多媒体数据文件与压缩技术
《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。
多媒体数据的压缩与传输优化技术
多媒体数据的压缩与传输优化技术随着科技的迅猛发展和互联网的普及，多媒体数据的传输需求越来越高。
然而，传输大量的多媒体数据不仅需要大量的带宽资源，还需要考虑数据压缩和传输优化技术，以提高传输效率。
本文将探讨多媒体数据的压缩与传输优化技术，并讨论它们在不同领域的应用。
一、多媒体数据的压缩技术多媒体数据压缩技术是将多媒体数据的冗余信息去除，以减少数据的存储空间和传输带宽的技术。
常见的多媒体数据压缩技术包括图像压缩、音频压缩和视频压缩。
1. 图像压缩图像压缩是将图像数据进行编码压缩，以减少存储空间和传输带宽，并保持较好的图像质量。
目前，常用的图像压缩方法包括无损压缩和有损压缩。
无损压缩通常用于要求图像质量没有任何损失的场景，而有损压缩则常用于需要降低图像质量但能大幅度减少数据量的场景。
2. 音频压缩音频压缩是将音频数据进行编码压缩，以减少存储空间和传输带宽，同时保持较好的音质。
常用的音频压缩方法包括无损压缩和有损压缩。
无损压缩适用于要求音质不受损的场景，而有损压缩则适用于需要大幅度减少数据量但允许一定音质损失的场景。
3. 视频压缩视频压缩是将视频数据进行编码压缩，以减少存储空间和传输带宽，同时保持较好的视觉质量。
常用的视频压缩方法包括帧内压缩和帧间压缩。
帧内压缩是指对视频帧内的像素进行压缩，而帧间压缩则是通过利用相邻帧之间的冗余信息进行压缩，能有效减少数据量。
二、多媒体数据的传输优化技术传输优化技术是指通过优化传输过程中的算法和协议，提高多媒体数据的传输效率。
常见的传输优化技术包括流媒体传输、分布式传输和错误控制。
1. 流媒体传输流媒体传输是指将多媒体数据以流的形式传输，实现边下载边播放的功能。
该技术有效节约了用户端的存储空间，并提供了较好的可观看体验。
流媒体传输常用的协议包括实时传输协议（Real-time Transport Protocol，RTP）和实时流传输协议（Real-time Streaming Protocol，RTSP）等。
多媒体压缩技术
多媒体压缩技术在当今数字化的时代，多媒体信息如音频、视频、图像等在我们的生活中无处不在。
从在线视频播放到手机中的照片存储，从远程会议到虚拟现实体验，多媒体数据的生成和传播呈爆炸式增长。
然而，大量的多媒体数据需要占用巨大的存储空间和传输带宽，这给存储设备和网络带来了沉重的负担。
为了解决这个问题，多媒体压缩技术应运而生，它就像是一位神奇的魔法师，能够在不损失太多质量的前提下，将庞大的多媒体数据变得小巧玲珑。
多媒体压缩技术的基本原理其实并不复杂，就像是我们收拾行李时把衣物尽可能紧凑地叠放起来，以节省空间。
在多媒体世界里，数据也可以通过各种巧妙的方式被“压缩”。
首先，让我们来谈谈图像压缩。
图像是由一个个像素点组成的，每个像素点都包含了颜色和亮度等信息。
在图像压缩中，有一种常见的方法叫做无损压缩。
无损压缩就像是把一个拼图完整地放进一个小盒子里，虽然盒子变小了，但拼图的每一块都还在，没有任何缺失。
比如说，行程编码就是一种无损压缩方法。
它通过记录相同像素值连续出现的次数来减少数据量。
假设一幅图像中有一大片蓝色区域，使用行程编码就可以只记录“蓝色，连续出现 100 个像素”，而不是逐个记录每个蓝色像素的信息。
除了无损压缩，还有有损压缩。
有损压缩就像是为了把更多的衣服塞进箱子，稍微牺牲一些不太重要的衣物。
在图像有损压缩中，JPEG格式是非常常见的。
它会根据人眼对颜色和细节的敏感度，去除一些不太容易被察觉的信息。
比如，人眼对亮度的变化比较敏感，但对颜色的细微差别不那么敏感，JPEG 压缩就会更多地保留亮度信息，而对颜色信息进行较大程度的压缩。
接下来是视频压缩。
视频本质上是一系列快速播放的图像帧。
视频压缩不仅要考虑每一帧图像的压缩，还要利用帧与帧之间的相似性。
