多媒体通信技术预测编码及变换编码解析
《多媒体技术》 第二讲 多媒体数据压缩技术(第1—2节)课堂笔记及练习题
多媒体技术第二讲多媒体数据压缩技术（第1—2节）课堂笔记及练习题主题：第二讲多媒体数据压缩技术（第1—2节）学习时间： 4月4日--4月10日内容：第二讲多媒体数据压缩技术第一节多媒体数据和信息转换一、多媒体间的信息转换为了便于交流信息，需要对不同的媒体信息进行转换。
下表是部分媒体之间说明：＊易＊＊较困难＊＊＊很困难二、多媒体数据文件格式多媒体文件的格式很多，下表介绍常用文件格式的特点和应用场合。
三、多媒体数据的信息冗余多媒体计算机系统主要采用数字化方式，对声音、文字、图形、图像、视频等媒体进行处理。
数字化处理的主要问题是巨大的数据量。
一般来说，多媒体数据中存在以下种类的数据冗余：1）空间冗余：一些相关性的成像结构在数字化图像中就表现为空间冗余。
2）时间冗余：两幅相邻的图像之间有较大的相关性，这反映为时间冗余。
3）信息熵冗余（编码冗余）：信息熵是指一组数据所携带的信息量。
如果图像中平均每个像素使用的比特数大于该图像的信息熵，则图像中存在冗余，这种冗余称为信息熵冗余。
4）结构冗余：有些图像从大域上看存在着非常强的纹理结构，例如布纹图像和草席图像，我们说它们在结构上存在冗余。
5）知识冗余：有许多图像的理解与某些基础知识有较大的相关性。
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。
6）视觉冗余：人类视觉系统对于图像场的任何变化，并不是都能感知的。
这类冗余我们称为视觉冗余。
7）其他冗余：例如由图像的空间非定常特性所带来的冗余。
以上所讲的是多媒体数据的信息冗余。
设法去掉信号数据中的冗余，就是数据压缩。
第二节常用的数据压缩技术一、数据压缩编码方法1）根据解码后数据与原始数据是否完全一致来进行分类：① 可逆编码(无失真编码)，如Huffman编码、算术编码、行程长度编码等。
② 不可逆编码(有失真编码)，常用的有变换编码和预测编码。
2）根据压缩的原理进行划分：① 预测编码：它是利用空间中相邻数据的相关性，利用过去和现在出现过的点的数据情况来预测未来点的数据。
14秋吉林大学多媒体应用技术考试答案
多媒体通信技术交卷时间：2016-04-10 19:15:25一、单选题1.(2分)在jpeg中使用了哪两种熵编码方法（）∙ A. 统计编码和算术编码∙ B. pcm编码和dpcm编码∙ C. 预测编码和变换编码∙ D. 哈夫曼编码和自适应二进制算术编码得分：0知识点：多媒体通信技术考试题答案D解析2.(2分)对以下视频设备描述不正确的是( )∙ A. 视频采集卡是用于采集视频数据∙ B. 视频监控卡是用于监听音乐的∙ C. DV卡是用于与数码摄像机相连，将DV影片采集到PC的硬盘∙ D. 电视卡是用于在PC机上看电视得分：2知识点：多媒体通信技术考试题答案B解析3.(2分)多媒体数据压缩的评价标准有压缩比、（）和压缩解压缩的速度。
∙ A. 压缩时间∙ B. 算法复杂度∙ C. 恢复质量∙ D. 标准化得分：0知识点：多媒体通信技术考试题答案C解析4.(2分)下列属于JPEG压缩算法的是( )∙ A. 基于自动差分脉冲码调制的有失真压缩算法；∙ B. 基于自动差分脉冲码调制的无失真压缩算法；∙ C. 基于离散余弦DCT的有失真压缩算法；∙ D. 基于离散余弦DCT的无失真压缩算法。
得分：2知识点：多媒体通信技术考试题答案C解析5.(2分)CD-ROM是由（）标准定义的。
∙ A. 黄皮书∙ B. 白皮书∙ C. 绿皮书∙ D. 红皮书得分：2知识点：多媒体通信技术作业题答案A解析6.(2分)数字视频的重要性体现在( )。
(1)可以用新的与众不同的方法对视频进行创造性编辑(2)可以不失真地进行无限次拷贝(3)可以用计算机播放电影节目(4)易于存储∙ A. 仅(1)∙ B. (2)，(3)∙ C. (1), (2)，(3)∙ D. 全部答案C解析7.(2分)下列参数中，采集的数字化音频质量最好的是（）∙ A. 采样频率88kHz，量化位数8位∙ B. 采样频率88kHz，量化位数16位∙ C. 采样频率44kHz，量化位数8位∙ D. 采样频率44kHz，量化位数16位得分：0知识点：多媒体通信技术考试题答案B解析8.(2分)请根据多媒体的特性判断以下（）属于多媒体的范畴。
多媒体简答题
