《多媒体技术基础》第3版第08章_小波图像编码
第五版《大学计算机基础》思考题及答案
大学计算机基础思考题第一章计算机与信息社会1. 计算机的发展经历了哪几个阶段？各阶段的主要特征是什么？● 第一代电子计算机——电子管● 第二代电子计算机——晶体管电路● 第三代电子计算机——集成电路● 第四代电子计算机——大规模集成电路2. 按综合性能指标，计算机一般分为哪几类？1 高性能计算机2 微型计算机（个人计算机）3 工作站4 服务器5 嵌入式计算机3. 信息与数据的区别是什么？数据是信息的载体。
信息有意义，而数据没有。
但当数据以某种形式经过处理、描述或与其他数据比较时，便赋予了意义。
第二章计算机系统1. 简述计算机执行指令的过程。
1）取指令2）分析指令3）执行指令4）一条指令执行完成，程序计数器加1，然后回到1）。
2. 存储器的容量单位有哪些？若内存的大小为512MB，则它有多少个字节？单位：B KB MB GB TB 512MB＝512×1024×1024 B3. 指令和程序有什么区别？指令是能被计算机识别并执行的一串二进制代码，它规定了计算机能完成的某一种操作。
程序是由一系列指令组成的。
4. 简述机器语言、汇编语言、高级语言各自的特点。
（1）机器语言是由二进制代码0和1按一定规则组成的、能被机器直接理解和执行的指令集合。
（2）汇编语言是使用一些反应指令功能的助记符代替机器语言的符号语言（3）高级语言是一种接近于自然语言和数学公式的程序设计语言。
5．计算机的硬件系统由哪几部分构成？主机主要包括了哪些部件？硬件系统由主机和外部设备组成，主机主要包括中央处理器（CPU）和内存，外部设备包括输入设备、输出设备和外存。
6．衡量CPU性能的主要技术指标有哪些？（1）CPU字长，CPU内部各寄存器之间一次能够传递的数据位，即在单位时间内能一次处理的二进制的位数。
（2）位宽，CPU通过外部总线与外部设备之间一次能够传递的数据位。
（3）x位CPU，通常用CPU的字长和位宽来称呼CPU（4）CPU外频，即CPU总线频率，是由主板为CPU提供的基准时钟频率（5）CPU主频，也叫工作频率，是CPU内核电路的实际运行频率。
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
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轾 犏 l0
en-1]犏 犏 犏l1
犏 犏 犏 臌
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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
《多媒体技术教程(第三版)》课后习题答案
《多媒体技术教程(第三版)》课后习题答案《多媒体技术教程》（第三版）习题解答第1章绪论1．多媒体信息系统和多媒体计算机有什么不同？在概念上应如何看待两者之间的关系？多媒体信息系统是新一代高度集成的、功能强大的、智能化的计算机信息系统，它是提供多媒体信息、辅助人们对环境进行控制和决策的系统，是基于计算机、通信网络等现代化的工具和手段，服务于管理领域的信息处理系统。
而多媒体计算机指的是硬件设施，多媒体计算机是多媒体信息系统得以应用的平台。
2．试归纳叙述多媒体关键特性以及这些特性之间的关系。
多媒体的关键特性主要包括信息载体的多样性、交互性和集成性这三个方面，这既是多媒体的主要特征，也是在多媒体研究中必须解决的主要问题。
信息载体的多样性是相对于计算机而言的，指的就是信息媒体的多样化，有人称之为信息多维化；多媒体的第二个关键特性是交互性，多媒体系统将向用户提供交互式使用、加工和控制信息的手段，为应用开辟更加广阔的领域，也为用户提供更加自然的信息存取手段；多媒体的集成性主要表现在两个方面，一是多媒体信息媒体的集成，二是处理这些媒体的设备与设施的集成。