比如，在一段视频中，如果背景几乎不变，只有人物在移动，那么就不需要对每一帧的背景都进行完整的记录，只需要记录第一帧的背景，后续帧只记录人物移动的变化部分。
这种方法被称为帧间压缩。
多媒体数据的压缩与传输技术
多媒体数据的压缩与传输技术随着计算机和互联网的不断发展，多媒体数据在我们的生活中扮演着越来越重要的角色，如音频、视频、图像等。
随之而来的问题就是如何保证这些数据的高效传输和存储。
本文将探讨多媒体数据的压缩与传输技术，以及优化这些技术的方法。
一、多媒体数据的压缩技术多媒体数据的压缩技术是指通过对数据进行编码和压缩，减少数据传输和存储所占用的空间和带宽。
常见的压缩技术包括有损压缩和无损压缩两种。
1. 有损压缩有损压缩是指通过丢弃一部分数据来减小数据的大小，以达到压缩的目的。
这种压缩方法适用于音频和视频等数据，一般情况下，这些数据对人的感知有一定的误差容忍度，可以通过有损压缩的方法将数据体积大幅度压缩。
常见的有损压缩算法包括MP3、JPEG、MPEG等。
2. 无损压缩与有损压缩相比，无损压缩可以确保数据在压缩后不会有任何信息丢失。
无损压缩适用于图像和文本等数据，这些数据对精确性要求较高。
常见的无损压缩方法包括GIF、PNG和ALAC等。
二、多媒体数据的传输技术多媒体数据的传输技术一般分为实时传输和非实时传输两类。
1. 实时传输实时传输是指数据的传输需要在某个时间点到达并得到有效处理的传输方法。
此类传输方法通常用于视频通话、游戏直播等场景中。
因此，实时传输需要具备低延迟、高质量和可靠性三个特点。
常见的实时传输技术包括传统的TCP/IP协议与User Datagram Protocol（UDP）协议相对应的RTCP（Real-time Transfer Control Protocol）和RTP（Real Time Transport Protocol）协议。
同时，目前应用最广泛的实时传输协议是WebRTC技术。
2. 非实时传输非实时传输则是指数据的传输不需要在某个时间点到达并得到有效处理的传输方式，该传输方法常用于文件下载、在线视频播放等场景中。
此类数据传输相对于实时传输，对于时间要求更为宽松，但需要对数据传输的可靠性和完整性进行保证。
多媒体数据压缩
缺点：
(1)编码中每个符号的编码长度只能为整数，如果源符号集的概率分布不是2的负n次方的形式，则无法达到熵极限。
(2)为可变长度码, 译码复杂
(3)需要事先知道输入符号集的概率分布
(4)没有错误保护功能
3.1.3 常用数据压缩方法的基本原理 算术编码 算术编码把一个信源集合表示为实数线上的0到1之间的一个区间。这个集合中的每个元素都要用来缩短这个区间。信源集合的元素越多，所得到的区间就越小，当区间变小时，就需要一些更多的数位来表示这个区间，这就是区间作为代码的原理。算术编码首先假设一个信源的概率模型，然后用这些概率来缩小表示信源集的区间。
3.1.3 常用数据压缩方法的基本原理
新子区间的起始位置＝
前子区间的起始位置＋当前符号的区间左端×前子区间长度
新子区间的长度＝
前子区间的长度×当前符号的概率（等价于范围长度）
最后得到的子区间的长度决定了表示该区域内的某一个数所需的位数。
01
03
02
04
05
3.1.3 常用数据压缩方法的基本原理
例：假设信源符号为{00，01，10，11}，这些符号的概率分别为{0.1，0.4，0.2，0.3}，根据这些概率可把间隔[0,1)分成四个子区间[0,0.1),[0.1,0.5),[0.5,0.7),[0.7,1)。如果二进制消息序列的输入为：10 00 11 00 10 11 01，请运用算数编码进行编码。
3.1.3 常用数据压缩方法的基本原理 行程编码(Run Length Coding) 是最简单、最古老的压缩技术之一，主要技术是检测重复的比特或字符序列，并用它们的出现次数取而代之。该方法有两大模式：一是消零(消空白)，二是行(游)程(run length)编码。 消零(或消空白)法：将数字中连续的“0”或文本中连续的空白用一个标识符(或特殊字符)后跟数字N(连续“0”的个数)来代替。 如数字序列： 742300000000000000000055 编码为： 7423Z1855