1.促使多媒体技术发展的关键技术有哪些？答：（1）CD-ROM解决了多媒体信息的存储问题。
（2）高速计算机网络可以传送多媒体信息。
（3）高速位处理技术、专用集成电路技术和亚微米集成电路技术。
（4）多媒体压缩技术、人机交互技术和分布式处理技术。
2.简述多媒体计算机技术的特性。
答：集成性、交互性、实时性、高质量。
3.多媒体系统的由哪几个部分组成？答：（1）计算机硬件；（2）多媒体计算机所配置的硬件；（3）多媒体I/O控制及接口；（4）多媒体的核心系统；（5）创作系统；（6）应用系统。
4.什么是超文本？答：由信息结点和表示信息结点间相关性的链构成的一个具有一定逻辑结构和语义的网络。
5.什么是空域相关？答：一帧画面是由若干个像素组成的，在每一帧内的相邻像素之间相关性很大，有很大的信息冗余量，这叫做空域相关。
6.什么是时域相关？答：因为电视图像通常反映的是一连续的过程，它的相邻的帧之间也存在很大的相关性，在这些相邻的帧之间也存在很大的冗余量，这叫做时域相关。
7.数据压缩的指标是什么？答：压缩前后信息存储量之比、实现压缩的算法要简单，压缩、解压速度快、要尽可能的完全恢复原始数据。
8.音频的准备工作有哪些？答：（1）选择音源；（2）录制数字音频；（3）音频的编辑和存储；（4）选择音频播放的硬件。
9.产生失真的原因及解决方法？答：（1）信号频带宽，但采样频率不够高，数字音频信号发生重叠。
为避免这个问题，应选择与信号相匹配的采样率，最好以尽可能高的采样频率来记录数字音频。
（2）模拟音频信号幅度太大，超过了量化器范围。
解决方法是可以调整音源的输出幅度或调节采集卡输入放大器的增益，也可选用音频卡的LINE输入端，而不用microphone输入端。
10.多媒体开发工具的类型有哪些？请举例。
答：（1）基于时间的创作工具，如Director。
（2）基于图标或流线的创作工具，如Authorware。
（3）基于卡片或页面的工具，如ToolBook。
多媒体通信技术--复习
图像通信系统是一个二维信息系统，因此可以进行类似的定义，二维函 数f（x,y）与其频谱F(μ,ν)的关系：
（5） 视频信息的数字化 a.分量电视信号的数字化
ITU-R BT 601建议，建议采用分量编码，亮度和色差信号的取样频 率fY和fC分别为:
其中fHNTSC和fHPAL分别代表NTSC制和PAL制中的行频。如果对亮度 信号和色差信号进行量化，而且都采用8位码，那么三个分量信号数字 化后的数据量为：
如果系统是彩色电视系统，除了亮度之外，图像的色调和饱和度都 是表示图像质量的重要参数，它们与U、V的关系如下：
图像的色调=
图像的饱和度=
c.彩色电视制式：
PAL（我国）、NTSC、SECAM
d.逐行扫描
逐行扫描是指电子束按一行接一行的规律，从上到下的对整个一幅
（帧）画面进行扫描的方式。
人们将一个正程和逆程所用的时间称为扫描周期，用TH表示，由此 可以得出行扫描频率（行频）fH：
互控制能力。 同步性：多媒体通信终端上显示的文字、声音和图像是以在时空上
的同步方式工作的。 4、关键技术：多媒体数据压缩技术，多媒体数据的获取与显示技术， 多媒体数据库及其检索技术，多媒体通信网络技术，多媒体信息存储技 术，多媒体数据的分布式处理技术。 5、应用：可视电话系统，视频会议系统，多媒体电子邮件，视频点播 系统，远程教育系统和虚拟现实。 课后习题：
b.图像子采样：对色差信号使用的采样频率比对亮度信号使用的采样频 率低
4:4:4
多媒体技术量化和变换编码和预测编码
量化分类
量化可以分为两类：
(1) 标量量化：
输入信号的所有分量使用同一个量化器进行量化，每 个分量的量化都和其它分量无关，也称为零记忆量化。
(2)矢量量化：
从码本集合中选出最适配于输入信号的一个码字作为 输入信号的近似，这种方法以输入信号与选出的码字 之间失真最小为依据。
矢量量化与标量量化相比有更大的数据压缩能力。
xˆn1 Tn1n sˆn1
有 xˆn1 xn1
为什么变换
变换的本质就是将信号在一组基函数上投影，得 到一组投影值，即信号的变换域表达。
变换的目的就是将一个实际的物理信号分解为变 换域(频域)上有限的或无限的小的信号“细胞”， 以便了解信号的性质，提取信号的有用信息
为什么变换
犏
犏犏臌eTM - 1
e1 ... en- 1 ]
轾 犏 e0T
Cy=犏 犏 犏 犏 e1T [e0
犏 犏 犏 臌 eTn-1
e1...