信息载体的多样性是集成性的基础，没有多种信息媒体，也就无法进行多媒体信息的集成化处理；而处理多媒体的设备与设施的集成性是实现交互性的前提，没有系统、网络、软硬件设施的集成，就无法为用户交互式使用、加工和控制信息提供平台。
3．为什么说多媒体缩短了人类信息交流的路径？人类与计算机进行信息交流的目的是什么？与以往的方法相比，计算机在数据处理方面有了很大的改善。
计算机所提供的功能强大的数据组织和构造技术，如传统数据结构中的数组、向量、队列、堆栈、树和堆等，为动态地加工和处理数据提供了基础。
高效的算法和高速的网络通信，大大地加强了用文字和数据表示概念的能力并加速了它的传递过程。
但人类并不是仅仅依赖文本这一类单一的数据形式来传递所有的信息和接受概念的，图像、声音等多媒体信息都是人类获取和传递信息极为重要的渠道。
《多媒体通信技术》
信息压缩的可行性
（6）视觉听觉冗余 视觉听觉冗余是指人的视觉、听觉分辨率低于实际图 象、音频的分辨率所产生的冗余。
例如，人的视觉对灰度等级的分辨率是2个等级，而一般 图象量化所采用灰度等级是2等级。
例如， 人的视觉对于图像边缘的急剧变化不敏感， 对 图像的亮度信息敏感， 对颜色的分辨率较弱等。 因 此， 如果图像经压缩或量化发生的变化（或称引入 了噪声）不能被视觉所感觉， 则认为图像质量是完 好的或是够好的， 即图像压缩并恢复后仍有满意的 主观图像质量。
编程类
Vb VC Delphi Java
3. 多媒体信息的特点
多媒体数据类型复杂（多样性）
多媒体数据种类繁多也决定了多媒体数据表示的 复杂性
多媒体数据的实时性
由于在多媒体技术中新引入的复杂媒体类型大部 份都含有与时间有关的信息，因此在许多场合都要 求实时处理
3. 多媒体信息的特点
多媒体数据的同步性
(4) 存储媒体（storage medium）
存储媒体是指进行信息存储的媒体。包括：硬盘、 光盘、软盘、磁带、ROM、RAM等。
(5) 传输媒体（transmission medium）
传输媒体是指承载信息，将信息进行传输的媒体。 包括：双绞线、同轴电缆、光缆、无线电链路等。
在多媒体技术中的“多媒体”通常是指感觉媒体的 组合，即声音、文字、图像、数据等各种媒体的组合。
3．多媒体通信
多媒体通信技术是多媒体技术、计算机技术、通信技术和网络 技术等相互结合和发展的产物。
多媒体通信系统同时具有以下三个特征：
集成性 交互性 同步性
集成性：主要是对各类信息进行存储、传输、 处理、显现的能力。
1）内容数据信息：文本、图形、静止图像与 二值图像、声音、运动图像 。
多媒体技术基础复习试题(含答案)
《多媒体技术基础》复习题（最新）一、填空1、多媒体的英文是 multimedia , Virtual Reality 的含义是虚拟现实。
2、Windows95（98）系统中播放声音的软件有： CD播放器、媒体播放机和录音机。
3、文本、声音、图形、图像和动画等信息的载体中的两个或多个的组合构成了多媒体。
4、图形也称矢量图，是由诸如直线、曲线、圆或曲面等几何图形（称为图形）形成的从点、线、面到三维空间的黑白或彩色几何图。
5、音频有时也泛称声音，包括语音说明、背景音乐和效果音响。
6、计算机中保存声音文件的格式有多种，常用的有：波形音频文件（WAV 和数字音频文件（MIDI）。
7、波形音频文件是真实声音数字化后的数据文件。
8、数字音频文件又称乐器数字接口，是以一系列指令来表示声音的，可看成是声音的符号表示。
9、多媒体系统可分成 6个层次：多媒体外围设备、多媒体计算机硬件系统、多媒体核心系统、媒体制作平台与工具、创作/编辑软件、应用系统。
10、构建一个多媒体系统，硬件是基础, 软件是灵魂。
11、多媒体外围设备包括：音频、视频等多种媒体的输入/输出设备和装置，通讯（网络）传输设备及装置。
12、多媒体计算机硬件系统，包括多媒体计算机主机系统（MPC及各种外围设备的接口部件。
13、多媒体核心系统，其实质就是多媒体操作系统，也包括设备的驱动程序。
14、媒体制作平台与工具，就是多媒体素材准备工具。
