数据压缩与编码技术
MPEG2压缩编码技术原理应用
本文以MPEG-2的系统、MPEG-2的编码、及MPEG-2的应用为题，讨论MPEG-2压缩编码技术。
1) 打包基本流（PES）将MPEG-2压缩编码的视频基本流（ES-Elementary Stream）数据分组为包长度可变的数据包，称为打包基本流（PES- Packetized Elementary Stream）。
广而言之，PES为打包了的专用视频、音频、数据、同步、识别信息数据通道。
所谓ES，是指只包含1个信源编码器的数据流。
即ES是编码的视频数据流，或编码的音频数据流，或其它编码数据流的统称。
每个ES都由若干个存取单元(AU-Access Unit)组成,每个视频AU或音频AU都是由头部和编码数据两部分组成的。
将帧顺序为I1P4B2B3P7B5B6 的编码ES，通过打包，就将ES变成仅含有1种性质ES的PES包，如仅含视频ES的PES包，仅含音频ES的PES包，仅含其它ES的PES包。
PES包的组成见图2。
由图2可见，1个PES包是由包头、ES特有信息和包数据3个部分组成。
由于包头和ES特有信息二者可合成1个数据头，所以可认为1个PES包是由数据头和包数据（有效载荷）两个部分组成的。
包头由起始码前缀、数据流识别及PES包长信息3部分构成。
包起始码前缀是用23个连续“0”和1个“1”构成的，用于表示有用信息种类的数据流识别，是1个8 bit的整数。
由二者合成1个专用的包起始码，可用于识别数据包所属数据流（视频,音频,或其它）的性质及序号。
例如：比特序1 1 0 ×××××是号码为××××的MPEG-2音频数据流；比特序1 1 1 0 ××××是号码为××××的MPEG-2视频数据流。
PES包长用于包长识别，表明在此字段后的字节数。
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
广播电视传输中的音频编码与压缩
广播电视传输中的音频编码与压缩在广播电视传输中，音频编码和压缩技术起着至关重要的作用。
由于传输带宽的有限性和信号处理的需求，音频编码和压缩技术被广泛应用，可有效降低传输成本，提高音频质量。
本文将介绍音频编码与压缩的基础概念，并探讨目前主流的音频编码和压缩技术。
一、音频编码与压缩的基础概念音频编码是指将模拟信号转换为数字信号的过程，常用的编码方式有脉冲编码调制（PCM）和脉冲编码调制调制（DPCM）。
而音频压缩则是通过减少信号的冗余信息，达到减少数据量的目的，主要通过有损压缩和无损压缩两种方法实现。
二、主流音频编码和压缩技术1. MPEG音频编码MPEG（Moving Picture Experts Group）音频编码是一种广泛应用的音频压缩标准，常用的有MPEG-1、MPEG-2以及MPEG-4。
MPEG-1主要应用于CD音质的压缩，MPEG-2适用于广播和数字电视等应用场景，而MPEG-4则在互联网音频传输和多媒体通信中得到广泛应用。
2. AAC音频编码AAC（Advanced Audio Coding）是一种高效的音频编码标准，具有出色的音频质量和压缩比。
它广泛应用于数字音乐、广播、电视和互联网传输等领域，被认为是MPEG-4中最优秀的音频编码形式。
3. AC-3音频编码AC-3（Audio Codec 3）是杜比实验室开发的一种多声道音频编码标准，常被用于DVD、蓝光光盘和数字电视等领域。
AC-3通过对声音的人耳不敏感的部分进行压缩，有效降低了多声道音频的数据量。
4. MP3音频编码MP3（MPEG-1 Audio Layer 3）是一种流行的音频编码格式，它能够在保持音质的同时大幅度压缩文件大小，广泛应用于音乐播放器、移动设备和互联网传输等领域。
三、音频编码与压缩技术的发展趋势随着科技的不断进步和带宽的提升，音频编码与压缩技术也在不断发展。
以下是一些发展趋势：1. 高保真音频编码随着音频设备和音响技术的发展，人们对音质的要求也越来越高，因此高保真音频编码技术将得到更多应用。
信源编码的基本原理及应用
信源编码的基本原理及应用1. 什么是信源编码信源编码，也称为数据压缩或编码压缩，是指在数字通信中对信息源进行编码，以便更有效地表示和传输数据。
信源编码的目标是尽量减小数据的表示和传输所需的比特数，提高传输效率。
2. 信源编码的基本原理信源编码的基本原理是利用编码技术将信息源中的冗余部分去除，从而实现数据压缩。
信源编码可以分为两种基本类型：无损编码和有损编码。
2.1 无损编码无损编码是指经过编码和解码后，能够完全还原原始数据的编码方法。