如何进行多媒体数据的压缩和解压缩
如何进行多媒体数据的压缩和解压缩随着互联网技术的不断发展，越来越多的多媒体数据被广泛应用于我们的生活和工作中，如音频、视频、图像等。
然而，多媒体数据在传输和存储中会面临一个共同的问题——数据量庞大，传输速度慢，占用存储空间大，难以实现高效传输和存储。
因此，多媒体数据的压缩和解压缩技术逐渐成为了一个热门的技术领域，本文将从多媒体数据的压缩和解压缩方法、应用场景等角度进行介绍和探讨。
一、多媒体数据的压缩和解压缩方法1. 有损压缩方法有损压缩方法是指在压缩过程中通过舍弃部分信息来达到减小数据体积的目的。
常见的有损压缩方法包括JPEG、MPEG、MP3等。
JPEG是一种用于图像数据的有损压缩方法，通过减少图像信号的细节来压缩数据，但在大多数情况下可以得到令人满意的图像质量。
MPEG是一种用于视频、音频数据的有损压缩方法，其中MPEG-1和MPEG-2用于广播和储存，MPEG-4用于网络和移动设备等。
2. 无损压缩方法无损压缩方法是指在压缩数据时不删除或改变任何原始数据的信息，通过利用一些算法和编码来压缩数据，从而实现减小数据体积的目的。
常见的无损压缩方法包括PNG、GIF等。
PNG是一种无损压缩图像格式，它对比JPEG格式有更好的压缩比率以及更好的图像质量，但它的压缩时间比JPEG更长；GIF是一种广泛应用于动画制作的无损压缩格式，它适用于一些图像层数较少且颜色比较少的动画制作。
二、多媒体数据的应用场景1. 视频监控视频监控技术在现代社会中的应用广泛，如安全监控、交通监控等。
但视频数据量往往很大，如果不进行压缩就难以进行高效的存储和传输，因此在视频监控中采用了MPEG、H.264等视频压缩标准。
2. 医学影像医学影像在医疗诊断中起着至关重要的作用，例如CT、MRI、X光等影像数据。
这些数据通常非常大，使用压缩技术可以减少数据存储空间，提高数据传输效率，有助于快速进行医疗影像分析，优化医疗诊断流程。
3. 音频娱乐音频娱乐是现代社会中不可或缺的一部分，如音乐、广播、电视等。
多媒体压缩技术
多媒体压缩技术在当今数字化的时代，多媒体信息如音频、视频、图像等在我们的生活中无处不在。
从在线视频播放到高清游戏体验，从手机拍摄的照片到专业的电影制作，多媒体内容极大地丰富了我们的生活和工作。
然而，这些多媒体数据通常具有庞大的数据量，如果不进行有效的处理和压缩，将会给存储、传输和处理带来巨大的挑战。
多媒体压缩技术就是为了解决这一问题而应运而生的。
多媒体压缩技术，简单来说，就是通过特定的算法和方法，减少多媒体数据的存储空间和传输带宽，同时尽量保持原始数据的质量和可还原性。
它就像是一个神奇的魔法，能够将庞大的多媒体文件变得小巧玲珑，方便我们在各种设备和网络环境中轻松使用。
为了更好地理解多媒体压缩技术，我们先来看看为什么需要对多媒体数据进行压缩。
以视频为例，未经压缩的高清视频每秒可能包含数十亿个像素和大量的音频样本，数据量极其庞大。
如果直接存储或传输这样的原始数据，不仅需要巨大的存储空间，而且在网络传输过程中会消耗大量的时间和带宽，导致卡顿、延迟等问题，严重影响用户体验。
同样，对于音频和图像等多媒体数据，也存在类似的情况。
那么，多媒体压缩技术是如何实现数据压缩的呢？这主要依赖于两种基本的压缩原理：无损压缩和有损压缩。
无损压缩是指在压缩过程中不会丢失任何原始数据信息，解压后能够完全恢复到原始数据的状态。
这种压缩方式适用于对数据准确性要求极高的场景，比如重要的文档、医疗图像等。
常见的无损压缩算法包括游程编码、哈夫曼编码和 LZ 编码等。
以哈夫曼编码为例，它根据字符出现的频率为不同的字符分配不同长度的编码，从而实现数据的压缩。
有损压缩则是在压缩过程中会丢失一些不太重要的信息，但这些信息的丢失对人的感官影响较小，从而在保证一定质量的前提下实现更高的压缩比。
有损压缩在多媒体领域应用广泛，特别是对于音频、视频和图像等。
比如，在图像压缩中，JPEG 格式就是一种常见的有损压缩格式。