15、多媒体编辑与创作系统，该层是开发多媒体应用系统的平台或环境，可以实现各种媒体的综合利用。
16、多媒体关键技术一般分成二类：多媒体应用所涉及的关键技术、研制多媒体计算机系统本身要解决的关键技术。
17、研制多媒体计算机系统要解决的关键技术包括：多媒体数据压缩技术、_多媒体专用芯片技术、多媒体输入/输出技术、多媒体存储技术、多媒体系统软件技术。
18、多媒体应用涉及的关键技术包括：多媒体素材采集/制作技术、多媒体应用程序开发技术、多媒体创作工具及开发环境、多媒体界面设计与人机交互技术、多媒体网络通讯技术、虚拟现实技术。
第1讲—第一章 多媒体技术概述(1)
3
● 参考书籍
● 参考书籍
《多媒体计算机 技术基础及应用》 技术基础及应用》 钟玉琢 高等教育出版社
《多媒体技术基础与应用》 多媒体技术基础与应用》 林福宗 清华大学出版社
4
● 课程概述
第1章 多媒体技术基础知识 第2章 数字音频处理技术 第3章 多媒体数据压缩技术 第4章 数字图像处理技术 第5章 动画与数字视频处理技术 第6章 多媒体应用系统开发技术
10
多媒体概述 多媒体技术的发展 ● 多媒体的研究始于80年代初，之后这项技术迅速崛起和飞速发展。 多媒体的研究始于80年代初，之后这项技术迅速崛起和飞速发展。 80年代初 多媒体技术发展的准备阶段（1985年以前） 多媒体技术发展的准备阶段（1985年以前） 年以前 ● 多媒体计算机系统 多媒体计算机系统Amiga ● 基本 基本CD—I系统 系统 ● 数字视频交互 数字视频交互DVI系统 系统 （Digital VIdeo Interactive) 多媒体的建立阶段（1985——1991） 1991） 多媒体的建立阶段（1985 1991 ● 图形化用户接口（GUI）的出现 图形化用户接口（ ） ● 一系列多媒 02
FRAME 03
FRAME 04
FRAME 05
FRAME 06
FRAME 07
单画面矢量动画、 单画面矢量动画、多画面帧动画
19
● 音频对象 文字 图形 图像 动画 音频
● midi音频 音频
● wav音频 音频 ● mp3压缩音频 压缩音频
音频数字信号、压缩音频信号 音频数字信号、
● MPC标准的提出 标准的提出
多媒体的发展阶段（1991 现在） 多媒体的发展阶段（1991——现在） 现在 ● 迅速深入到各个应用领域 ● 人类生活产生深刻影响
多媒体技术编码
LZW（Lempel-Ziv-Welch Encoding）编码LZW压缩编码是一种字典式无损压缩编码，主要用于图像数据的压缩，是由Lemple、Ziv 和Welch三人共同创造，并用其名字命名。
1977年以色列的Abraham.Lempel教授和Jacob.Ziv教授提出了查找冗余字符和用较短的符号标记替代冗余字符的概念，将之称为Lempel-ziv压缩技术。
后来由美国人Welch在1985年将Lempel-ziv压缩技术从概念阶段发展到运用阶段，并命名为Lempel-zivＷelch压缩技术，简称LZW技术，该技术被广泛应用于图像压缩领域。
它采用了一种先进的串表压缩，首先建立一个字符串表，把每一个第一次出现的字符串放入串表中，并用一个数字来表示，这个数字与此字符串在串表中的位置有关，并将这个数字存入压缩文件中，如果这个字符串再次出现时，即可用表示它的数字来代替，并将这个数字存入文件中，压缩文件只存贮数字，不存贮串，从而使图像文件的压缩效率得到较大的提高。
LZW算法不管是在压缩还是在解压缩的过程中都能正确的建立这个串表，压缩或解压缩完成后，这个串表又被丢弃。
LZW算法也在压缩文本和程序数据的压缩技术中唱主角，原因之一在于它的压缩率高。
在无失真压缩法中，LZW的压缩率是出类拔萃的。
另一个重要的特点是LZW压缩处理所化费的时间比其他方式要少。
LZW压缩有三个重要的对象：数据流（CharStream）、编码流（CodeStream）和编译表（String Table）。
