《多媒体技术》电子教案：多媒体数据压缩编码技术
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《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。
第六章多媒体数据压缩编码技术第一节.ppt
。2020年11月11日星期三2020/11/112020/11/112020/11/11
• 15、会当凌绝顶，一览众山小。2020年11月2020/11/112020/11/112020/11/1111/11/2020
• 16、如果一个人不知道他要驶向哪头，那么任何风都不是顺风。2020/11/112020/11/11November 11, 2020
数据冗余的基本概念
冗余是指信息所具有的各种性质中多余的无用空间， 其多余的程度叫做“冗余度”
信息量、数据量和冗余量之间的关系式： I = D- du
I代表信息量 D表示数据量 du是冗余量
数据冗余的例子
播音员播音： 180字/分钟， 4kHz
计算机中用2个字节表示一个汉字 ，即360字节/分钟
前 数字化 (8khz、8位、单声道)
信息熵冗余
理论状态下，b(yi)应设为：
b(y)logp
i
2i
式中，pi是yi的发生概率、由于要预先估算出
{p,p...p } 很困难．因此 实际上一般取：
01
k1
b(y)b(y)...b(y)
0
1
k 1
因此，单位数据量d的值必然大于信息熵E，产 生信息熵冗余。
三、数据压缩编码应用领域
❖ 图像信号、视频信号和音频信号的压缩编码 ❖ 文件存储系统和分布式系统的数据压缩编码 ❖ 为数据安全保密而开发的数据压缩编码
第一节 多媒体数据压缩编码概述
1、多媒体数据压缩的必要性 2、多媒体数据压缩的可能性 3、多媒体数据压缩的应用领域 4、多媒体数据压缩编码方法的分类 5、多媒体数据压缩编码方法的评价
一、压缩编码的必要性
存储
一、压缩编码的必要性
多媒体通信技术与应用课程教案-多媒体数字图像与视频压缩编码
对于无记忆的图像信息源而言，我们无法确切地知道信息
源在下一时刻发出的符号是符号集
中的哪一个
符号，因此信息源所发出的符号Si本身就是一个随机变量，而 其信息量I又是Si的函数。由此可知，XI也 是S1,一S2个, 随Sn 机变量，这样
我们就可以求出图像信息源X发出符号集Sn中各符号的信息量 的统计平均（即求其数学期望），从而得到符号集Sn中每个符 号的平均信息量。
彩色电视制式有PAL、NTSC和SECAM。
（3）彩色电视的空间频率响应 时间频率是单位时间内某物理量（电压或电流）周期性变化
的次数来定义，单位周/秒。而空间频率则是某物理量（亮度、 光强度）在单位空间距离内周期性变化的次数，单位为周/米。
实验研究发现，人眼对不同空间细节的分辨率是变化的，可 用视觉空间频率响应曲线表示，如图：
由于人眼对亮度的感觉是相对的，即同一亮度在不同 的环境亮度下给人的亮度感觉是不同的。因此，当人们看电 视时，在考虑环境亮度后，电视图像的对比度为：
C Lmax L Lmin L
其中 L 为环境亮度。
2.1
人眼对不同波长的光所呈现的视觉感知是不同的，而且因人而 异。为了了解人眼的视觉特性，因此国际照明委员会（CIE）特推 荐标准视度曲线（人眼视觉光谱灵敏度曲线）。
13.5
6.75
亮度信号和色差信号均采用 PCM 8bit
720
360
按照表3－4所示的取样比例所构成的视频信号格式为 4:2:2。
根据不同的应用，还可以采用4：4：4和4:1:1标准， 当对图像质量要求不是很高时，也可以采用2：1：1标准。
图 3－7 4:2:2取样结构及点阵的大小
4：4：4标准：它是直接对R,G,B进行分量编码的标准，而且 各分量的取样频率都相同，即13.5MHz。
《多媒体技术》教案