轾 犏 l0
en-1]犏 犏 犏l1
犏 犏 犏 臌
轾 犏e0T
Cy
=
犏 犏 犏e1T 犏
[Cxe0 Cxe1 ...Cxen- 1]
犏
犏 犏 臌eTM- 1
轾 犏 l0 =犏 犏 犏l1
邋 邋 = M 1 M i= - 0 1 X iX iT -m x ( M 1 M i= - 0 1 X iT ) -( M 1 M i= - 0 1 X i) m x T + M 1 M i= - 0 1 m x m x T
å =M 1M i= -0 1X iX iT-m xm xT-m xm xT+m xm xT å =M 1 M i=-01XiXiT- mxmxT
多媒体技术资料
1. 多媒体概念、类型、特点：1)多媒体5 种类型：感觉、表示、显示、存储、传输。
2)多媒体：是指能够同时采集、处理、编辑、存储和展示两个或以上不同类型信息媒体的技术，这些信息媒体包括文字、声音图形、图像、动画和视频等。
3)多媒体技术：是利用计算机对文本、图形图像、声音、动画、视频等多种信息综合处理、建立逻辑关系和人机交互作用的技术。
4)多媒体特点：集成性、交互性、实时性，控制性、非线性。
2. 超文本、超媒体：1)超文本：是用超链接的方法，将各种不同空间的文字信息组织在一起的网状文本。
2)超媒体：是一种采用非线性网状结构对块状多媒体信息(包括文本、图像、视频等）进行组织和管理的技术。
3)3超文本系统三个层次：用户接口层-表现层、超文本抽象层-节点和链描述层、数据库层-信息存储层，3. 多媒体通信技术：1)多媒体通信技术：是多媒体技术与通信技术的有机结合，突破了计算机、通信、电视等传统产业间相对独立发展的界限，是计算机、通信和电视领域的一次革命。
2)多媒体通信的服务质量类型：确定型、统计型、尽力型。
4. 移动互联网：1)移动互联网是指利用互联网提供的技术、平台、应用以及商业模式，与移动通信技术相结合并用于实践活动的统称。
2)移动互联网特点：便携性、移动性、无线性、应用丰富性及免费性。
5. 身份认证技术：1)基于智能卡的认证技术：非加密存储器卡加密存储器卡、CPU卡2)基于生物特征识别的认证技术：指纹识别、语音声纹识别、视网膜图样识别、虹膜图样识别、脸型识别.6. 多媒体数据压缩：1)图像数据冗余类型：空间冗余、时间冗余，结构冗余、知识冗余、视觉冗余、图像区域的相同性冗余、纹理的统计冗余。
2)无损压缩技术：霍夫曼编码、算数编码、行程编码、字典编码。
3)有损压缩技术：预测编码、变换编码、分形编码、基手模型编码、其他编码。
7. 人机交互技术：1)人机交互技术：包括用户向计算机输入信息以及计算机输出信息给用户的过程。
数字通信中数据压缩编码与解码技术探究
数字通信中数据压缩编码与解码技术探究
文 / 国网黑龙江省电力有限公司信息通信公司刘志刚
摘要:作为现代信息传输中重要的应用手段，数字通信 技术的作用非常重要。本文介绍了几种常见的多媒体数据 压缩方法，例如预测编码、交换编码、信息熵编码及分频编 码等，分析多媒体数据压缩编码与解码新技术，例如图像的 压缩编码与解压解码、多媒体数据压缩与处理技术等，拓宽 人们对压缩编码和解码技术的认知，使数字通信中数据压 缩编码与解码技术得到更好的应用。
参考文献： m 王清富.b i m 技术在地铁车站土建施工中的应用卩].工程技 术研究,2020(09). [2] 张鹏.BIM 技术在地铁车站土建施工中的应用探讨〇].建筑 技术开发，2020(02). [3] 李渭红.浅议BIM 技术在地铁车站土建施工中的应用⑴. 居舍 2019(11).
