbps速率的數(shù)字存儲媒體的運(yùn)動圖像及其伴音編碼
2)MPEG-2:名稱為運(yùn)動圖像及其伴音信息的通用編碼,與MPEG-1是目前成熟的廣泛應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)
3)MPEG-4:名稱為甚低速率視聽編碼,作為一個開放的標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)在市場上并受到了矚目,并為多家廠商所采用
4)MPEG-7,名稱為多媒體內(nèi)容描述接口,MPEG-1到4解決了多媒體環(huán)境下存儲,傳輸和處理聲音圖像信息問題,但還沒有能夠解決多媒體信息的檢索問題工具,MPEG-7的目標(biāo)就是產(chǎn)生一種描述多媒體信息的標(biāo)準(zhǔn),并將該描述的內(nèi)容相聯(lián)系,以實現(xiàn)快速有效的檢索
5)MPEG-21:目的在于用多媒體框架將各種服務(wù),例如多媒體家庭服務(wù),多媒體商業(yè)服務(wù)等,綜合在一起并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化,以此支持各種不同應(yīng)用領(lǐng)域,實現(xiàn)對知識產(chǎn)權(quán)的管理和數(shù)字媒體內(nèi)容的保護(hù)


3.H.264標(biāo)準(zhǔn)
*數(shù)字視頻技術(shù)廣泛應(yīng)用于通信,計算機(jī),廣播電視等領(lǐng)域,帶來了會議電視,可視電話及數(shù)字電視,媒體存儲等一系列應(yīng)用,促使了許多視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)生
*ITU-T與ISO/IEC是制定視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)的兩大組織
*ITU-T標(biāo)準(zhǔn)包括H.261,H.263,H.264主要應(yīng)用于視頻存儲(DVD),廣播電視,因特網(wǎng)或無線網(wǎng)上的流媒體等
*兩個組織也共同制定了一些標(biāo)準(zhǔn),H.262標(biāo)準(zhǔn)等同于MPEG-2的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn),而最新的H.264標(biāo)準(zhǔn)則被納入MPEG-4的第10部分

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