3）图形、图象文件格式：GIF、BMP、JPG、TGA、TIF、PCX、PCD等。
4）影象文件格式：AVI、MOV、MPG、DAT、DIR等
5）动画文件格式：GIF、SWF等
3、多媒体数据压缩和编码技术
1）多媒体的数据量、信息量和冗余
空间冗余、时间冗余、编码冗余、结构冗余、知识冗余、视觉冗余、其他冗余
【选择/移动】按钮、【文本】按钮、【固定角度直线】、【任意角度直线】按钮、 【椭圆】按钮、【矩形】按钮、【圆角矩形】按钮、【多边形】按钮。
三、显示图标
1′
2′
4
6′
教学环节
学生活动
时间分配
显示（Display）图标 是Authorware中最重要、最基
本的图标，可用来制作课件的静态画面、文字，可用
来显示变量、函数值的即时变化。
6、改变文本的属性；改变文本位置；
7、3、导入外部图片
图片属性对话框(修改|图像属性，双击图片)、选择多个图片、组合图片与取消组合、图片对齐、
4、多个图片之间设置层(修改|置于上层，置于下层)
8、5、显示图标属性对话框(修改|图标|属性，ctrl+双击图标)
9、图片和文字对象的六种显示模式
学生回答
4′
教具资料
计算机、教科书
教学环节
教师讲授、指导内容
学生活动
时间分配
组织教学
导言
新授
运动图标
功能：制作简单的二维动画。
【运动】图标本身并不含有可移动的对象，它只是驱动其它显示对象移动，从而生成一种动画效果。我们主要以显示图标里的显示对象为例制作动画。一个【运动】图标移动的是一个显示图标中的全部对象，而且一个动画图标只能对应一个显示对象的移动。如果想移动多个对象，就要把这些显示对象分别放在不同的显示图标里，每个图标后都跟着一个动画图标来满足这些显示对象的移动要求。
4）影象文件格式：AVI、MOV、MPG、DAT、DIR等
5）动画文件格式：GIF、SWF等
3、多媒体数据压缩和编码技术
1）多媒体的数据量、信息量和冗余
空间冗余、时间冗余、编码冗余、结构冗余、知识冗余、视觉冗余、其他冗余
【选择/移动】按钮、【文本】按钮、【固定角度直线】、【任意角度直线】按钮、 【椭圆】按钮、【矩形】按钮、【圆角矩形】按钮、【多边形】按钮。
三、显示图标
1′
2′
4
6′
教学环节
学生活动
时间分配
显示（Display）图标 是Authorware中最重要、最基
本的图标，可用来制作课件的静态画面、文字，可用
来显示变量、函数值的即时变化。
6、改变文本的属性；改变文本位置；
7、3、导入外部图片
图片属性对话框(修改|图像属性，双击图片)、选择多个图片、组合图片与取消组合、图片对齐、
4、多个图片之间设置层(修改|置于上层，置于下层)
8、5、显示图标属性对话框(修改|图标|属性，ctrl+双击图标)
9、图片和文字对象的六种显示模式
学生回答
4′
教具资料
计算机、教科书
教学环节
教师讲授、指导内容
学生活动
时间分配
组织教学
导言
新授
运动图标
功能：制作简单的二维动画。
【运动】图标本身并不含有可移动的对象，它只是驱动其它显示对象移动，从而生成一种动画效果。我们主要以显示图标里的显示对象为例制作动画。一个【运动】图标移动的是一个显示图标中的全部对象，而且一个动画图标只能对应一个显示对象的移动。如果想移动多个对象，就要把这些显示对象分别放在不同的显示图标里，每个图标后都跟着一个动画图标来满足这些显示对象的移动要求。
多媒体技术_多媒体数据压缩编码技术
4.知识冗余
图像的理解与某些基础知识有关。 例:人脸的图像有同样的结构：嘴的上方有鼻子， 鼻子上方有眼睛，鼻子在中线上…… 知识冗余是模型编码主要利用的特性。
5.视觉冗余
人的视觉系统对图像场的敏感性是非均匀、 非线性的。 （1）对图像亮度和色差的敏感性相差很大 Y：U：V＝8：4：4 或者Y：U：V＝8：2：2 （2）随着亮度增加，视觉系统对量化误差的敏感 度降低。 （3）人的视觉系统把图像边缘和非边缘区域分开 处理。
第四章、多媒体数据压缩编码技术