它通过去除图像中的高频细节和一些不太明显的颜色变化来实现压缩。
多媒体数据压缩
多媒体数据压缩多媒体数据压缩1. 介绍多媒体数据压缩是一种广泛应用于图片、音频和视频等多媒体文件的技术。
由于多媒体文件通常包含大量的数据，压缩技术能够减小文件的存储空间和传输带宽要求，提高数据的传输速率和存储效率。
本文将介绍多媒体数据压缩的原理和常用的压缩算法。
2. 图片压缩2.1 无损压缩无损压缩是指在压缩过程中不丢失任何原始数据的压缩方法。
其中最常用的无损压缩算法是GIF和PNG格式。
GIF格式通过限制颜色数量和使用LZW编码来实现数据压缩，而PNG格式则使用DEFLATE算法对图片数据进行压缩。
2.2 有损压缩有损压缩是指在压缩过程中会有一定的信息丢失的压缩方法。
最常用的有损压缩算法是JPEG格式。
JPEG格式通过使用离散余弦变换（DCT）将图像从时域转换到频域，并通过量化和哈夫曼编码来减小数据量。
压缩的程度可以通过调整量化表的精度来控制。
3. 音频压缩3.1 无损压缩无损压缩在音频领域并不常见，因为音频文件通常比较大，无损压缩往往无法达到很高的压缩比。
其中一个常用的无损压缩算法是FLAC格式。
FLAC格式通过使用线性预测和残差编码来减小数据的大小，保持音频的质量不变。
3.2 有损压缩有损压缩在音频领域非常常见，因为人耳对音频的感知有一定的容忍度。
最常用的有损压缩算法是MP3格式。
MP3格式通过使用MDCT变换将音频从时域转换到频域，并通过子带编码和声学模型来减小数据量。
压缩的程度可以通过调整比特率来控制。
4. 视频压缩4.1 无损压缩无损压缩在视频领域并不常见，因为视频文件通常非常大，无损压缩往往无法达到很高的压缩比。
其中一个常用的无损压缩算法是HuffYUV格式。
HuffYUV格式通过使用无损哈夫曼编码来减小数据的大小，保持视频的质量不变。
4.2 有损压缩有损压缩在视频领域非常常见，因为视频的冗余性很高，有很多可以被压缩的信息。
最常用的有损压缩算法是H.264和HEVC格式。
H.264和HEVC格式通过使用运动估计和帧间预测等技术来减小数据量。
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二、多媒体数据文件的压缩技术
冗余:信息所具有的各种性质中多余的无用空间。
一般而言图像、视频、音频数据中存在的数据冗余类型主要有 以下一些：空间冗余、视觉冗余、结构冗余、时间冗余。
任务一：将“分门别类”文件夹中的各类文件归类到相应的 的五个子文件夹。
练习
1.要建立一个扩展名为.bmp的位图文件，可利用的软件是( C )
（A）计算器（B）记事本 （C）画图 （D）写字板
2.下列文件类型可以属于多媒体动画的有( A )
（A）.swf
（B）.mid
（C）.doc
（D）.flv
是（ C ）
A.WinRAR
B.Internet Explorer
C.会声会影 D.Windows附件中的“画图”程序
2. （2015年10月学考）人类对图像的分辨能力约为26灰度等级，
而图像量化一般采用28灰度等级，超出人类对图像的分辨能力，
这种冗余属于（ B ）
A.结构冗余
B.视觉冗余
C.时间冗余
D.空间冗余
④时间冗余：图像序列中的两幅相邻的图像，后一幅图像与前一幅 图像之间有较大的相关性，这表现为时间冗余，又如，在语音中， 由于人在说话时，发音是一连续的渐变过程，也是一种时间冗余。
练习
3.某动画序列的4幅相邻图像如图所示，这些图像之间存在一定的相关性。这种相
关性主要表现为（ D）
A．结构冗余
B．视觉冗余 C．空间冗余
数据压缩
数据压缩
任务二：将“数据压缩”中的三个文件分别采用无损压缩和 有损压缩。
练习
5.下列属于无损压缩的是( B )
（A）WAV文件压缩成MP3文件 （B）TXT文件压缩成RAR文件 （C）BMP文件压缩成JPEG文件 （D）AVI文件压缩成RM文件
压缩比的计算
压缩比=压缩前文件的大小/压缩后文件的大小 如:一视频文件大小500MB,压缩后文件只有50MB,请问压缩比是多少?