在编码时，数据流是输入对象（文本文件的据序列），编码流就是输出对象（经过压缩运算的编码数据）；在解码时，编码流则是输入对象，数据流是输出对象；而编译表是在编码和解码时都须要用借助的对象。
LZW编码算法的具体执行步骤如下：步骤1 将所有单个字符存入串表并标号，读入第一个输入字符并将其作为前缀串w（作为词头prefix）。
步骤2 读入下一个输入字符k（如果没有字符K，则输出结束），组成w.k形式词组。
《多媒体技术与应用》教学大纲(完整版)
《多媒体技术与应用》教学大纲（完整版）-CAL-FENGHAI-(2O2OYEAR-YICA1) JINGBIAN第1章多媒体技术基础知识 (4)第1节多媒体技术概述 (4)多媒体技术的特点 (4)二.多媒体信息和文件 (4)三.多媒体关键技术及其标准 (5)四.多媒体技术的应用领域 (6)第2节多媒体个人计算机 (7)—.从PC 到MPC (7)二.中央处理器的本地信号处理 (7)三.CD-ROM 与DVD-ROM 驱动器 (8)四.音频信息处理和声卡 (8)五.图形、图像处理和显示卡 (9)六.视频信息处理和视频卡 (10)七.MPC的外部设备 (10)八.Windows的免费多媒体软件 (12)第3节其他多媒体设备 (12)—. 触摸屏 (12)二.数码相机 (14)三.数码视听设备 (15)第4节多媒体素材制作概述 (15)一.多媒体素材 (15)二.文本数据制作 (15)三.图像数据制作 (15)四.动画数据制作 (16)五.声音数据制作 (16)六.视频数据制作 (16)七.音、像制作工具的特点 (17)第一章复习与思考题： (17)第2章图像处理软件Photoshop CS3 (20)第1 节Photoshop CS3 的特点 (20)一、界而与工具 (20)二、浮动而板 (23)第2节图像的选取 (23)一、使用选择工具 (23)第3节图像的创作 (24)一、在Photoshop CS3 中绘图 (24)第4节图像的修饰 (25)一、对图像进行修饰处理 (25)二、擦除图像 (26)三、使用路径 (26)第5节使用图层 (27)一、简单图像的制作 (27)第6节使用通道 (28)第7节图像色彩处理 (29)第8节使用滤镜技术 (30)第二章复习与思考题： (32)第三章二维动画制作软件FLASH CS3 (32)第1节FlashCS3基础知识 (32)一、FlashCS3 功能介绍和概述 (33)二、Flash界而介绍 (33)三、FLASH的工具 (33)第2节FALSHCS3对象介绍 (33)一、对象的种类介绍： (33)二、FlashCS中对象的来源 (34)三、元件及元件库的使用 (34)第3节Flash帧和图层的基本操作 (35)一、槪念： (35)二、图层基本操作 (35)第4节Flash动画制作初步 (36)一、基本概念 (36)二、简单动画制作 (36)第5节Flash高级动画制作技巧 (38)一、引导线动画 (38)二、遮罩动画 (38)三、复合动画制作（略） (39)第6节声音的编借和使用 (39)一、导入外部声音 (39)二、引用声音 (39)三、编辑声音 (39)四、给按钮加上声效 (39)第7节动画发布 (39)第三章复习与思考题： (39)第1章多媒体技术基础知识教学目的和要求：1・掌握多媒体技术的特点。
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Lenna Soderberg (ne Sjööblom)
The First Lady of the Internet Size：512×512 pixels Colors：24 bits/pixel Lena24.bmp: 768 KB
In 1972
/~cnspci/misc/lenna/
8.6 JPEG 2000简介
8.6.1 JPEG 2000是什么 8.6.2 JPEG 2000的基本结构 8.6.3 JPEG 2000的主要功能 8.6.4 JPEG 2000标准的文档