本章要点
（1）多媒体数据压缩编码的重要性和分类。 （2）量化的基本原理和量化器的设计思想。 （3）常用压缩编码算法的基本原理及实现技术、 预测编码、变换编码、统计编码(Huffman编码、 算术编码)。 （4）静态图像压缩编码的国际标准（JPEG）原 理、实现技术，以及动态图像压缩编码国际标 准(MPRG)的基本原理。
4.2.2 标量量化器的设计
量化器的设计要求 通常设计量化器有下述两种情况： 1. 给定量化分层级数，满足量化误差最小。 2. 限定量化误差，确定分层级数，满足以尽 量小的平均比特数，表示量化输出。
量化方法有标量量化和矢 量量化之分，标量量化又可分 为，均匀量化、非均匀量化和 自适应量化。
（1）均匀量化
例如:从64个数中选出某一个数。可先问“是 否大于32?”消除半数的可能,这样只要6次就可选 出某数。 如果要选择的数是35,则过程如下: 1.大于/小于 32？ 大 2.大于/小于 32+16=48？ 小 3.大于/小于 48-8=40？ 小 4.大于/小于 40-4=36？ 小 5.大于/小于 36-2=34？ 大 6.大于/小于 34+1=35 等
（4）混合编码
第6讲-多媒体数据压缩编码方法
0
1
A 0
0 1 C
1 0 D 1 E
B
这幅图像的熵为: H（S）=(15/39) log2(39/15) + (7/39)log2(39/7) + (7/39)log2(39/7) + (6/39)log2(39/6) +(5/39)log2(39/5) = 2.1859 这说明每个符号可用2.1859位表示，39个象素需用85.25位。 编码中以N表示编码器输出码字的平均码长，用熵值衡量是 否最佳编码，即：当N>>H（S）有冗余，不是最佳；N< H(S)，不 可能；N≈H（S）（N稍大于H（S）），是最佳编码。
S=（A，B，C，D，E） 符号 出现的次数(Pi) A 15(0.3846) B 7(0.1795) C 6(0.1538) D 6(0.1538) E 5(0.1282)
log2(1/pi) 1.38 2.48 2.70 2.70 2.96
分配的代码 需要位数 0 15 100 21 101 18 110 18 111 15
• 离散信源
S1, S2 , ..., Sn X p(S ), p(S ), ..., p(S ), 2 n 1
p ( Si ) 1
i 1
n
• 图像的信息熵
H ( X ) p( Si ) I ( Si ) p( Si ) log 2 p( Si ) 1
第6讲 多媒体数据压缩 和信息编码
内 容 提 要
多媒体数据压缩基本特征和方法
图像统计特性
无损数据压缩编码方法 有损数据压缩编码方法
多媒体数据压缩基本特征和方法
1.数据压缩的处理过程：
编码过程：对原始数据进行压缩，便于存储和传输。 解码过程：对压缩数据进行解压，恢复成可用数据。
多媒体计算机技术 电子教案 第5章 多媒体数据压缩编码技术
多媒体数据压缩编码的重要性
对于如此巨大的多媒体数据，如果不经 过压缩，不仅超出了计算机的存储和处理能 力，而且在现在的通信信道的传输速率下， 是无法完成大量多媒体信息的传输的，多媒 体数据的高速传输和储藏所需要的巨大容量 已经成为多媒体数据通信技术的最大障碍。 因此，为了存储、处理和传输这些数据，必 须进行压缩。
算术编码可以是静态的或者自适应的。在静态算术编码中，信源符 号的概率是固定的。在自适应算术编码中,信源符号的概率根据编码 时符号出现的频繁程度动态地进行修改,在编码期间估算信源符号概 率的过程叫做建模。需要开发动态算术编码的原因是因为事先知道精 确的信源概率是很难的,而且是不切实际的。当压缩消息时,我们不能 期待一个算术编码器获得最大的效率,所能做的最有效方法是在编码 过程中估算概率。因此动态建模成为确定编码器压缩效率的关键。
知识冗余
