数据压缩的基本原理和方法(pdf 87页)

第三章多媒体数据压缩

3.1 数据压缩的

基本原理和方法

3.1 数据压缩的基本原理和方法

?压缩的必要性

音频、视频的数据量很大，如果不进行处理，计算机系统几乎无法对它进行存取和交换。

例如，一幅具有中等分辨率（640×480）的真彩色图像（24b/像素），它的数据量约为7.37Mb/帧，一个

100MB（Byte）的硬盘只能存放约100帧图像。若要达到每秒25帧的全动态显示要求，每秒所需的数据量为

184Mb，而且要求系统的数据传输率必须达到184Mb/s。

对于声音也是如此，若采用16b样值的PCM编码，采样速

率选为44.1kH

Z ，则双声道立体声声音每秒将有176KB的

数据量。

3.1 数据压缩的基本原理和方法

?视频、图像、声音有很大的压缩潜力

信息论认为：若信源编码的熵大于信源的实际熵，该信源中一定存在冗余度。

原始信源的数据存在着很多冗余度：空间冗余、时间冗余、视觉冗余、听觉冗余等。

3.1.1 数据冗余的类型

?空间冗余：在同一幅图像中，规则物体和规则背景的表面物理特性具有相关性，这些相关性的光成像结果在数字化图像中就表现为数据冗余。

–一幅图象中同一种颜色不止一个象素点，若相邻的象素点的值相同，象素点间（水平、垂直）有冗余。

–当图象的一部分包含占主要地位的垂直的源对象时，相邻

线间存在冗余。

3.1.1 数据冗余的类型

?时间冗余：时间冗余反映在图像序列中就是相邻帧图像之间有较大的相关性，一帧图像中的某物体或场景可以由其它帧图像中的物体或场景重构出来。

–音频的前后样值之间也同样有时间冗余。

–若图象稳定或只有轻微的改变，运动序列帧间存在冗余。

3.1.1 数据冗余的类型

?信息熵冗余：信源编码时，当分配给第i 个码元类的比特数b （y i ）=-log p i ，才能使编码后单位数据量等于其信源熵，即达到其压缩极限。但实际中各码元类的先验概率很难预知，比特分配不能达到最佳。实际单位数据量d>H （S ），即存在信息冗余熵。

?视觉冗余：人眼对于图像场的注意是非均匀的，人眼并不能察觉图像场的所有变化。事实上人类视觉的一般分辨能力为26灰度等级，而一般图像的量化采用的是28灰度等级，即存在着视觉冗余。

3.1.1 数据冗余的类型

?听觉冗余：人耳对不同频率的声音的敏感性是不同的，并不能察觉所有频率的变化，对某些频率不必特别关注，因此存在听觉冗余。

?其它冗余：包括结构冗余、知识冗余等。