2011年1月23日
第8章 小波图像编码
2/50
8.1 从子带编码到小波编码
子带编码
子带编码(subband coding，SBC)的基本思想
编码输出
对整幅图像编码一次，生成一种分辨率图像 小波系数的符号表 量化表
第8章 小波图像编码 22/50
在扫描过程中需维护两种表
2011年1月23日
8.3 EZW编码(续3)
标记 小波变换后的系数、名称 和符号，以三级小波分解为 例，见图8-6
第8章 小波图像编码 21/50
2011年1月23日
8.3 EZW编码(续2)
编码从最低分辨率图像开始
幅度大于域值的正系数用符号P表示 幅度小于域值的负系数用符号N表示 树根节点上的系数幅度小于域值而树枝中有大于域值 的非零树用符号Z表示 零树用符号T表示 符号集{P，N，T，Z，0，1}中的一系列符号
8.4.1 介绍 8.4.2 渐进图像的传输 8.4.3 分集排序算法 8.4.4 类型和变量 8.4.5 算法 8.4.6 算法举例
8.2 PSNR失真度量法 8.3 EZW编码
8.3.1 介绍 8.3.2 算法 8.3.3 算法举例
8.5 EBCOT编码简介
8.5.1 介绍 8.5.2 质量层的概念
x(m, n) 为原始图像的像素值
(m, n) 为解压缩之后的像素值 x
2011年1月23日 第8章 小波图像编码 17/50
8.2 图像失真度量法(续)
其他方法
规格化均方差(normalized mean square error，NMSE)
M 1 N 1
NMSE
m0 n 0 M 1 N 1 m0 n0
图8-1 Lena图的子带编码
2011年1月23日
第8章 小波图像编码
4/50
8.1 从子带编码到小波编码(续2)
多分辨率分析
S.Mallat于1988年在构造正 交小波基时提出了多分辨 率分析(multiresolution analysis)的概念，从空间上 形象地说明了小波的多分 辨率的特性，提出了正交 小波的构造方法和快速算 法，称为Mallat算法。根 据Mallat和Meyer等科学家 的理论，使用一级小波分 解方法得到的图像如图8-2 所示
Color
peppers24.bmp
/database/
2011年1月23日 第8章 小波图像编码 13/50
Standard test image(cont'd 5)
Elaine
Size
512×512 pixels 8 bits/pixel 256 KB
多媒体技术基础(第3版)
第8章 小波图像编码
林福宗 清华大学 计算机科学与技术系 linfz@ 2008年9月
第8章 小波图像编码目录
8.1 从子带编码到小波编码
8.1.1 子带编码 8.1.2 多分辨率分析 8.1.3 滤波器组与多分辨率 8.1.4 子带编码与小波编码 8.1.5 小波分解图像方法 8.4 SPIHT编码
第8章 小波图像编码 7/50
八带分解是使用最广泛的一种分解方法
2011年1月23日
8.1 从子带编码到小波编码(续5)
…
(a) 一级分解
(b) 三级分解
（c) Lena三级分解
图8-4 Lena图像的数据分解
2011年1月23日
第8章 小波图像编码
8/50
Standard test image
Color
mandrill24.bmp
/database/
2011年1月23日
第8章 小波图像编码
12/50
Standard test image(cont'd 4)
Peppers
Size
512x512 pixels 24 bits/pixel 768 KB
量化 小波变换
EZW中的 Zerotree, Embedding
熵编码
图8-5 EZW算法结构
2011年1月23日 第8章 小波图像编码 20/50
8.3 EZW编码(续1)
EZW(嵌入式零树小波)图像编码概要