许多图像的理解与图像所表现内 容的基础知识（鲜艳或背景知识）有 相当大的相关性，从这种知识出发可 以归纳出图像的某种规律性变化，这 类冗余称为知识冗余。知识冗余的一 个典型例子是对人像的理解，如鼻子 上方有眼睛、鼻子又在嘴的上方等。
视觉冗余
人类的视觉系统实际上只在一定 程度上对图像的变化产生敏感，即图 像数据中存在着大量人类视觉觉察不 到的细节。事实上，人类视觉系统的 一般分辨率为64灰度级，而一般图像 量化采用的是256灰度级，这类冗余称 为视觉冗余。
算术编码
算术编码在图像数据压缩标准(如JPEG，JBIG)中扮演了重要的角 色。在算术编码中，消息用0到1之间的实数进行编码，算术编码用到 两个基本的参数：符号的概率和它的编码间隔。信源符号的概率决定 压缩编码的效率，也决定编码过程中信源符号的间隔，而这些间隔包 含在0到1之间。编码过程中的间隔决定了符号压缩后的输出。
《多媒体技术》教案
《多媒体技术》教案一、教学目标1、让学生了解多媒体技术的基本概念和主要特点。
2、使学生熟悉多媒体技术所涉及的关键技术，如数据压缩、图像处理、音频处理、视频处理等。
3、帮助学生掌握常见的多媒体软件和工具的使用方法，能够进行简单的多媒体作品创作。
4、培养学生的创新思维和实践能力，提高学生对多媒体技术的应用意识。
二、教学重难点1、重点（1）多媒体技术的概念、特点和关键技术。
（2）常见多媒体软件的操作和应用。
2、难点（1）数据压缩技术的原理和算法。
（2）多媒体作品的创意设计和综合制作。
三、教学方法1、讲授法：讲解多媒体技术的基本概念和原理。
2、演示法：通过演示多媒体软件的操作过程，让学生直观地了解如何进行多媒体创作。
3、实践法：安排学生进行实际操作，加深对所学知识的理解和掌握。
四、教学过程1、课程导入（约 5 分钟）通过播放一段精彩的多媒体作品，如动画电影片段、音乐视频等，引起学生的兴趣，然后提问学生对多媒体的感受和认识，从而引出本节课的主题——多媒体技术。
2、知识讲解（约 30 分钟）（1）多媒体技术的概念多媒体技术是指能够同时获取、处理、编辑、存储和展示两个或两个以上不同类型信息媒体的技术，这些信息媒体包括文字、图形、图像、声音、动画和视频等。
（2）多媒体技术的特点①集成性：能够将多种不同类型的媒体信息有机地集成在一起。
②交互性：用户可以与多媒体系统进行交互操作，控制信息的展示和处理。
③实时性：能够实时处理和展示多媒体信息，保证信息的及时性和连贯性。
④数字化：多媒体信息以数字形式存储和处理，便于传输和共享。
（3）多媒体技术的关键技术①数据压缩技术：由于多媒体数据量巨大，需要采用压缩技术来减少存储空间和传输带宽。
常见的压缩算法有有损压缩和无损压缩。
②图像处理技术：包括图像的获取、编辑、增强、压缩等，常用的图像处理软件有 Photoshop 等。
③音频处理技术：涉及音频的录制、编辑、合成、特效处理等，如Adobe Audition 软件。
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(2) 有损压缩编码种类 预测编码： DPCM ，运动补偿 频率域方法：正文变换编码 (如 DCT) ，子带编码 空间域方法：统计分块编码 模型方法：分形编码，模型基编码
2
基于重要性：滤波，子采样，比特分配，矢量量化 (3) 混合编码
JBIG ， H261， JPEG， MPEG 等技术标准
八、变长编码 使用长度可变的代码来对以不同频率出现的样本进行编码，主要用于消除代码冗余。
1． HUFFMAN 编码： 对统计独立信源达到最小平均码长的编码方法。原理：对代码长度
不均匀的编码，按信源符号出现的概率大小进行排序，出现概率大的分配短码，出现
概率小的则分配长码
霍夫曼编码是可变字长编码 (VLC) 的一种。 Huffman 于 1952 年提出一种编码方法，该方法完