作者简介：占洪学（1974.09—），男 ，汉 族 ，湖北黄石，主 要研究方向为城市轨道交通盾构施工技术。
此项标准被叫作“CS—A C E L P ”，在此标准的相关附件中，还 规定减小复杂度的编解码器标准。
(二)图像压缩编码与解压解码处理 1. 静态图像编码与解码 传统的静态图像编码算法中存在部分不足，对此有人 提出一种算法来进行改进，这种算法叫静态图像零树编码 算 法 ，在此种算法中应用到修剪图技术即所谓的零块，这种 算法的思想是按从下到上、由大到小的顺序进行扫描，逐渐 地 进 行 上 推 预 测 ，来 使 扫 描 次 数 相 应 地 减 少 ，对 解 码 来 说 ， 这种算法的效果更加明显。 2. 动态 Sprite编码与解码 Sprite图像是指在一般序列中可见的所有视频对象的 组 合 ，Sprite的编码可以分为静态和动态两类。静态的方法 对人工合成图像编码更为合适，整个图像只需要进行一次 编码传输,在解码端就可以实现很多帧不相同图像的重构； 动态的方法比较适用于自然图像的编码，属 于 .种 用 来 起 到增强作用的运动补偿方式。在编码和解码中建立的动态 图 像 必 @相 同 ，在动态图像生成之前，要对当前帧的图像做 好全面运动估计，针对视频对象计算出其变换参数，如果做 图像的更新，必须先对当前帧的图像进行还原之后再加以 利用。 三 、M PEG —4 标准 (一) 编码压缩处理 MPEG—4 项目由活动图像专家组提出，此项目与音频 视频编码息息相关，已经成为严格的执行标准。其中包含部 分关于编码压缩新的处理思想。场景中的每一个对象都可 以进行独立编码，用户可以根据自身意愿选择交互对象，对 象可以是一个，也可以是多个。MPEG—4 标准提高了用户 及场景的交互能力，还可以对音频对象进行重新组合来实 现新场景的构造，可以将合成信息和自然信息、存储信息和 实时信息进行无缝集成。该标准可以使访问信息更加透明 化 ，让用户感觉整个过程像在对本地信息进行访问一样，基 本 毫 无 差 别 ，而 且 内 容 具 有 很 强 的 伸 缩 性 。相 比 较 而 言 ， MPEG—4 标准可扩展空间大，也更加灵活，充分考虑到将
数字媒体技术应用专业技术的视频编码技巧
数字媒体技术应用专业技术的视频编码技巧随着数字媒体技术的快速发展，视频编码技术成为数字媒体领域中的重要一环。
视频编码技巧的应用不仅能够提高视频传输的效率和质量，还能够满足不同场景下的需求。
本文将介绍一些数字媒体技术应用专业技术的视频编码技巧。
一、压缩编码技术在数字媒体领域中，视频编码的一个重要目标就是实现高效的压缩。
压缩编码技术能够将视频信号的冗余信息去除，从而减少视频数据的存储和传输所需的带宽。
在视频编码中，常用的压缩编码技术包括运动估计、变换编码和熵编码等。
1. 运动估计运动估计是视频编码中的一项核心技术，它能够通过对连续帧之间的像素变化进行分析，找出像素的运动轨迹。
通过运动估计，可以将视频帧之间的冗余信息去除，从而实现视频的压缩。
常用的运动估计算法包括全搜索法、三步搜索法和快速搜索法等。
2. 变换编码变换编码是视频编码中的另一个重要技术，它能够将时域上相关的像素变化转换为频域上的系数。
通过变换编码，可以将视频信号的能量集中在少数频率上，从而实现视频数据的压缩。
常用的变换编码技术包括离散余弦变换（DCT）和小波变换等。
3. 熵编码熵编码是视频编码中的最后一步，它能够将变换编码后的系数进行编码，从而减少视频数据的存储和传输所需的比特数。
常用的熵编码技术包括霍夫曼编码和算术编码等。
二、画质优化技术除了压缩编码技术外，数字媒体技术应用专业技术的视频编码还需要考虑画质的优化。
画质优化技术能够提高视频的清晰度和细节表现，从而提升用户的观看体验。
常用的画质优化技术包括去噪、增强和抗锯齿等。
1. 去噪在视频编码过程中，由于传输和存储等环节的干扰，视频信号中常常会受到噪声的影响。
去噪技术能够通过滤波等方法去除视频信号中的噪声，从而提高视频的清晰度和细节表现。
2. 增强增强技术能够通过增加视频的对比度、饱和度和锐度等，使视频的画面更加鲜明和生动。
常用的增强技术包括直方图均衡化、锐化和饱和度调整等。
3. 抗锯齿抗锯齿技术能够通过抑制视频信号中的锯齿现象，使视频的边缘更加平滑和清晰。
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3. 绝对均值MAD
多媒体通信技术：预测编码及变换编码
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4. 匹配像素个数NTAD
NTAD(i , j ) f (T0 , | bk (m, n) bk 1 (m i , n j ) |)
m 1 n 1 M N
其中
3、存在误码扩散现象。
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可以证明：在相同的均方量化误差下，e(n)比
x(n)要求较少的量化级数，即传送e(n)的数据率 比x(n)低。
实际实现中： 将量化器置于 预测环路之内，通 过反馈回路，可以 减少量化误差的积 累。