“小波”表示该算法以离散小波变换为基础，以变 换后的大系数比小系数更重要以及高频子带中的 小系数可以忽略为背景 “零树”表示小波变换系数之间的数据结构，用同 一方向和相同空间位置上的所有小波系数构成一 棵树，如果树根及其子孙的小波系数的绝对值小 于某个给定域值，则这棵树就称为零树 “嵌入”表示一幅图像可以分解成一幅低分辨率图 像和分辨率由低到高的许多子图像 按用户对图像分辨率的不同要求， EZW编码器 进行多次编码，每进行一次编码，域值降低 1/2，水平和垂直方向的图像分辨率分别提高1倍
图8-3 Lena的多分辨率分析图像
2011年1月23日 第8章 小波图像编码 6/50
8.1 从子带编码到小波编码(续4)
小波分解图像方法
使用小波变换把图像分解成各种子带的方法有很多 种。例如，
均匀分解(uniform decomposition) 非均匀分解(non-uniform decomposition) 八带分解(octave-band decomposition) 小波包分解(wavelet-packet decomposition) 根据不同类型的图像选择不同小波的自适应小波分解 (adaptive wavelet decomposition)等 属于非均匀频带分割方法，它把低频部分分解成比较窄的 频带，而对每一级分解的高频部分不再进一步分解 图8-4表示Lena图像的数据分解
第8章 小波图像编码 19/50
SPIHT [Said-Pearlman-1996]
EBCOT [Taubman-1998]
2011年1月23日
8.3 EZW编码
EZW是什么
embedded zerotree wavelet的缩写 EZW是多分辨率图像编码算法
Lewis，A. S.和Knowles, G.于1992年介绍了表示小波变换 系数的一种树形数据结构[6]； Shapiro, J. M.于1993年将这种树形数据结构称为“零树 (zerotree)”，并开发了称为嵌入式零树小波(embedded zerotree wavelet，EZW)的图像编码算法[7]，用于熵编码
子带编码的应用
子带分割方法
符号：2↓表示频带降低1/2，HH表示频率最高的子带，LL 表示频率最低的子带
这个过程可以重复，直到符合应用要求为止 滤波器组称为分解滤波器树(decomposition filter trees)
2011年1月23日
第8章 小波图像编码
3/50
8.1 从子带编码到小波编码(续1)
barbara8.bmp
2011年1月23日
第8章 小波图像编码
15/50
Standard test image(cont'd 7)
Goldhill Size
512×512 pixels
Grayscale
8 bits/pixel goldhill8.bmp 256 KB
2011年1月23日
第8章 小波图像编码
16/50
8.2 图像失真度量法
峰值信号噪声比(PSNR)
在图像编码系统中，常用峰值信号噪声比(peak signal to noise ratio, PSNR)来衡量 最大像素值的平方与均方差(mean square error， MSE)之比[5]
( Peak Signal Value) 2 PSNR 10 log10 (db) MSE 2552 PSNR 10 log10 (db) 对8位二进制图像： MSE 1 M 1 N 1 2 MSE x m n x m n ( , ) ( , ) 其中， MN m 0 n 0
/~cnspci/misc/lenna/
2011年1月23日 第8章 小波图像编码 10/50
Standard test image(cont'd 2)
Girl (Tiffany)
Size
512×512 pixels 24 bits/pixel 768 KB
Grayscale
Elaine8.bmp
/database/
2011年1月23日 第8章 小波图像编码 14/50
Standard test image(cont'd 6)