全依据字符出现概率来构造异字头的平均长
度最短的码字，有时称之为最佳编码，一般就叫
作 Huffman 编码。下面引证一个定理，该定 理保证了按字符出现概率分配码长，可使平均码
长最短。
定理：在变字长编码中， 如果码字长度严格按照对应符号出现的概率大小逆序排列，
则其平 均
码字长度为最小。
现在通过一个实例来说明上述定理的实现过程。 设将信源符号按出现的概率大小顺序排列为
一、多媒体数据的特点： 数据量巨大 数据类型多 数据类型间区别大 多媒体数据的输入输出复杂
二、多媒体数据压缩编码的重要性 数据两巨大：存储、传输、处理耗时耗空间
三、多媒体数据压缩的可能性 在多媒体信息中包含有大量冗余的信息，把这些冗余信息去掉，实现了压缩。
冗余信息包括： （ 1） 空域相关：在每一帧的相邻像素之间相关性很大，有很大的信息冗余量 （ 2） 时域相关：相邻帧之间存在很大的信息冗余量 （ 3） 视觉掩盖效应 四、数据压缩技术的三个指标 （ 1） 压缩前后所需的信息存储量之比要大 （ 2） 实现压缩的算法要简单 （ 3） 恢复效果要好 六、数据压缩的基本原理 有 40 余年历史，常用压缩编码方法：
)
0.20 0.19 0.18 0.17 0.15 0.11
对 a5 与 a′６分别指定 “1”与 “0后”，再作概率相加并重新按概率排序得
U″：（ 0.26 0.20 0.19 0.18 0.17 ） …
直到最后得 U″″：（0.61 0.39）
分别给以 “0，”“1”为止 }
霍夫曼编码的具体方法： 先按出现的概率大小排队， 把两个最小的概率相加， 作为新的概率 和
冗余压缩法（无损压缩） ：就是信息保持编码或熵编码。具体讲就是解码图像和压缩编码 前的图像严格相同，没有失真，从数学上讲是一种可逆运算。 有损编码（熵压缩法） ：失真度编码或熵压缩编码。也就是讲解码图像和原始图像是有差 别的，允许有一定的失真
应用在多媒体中的图像压缩编码方法，从压缩编码算法原理上可以分类为： (1) 无损压缩编码种类 哈夫曼编码 算术编码 行程编码 Lempel zev 编码
个区间。 当出现一个新的待编码符号， 先把完整的 0 到 1 区间映射到上一次形成的区间， 然后
新区间取为 0 到 1 上的新符号对应区间所映成的像。 解码时， 根据区间的覆盖性来逐一解出原
符Байду номын сангаас串。
九、预测编码： 由于离散信号见存在一定关联性， 因此可以根据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值进行编码。 预测的越准确， 则误差信号就越小，
这样，就可以用较小的数码对误差信号进行编码，进而达到压缩的目的。
根据某一数据模型利用以往的样本值对新样本值进行预测，
然后将样本实际值与预测值的差值
进行编码。 如果模型足够好， 且样本序列的时间相关性较强， 那么误差信号的幅度将远小于原
始信号， 可以用较少的值对其差值量化， 得到较好的压缩效果。 预测编码常用的是差分脉冲编
：
a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7
U： (
)
0.20 0.19 0.18 0.17 0.15 0.10 0.01
给概率最小的两个符号 a6 与 a7 分别指定为 “1”与 “0，”然后将它们的概率相加再与原来的
a1~a5 组合并重新排序成新的原为：
a1 a2 a3 a4 a5 a6′
U′： (
的频率， 不管统计是平稳的或非平稳的， 编码的码率总能趋近于信源熵值， 每次迭代时的编码
算法只处理一个数据符号，并且只有算术运算。
原理： 也是一种统计编码， 每个符号对应 0 到 1 上的一段子区间， 区间长度为该符号出现的概
率。 该方法将被编码的符号串 （数值串） 表示成实数 0 到 1 之间的一个区间。 初始把它设为整