练习
4.某数码相机的部分性能参数如下表所示：
相机类型
单反数码相机
照片分辨率
大：5184×3456 中：3456×2304 小：2592×1728 RAW：5184×3456(约1800万像素)
照片格式 存储介质
JPEபைடு நூலகம்，RAW SD卡，SDHC卡，SDXC卡
RAW是一种没有经过压缩等处理的图像文件格式，其RGB中的每个颜色分量存
D．时间冗余
练习
4.左图是一个psd图像文件，其中杯子（包括杯碟）在同一图层中，有纹理结构的 背景在另一个图层中，要将第一个图中的杯子放正（如右图），应该使用的工具是
_______，如果要将此图进行压缩，该图主要存在的数据冗余是_______。（ B ）
A.旋转画布 结构冗余 B.自由变换 结构冗余 C.旋转画布 空间冗余 D.自由变换 空间冗余
第15课时 多媒体数据文件与压缩技术
作业本 P14
教学目标
1．了解多媒体数据常用的文件格式 2、懂得数据压缩的重要性和基本原理 3、熟练区分四种冗余 4、掌握压缩比的计算方法 5、掌握有损压缩和无损压缩的区别
一、多媒体数据文件
多媒体作品中的各种媒体信息，在计算机中都以文件的形式分类存放在 相应的文件夹中。
储需用2个字节，则一幅采用RAW格式拍摄的照片需要的存储空间大约是( C )
A.9MB
B.34MB
C.103MB
D.820MB
练习
5.一个Wave格式文件的常规属性和音频属性分别如下图所示:
该音频的播放时长大约是( B )
A.0.6秒
B.5秒
C.10秒
D.40秒
练习
6.一段时长为1分钟，帧频为15帧/秒的视频，用视频处理软件导出文件时的参数
练习
3.下表中能用软件打开对应文件并进行编辑的是( D )
A． ②③④
B． ①③④
C． ②③⑤
D． ①④⑤
知识回顾
存储量的计算
未压缩的Wave音频文件存储量计算公式： 音频存储量（B）=采样频率（Hz）×量化位数（b）×声道数×时间(s)/8 或 =比特率（kbps) × 1000 ×时间(s)/8 未压缩的BMP位图图像存储量的计算方公式： 图像容量（B）=水平像素数×垂直像素数×每个像素所占位数/8 未压缩的AVI视频文件存储量的公式： 视频存储量（B）= 帧图像存储容量×帧频×播放时间 或者：视频存储量（B） =水平像素数×垂直像素数×每个像素所占位数/8× 帧频 ×播放时间
如下图所示。则导出的视频文件存储容量约为( B )
A.77MB
B.206MB
C.616MB
D.1 648MB
二、多媒体数据文件的压缩技术
信息时代的重要特征是信息的数字化，数字化了的信息带来了 “信息爆炸”。
数字计算机面临的是数值、文字、语言、音乐、图形、动画、电 视视频图像等多种媒体承载的由模拟量转化成数字量信息的吞吐、存 储和传输的问题。数字化了的视频和音频信号的数量之大非常惊人。
练习
6. (2016·9·绍兴模拟)未经压缩的BMP格式的图像文件 IMG_08.bmp的属性如图所示，将其转化为JPEG格式(压 缩比为15∶1)，则转化后的JPG格式的图像文件的存储空
间约为( A )
A.3.8MB B.30.5MB
C.57.1MB
D.855MB
学考真题
1.（2016年10月学考）下列软件中，用于视频文件编排处理的
①空间冗余：数据化图像中某个区域的颜色、亮度、饱和度等相同， 则该区域里的像素点数据也是相同的，这样大量的重复像素数据 就形成了空间冗余。
②结构冗余：有些图像从大域上看存在着非常强的纹理结构，如草 席图像，在结构上存在冗余。
③视觉冗余：人类的视觉和听觉系统由于受到生理特征的限制，对 于图像和声音信号的一些细微变化是感觉不到的，忽略这些变化 后，信号仍然被认为是完好的。我们把这些超出人类视（听）觉 范围的数据称为视（听）觉冗余。