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差分脉冲编码调制
x(n)
D1 a1 D2 a2
预测器
+
e(n)
Q
DQ +
+
y(n)
－
^ x (n )
· · ·
DN
aN
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由原理图可知：
1、收发两端必须具有相同的预测条件。 2、预测系数为固定的情况称线性预测，根据 均匀误差最小准则获得的线性预测称最佳线 性预测，此时压缩比最大。
第04讲 预测编码及变换编码
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预测编码
原理：利用前面的一个或多个信号对下一个
信号进行预测，然后对实际值和预测值的差 （预测误差）进行编码。
第n个符号xn的熵满足：
H ( xn ) H ( xn | xn1 ) H ( xn | xn1 xn2 ) H ( xn | xn1 xn2 x1 )
0 f (T0 , a ) 1
T0 a T0 a
搜索方法：
1. 全搜索 2. 二维对数法 3. 三步法 4. 共轭方向法 5. 正交搜索法
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i-6 i-5 i-4 i-3 i-2 i-1 i i+1 i+2 i+3 i+4 i+5 i+6 j+6
参与预测的符号越多，预测就越准确，该 信源的不确定性就越小，数码率就可以降低。
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编码思路：
样本值
模型
预测值
误差值
量化、编码、传输
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块匹配准则 用以衡量2子块的相似程度
常见4种准则：
1. 归一化二维互相关函数NCCF
NCCF (i , j )
b (m, n)b
m 1 n 1 k
M
N
k 1 N
(m i , n j )
j+5 j+ 4 j+ 3 j+ 2 j+ 1 j j-1 j-2 j-3
三步法
j-4
j-5 j-6
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i-6 i-5 i-4 i-3 i-2 i-1 i i+1 i+2 i+3 i+4 i+5 i+6 j+6
x (n ) + e(n) － ^ x (n )
预测器
Q
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序列图像中运动矢量的估值
运动矢量估值的必要性：
序列图像的相关性很大，通过运动矢量 的估计可以极大地降低图像的数据传送率。
如何提取序列图像中的物体运动信息？
j+5 j+ 4 j+ 3 j+ 2 j+ 1 j j-1 j-2 j-3
二维对数法
j-4
j-5 j-6
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i-6 i-5 i-4 i-3 i-2 i-1 i i+1 i+2 i+3 i+4 i+5 i+6 j+6
全搜索点数为169(132)
所需的搜索步骤 (a) 5 3 9 6 (b) 7 3 12 6
值得一提的是：
如果有条件并行计算，减少搜索步骤比减少搜索点 数更重要
1/ 2
2 b ( m , n ) k m 1 n1
M N
1/ 2
2 b ( m i , n j ) k 1 m 1 n1
M
2. 均方差值MSE
1 M N 2 MSE(i , j ) [ b ( m , n ) b ( m i , n j )] k k 1 MN m 1 n1 1 M N MAD(i , j ) | bk (m, n) bk 1 (m i , n j ) | MN m 1 n1
j+5 j+ 4 j+ 3 j+ 2 j+ 1 j j-1 j-2 j-3
共轭方向法
j-4
j-5 j-6
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i-6 i-5 i-4 i-3 i-2 i-1 i i+1 i+2 i+3 i+4 i+5 i+6 j+6
块匹配方法和递归方法
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块匹配方法
当前帧中 的子块
搜索范围SR：
SR=(M+2dm)×(N+2dm)
M dm
dm
前一帧中的 最佳匹配子块
两个重要问题：
1. 匹配准则 2. 搜索方法
dm N dm 前一帧中的 搜索区域
j+5 j+ 4 j+ 3 j+ 2 j+ 1 j j-1 j-2 j-3
正交法
j-4
j-5 j-6
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不同方法的搜索量(dm=6,
搜索方法 二维对数法 三步法 共轭正交法 正交搜索法 所需的搜索点数 (a) 18 25 12 13 (b) 21 25 15 13