剩余的概率重新排队，再把最小的两个概率相加，再重新排队，直到最后变成
1。每次相 加
时都将 “0”和“1赋”与相加的两个概率，读出时由该符号开始一直走到最后的
“1，” 将路线上所
遇到的 “0”和“1按”最低位到最高位的顺序排好，就是该符号的霍夫曼编码。
3
例如 a7 从左至右，由 U 至 U″″，其码字为 0000；
1. 数据压缩技术概述（ 20 分） 2. 统计编码（ 40） 3. 预测编码（ 20 分） 三、总结（ 3 分） 四、布置作业（ 2 分）
课后作业： P254 一、 3 二、 3 教学后记：
任课教师：
1
教研室主任
新课导入： 在多媒体信息中包含有大量冗余的信息，把这些冗余信息去掉，实现了压缩。
第 3 章 多媒体数据压缩编码技术
教师授课教案
/
章节课题 授课方法 授课时间 授课班级
学年
第 学期
课程 多媒体技术
第三章 多媒体数据压缩编码技术
讲授
月日节
月日节
所需教具 月日节
目的要求： 了解数据压缩的基本原理
旧知复习：多媒体数据的特点 重点难点：数据压缩的基本原理
教学过程：（包括主要教学环节、时间分配） 一、复习提问（ 5 分） 二、讲授新课
a6 按践线将所遇到的 “ 0和”“ 1按”最低位到最高位的顺序排好，其码字为 用霍夫曼编码所得的平均比特率为： Σ码长 ×出现概率
0001 …
上例为：
15×3+0.1 ×4+0.01 ×4=2.72 bit
可以算出本例的信源熵为 2.61bit ，二者已经是很接近了。
2． 算术编码：二元码的编码方法 定义： 是一种二元码的编码方法， 在不考虑信源统计的情况下， 只要监视一小段时间内码出现
2
基于重要性：滤波，子采样，比特分配，矢量量化 (3) 混合编码
JBIG ， H261， JPEG， MPEG 等技术标准
八、变长编码 使用长度可变的代码来对以不同频率出现的样本进行编码，主要用于消除代码冗余。
1． HUFFMAN 编码： 对统计独立信源达到最小平均码长的编码方法。原理：对代码长度
不均匀的编码，按信源符号出现的概率大小进行排序，出现概率大的分配短码，出现
概率小的则分配长码
霍夫曼编码是可变字长编码 (VLC) 的一种。 Huffman 于 1952 年提出一种编码方法，该方法完
全依据字符出现概率来构造异字头的平均长
度最短的码字，有时称之为最佳编码，一般就叫
作 Huffman 编码。下面引证一个定理，该定 理保证了按字符出现概率分配码长，可使平均码
长最短。
定理：在变字长编码中， 如果码字长度严格按照对应符号出现的概率大小逆序排列，
则其平 均
码字长度为最小。
现在通过一个实例来说明上述定理的实现过程。 设将信源符号按出现的概率大小顺序排列为
一、多媒体数据的特点： 数据量巨大 数据类型多 数据类型间区别大 多媒体数据的输入输出复杂
二、多媒体数据压缩编码的重要性 数据两巨大：存储、传输、处理耗时耗空间
三、多媒体数据压缩的可能性 在多媒体信息中包含有大量冗余的信息，把这些冗余信息去掉，实现了压缩。
冗余信息包括： （ 1） 空域相关：在每一帧的相邻像素之间相关性很大，有很大的信息冗余量 （ 2） 时域相关：相邻帧之间存在很大的信息冗余量 （ 3） 视觉掩盖效应 四、数据压缩技术的三个指标 （ 1） 压缩前后所需的信息存储量之比要大 （ 2） 实现压缩的算法要简单 （ 3） 恢复效果要好 六、数据压缩的基本原理 有 40 余年历史，常用压缩编码方法：
)
0.20 0.19 0.18 0.17 0.15 0.11
对 a5 与 a′６分别指定 “1”与 “0后”，再作概率相加并重新按概率排序得
U″：（ 0.26 0.20 0.19 0.18 0.17 ） …
直到最后得 U″″：（0.61 0.39）
分别给以 “0，”“1”为止 }
霍夫曼编码的具体方法： 先按出现的概率大小排队， 把两个最小的概率相加， 作为新的概率 和
冗余压缩法（无损压缩） ：就是信息保持编码或熵编码。具体讲就是解码图像和压缩编码 前的图像严格相同，没有失真，从数学上讲是一种可逆运算。 有损编码（熵压缩法） ：失真度编码或熵压缩编码。也就是讲解码图像和原始图像是有差 别的，允许有一定的失真
应用在多媒体中的图像压缩编码方法，从压缩编码算法原理上可以分类为： (1) 无损压缩编码种类 哈夫曼编码 算术编码 行程编码 Lempel zev 编码
个区间。 当出现一个新的待编码符号， 先把完整的 0 到 1 区间映射到上一次形成的区间， 然后
新区间取为 0 到 1 上的新符号对应区间所映成的像。 解码时， 根据区间的覆盖性来逐一解出原
符Байду номын сангаас串。
九、预测编码： 由于离散信号见存在一定关联性， 因此可以根据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值进行编码。 预测的越准确， 则误差信号就越小，
这样，就可以用较小的数码对误差信号进行编码，进而达到压缩的目的。
根据某一数据模型利用以往的样本值对新样本值进行预测，
然后将样本实际值与预测值的差值
进行编码。 如果模型足够好， 且样本序列的时间相关性较强， 那么误差信号的幅度将远小于原
始信号， 可以用较少的值对其差值量化， 得到较好的压缩效果。 预测编码常用的是差分脉冲编
：
a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7
U： (
)
0.20 0.19 0.18 0.17 0.15 0.10 0.01
给概率最小的两个符号 a6 与 a7 分别指定为 “1”与 “0，”然后将它们的概率相加再与原来的
a1~a5 组合并重新排序成新的原为：
a1 a2 a3 a4 a5 a6′
U′： (
的频率， 不管统计是平稳的或非平稳的， 编码的码率总能趋近于信源熵值， 每次迭代时的编码
算法只处理一个数据符号，并且只有算术运算。
原理： 也是一种统计编码， 每个符号对应 0 到 1 上的一段子区间， 区间长度为该符号出现的概
率。 该方法将被编码的符号串 （数值串） 表示成实数 0 到 1 之间的一个区间。 初始把它设为整
剩余的概率重新排队，再把最小的两个概率相加，再重新排队，直到最后变成
1。每次相 加
时都将 “0”和“1赋”与相加的两个概率，读出时由该符号开始一直走到最后的
“1，” 将路线上所
遇到的 “0”和“1按”最低位到最高位的顺序排好，就是该符号的霍夫曼编码。
3
例如 a7 从左至右，由 U 至 U″″，其码字为 0000；
1. 数据压缩技术概述（ 20 分） 2. 统计编码（ 40） 3. 预测编码（ 20 分） 三、总结（ 3 分） 四、布置作业（ 2 分）
课后作业： P254 一、 3 二、 3 教学后记：
任课教师：
1
教研室主任
新课导入： 在多媒体信息中包含有大量冗余的信息，把这些冗余信息去掉，实现了压缩。
第 3 章 多媒体数据压缩编码技术
教师授课教案
/
章节课题 授课方法 授课时间 授课班级
学年
第 学期
课程 多媒体技术
第三章 多媒体数据压缩编码技术
讲授
月日节
月日节
所需教具 月日节
目的要求： 了解数据压缩的基本原理
旧知复习：多媒体数据的特点 重点难点：数据压缩的基本原理
教学过程：（包括主要教学环节、时间分配） 一、复习提问（ 5 分） 二、讲授新课
a6 按践线将所遇到的 “ 0和”“ 1按”最低位到最高位的顺序排好，其码字为 用霍夫曼编码所得的平均比特率为： Σ码长 ×出现概率
0001 …
上例为：
15×3+0.1 ×4+0.01 ×4=2.72 bit
可以算出本例的信源熵为 2.61bit ，二者已经是很接近了。
2． 算术编码：二元码的编码方法 定义： 是一种二元码的编码方法， 在不考虑信源统计的情况下， 只要监视一小段时间内码出现