无损编码的基本思想是通过找到数据中的冗余部分，并对其进行有效的压缩和表示。
2.2 有损编码有损编码是指经过编码和解码后，不能完全还原原始数据的编码方法。
有损编码的基本思想是通过牺牲一定的数据精度来实现数据压缩，从而提高传输效率。
3. 信源编码的应用信源编码在数字通信领域有着广泛的应用。
下面列举一些常见的应用场景：•数据传输：信源编码常用于数据传输中，通过压缩数据，减少传输所需的带宽和存储空间。
•图像压缩：对于数字图像的存储和传输，信源编码可以显著减小存储和传输负荷，提高图像的传输效率。
•音频编码：在音频编码中，通过信源编码可以将音频数据进行压缩，实现更高效的音频传输和存储。
•视频编码：信源编码在视频编码中也起到了关键作用，通过对视频数据的压缩，可以实现高清视频的传输和存储。
•文本压缩：在文本处理和存储中，信源编码可以将文本数据进行压缩，并提供更高效的文本处理和存储方式。
•无线通信：在无线通信中，信源编码可以将数据进行压缩，减小数据量，提高无线通信的传输效率。
4. 总结信源编码是数字通信中重要的一环，通过对信息源进行编码，可以实现数据的压缩和高效传输。
无损编码和有损编码是信源编码的两种基本类型，根据不同的应用场景选择合适的编码方式。
信源编码在数据传输、图像压缩、音频编码、视频编码、文本压缩和无线通信等领域都有着重要的应用价值。
通过合理地选用信源编码技术，可以有效地提高数据的传输效率和存储效率，减少网络带宽消耗，为数字通信提供更好的服务和用户体验。
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。
如何进行数据压缩
如何进行数据压缩数据压缩是通过使用各种算法和技术，减少数据的存储空间或传输带宽。
在现代的信息技术时代，数据压缩对于存储和传输大量的数据至关重要。
本文将详细介绍数据压缩的工作原理和常见的压缩算法。
1.数据压缩的原理数据压缩的原理基于数据中的冗余性。
数据冗余指的是数据中存在的重复、无用或不必要的信息。
通过去除这些冗余性，就能够减小数据的存储空间和传输带宽。
数据压缩的方法主要分为两类：有损压缩和无损压缩。
有损压缩是指压缩过程中会损失一些数据的精度或质量，适用于那些可以容忍一定程度的信息丢失的场景，如音频、视频等。
而无损压缩是指在压缩和解压缩的过程中不会丢失任何数据信息，适用于需要完全准确还原原始数据的场景，如文本文件、数据库等。
2.常见的无损压缩算法2.1 Huffman编码Huffman编码是一种可变长度编码算法，通过将频繁出现的字符用较短的码字表示，减小数据的存储空间。
它的基本原理是将出现频率较高的字符用较短的码字表示，出现频率较低的字符用较长的码字表示。
以文本文件为例，Huffman编码首先统计各个字符的出现频率，并构建一棵Huffman树。
然后，根据Huffman树生成对应的编码表，将每个字符映射到一个唯一的二进制码字。
最后，将原始文本文件中的字符替换为对应的码字，从而实现数据压缩。
2.2 Lempel-Ziv-Welch (LZW) 算法LZW算法是一种常用的无损压缩算法，广泛应用于图像、文本等数据的压缩。
它基于一种字典编码技术，通过创建和维护一个字典来实现数据的压缩。
LZW算法的基本原理是将输入的数据分割为不同的片段，每个片段都对应字典中的一个索引值。
在压缩的过程中，将每个片段加入字典，并输出对应的索引值。
在解压缩的过程中，按照相同的方式建立字典，并根据索引值还原原始数据。
2.3 Burrows-Wheeler Transform (BWT) 算法BWT算法是一种用于数据压缩的无损算法，通常用于文本和DNA序列的压缩。
栅格数据存储压缩编码方法
栅格数据存储压缩编码方法
栅格数据存储压缩编码是现今计算机技术中用来将大量的栅格数据以最小的存储空间存储的方法。
这种方法通常在地理信息系统、遥感与卫星图像处理以及数字地球等领域被广泛运用。
目前，常用的栅格数据格式有TIFF、JPEG2000、PNG与GeoTIFF等。
这些格式中比较常用的是GeoTIFF，该格式可以通过GeoTools、GDAL与Esri ArcGIS等平台进行读写，同时支持多种数据类型与压缩方式。
为了减小栅格数据存储空间，通常会采用压缩算法来对数据进行无损压缩。
常用的压缩算法有Run-Length Encoding（RLE）、Huffman编码、Lempel-Ziv-Welch（LZW）编码和Deflate编码等。
RLE是最简单的压缩算法，它通过将相邻的重复值替换为一个值和一个计数来减小数据体积。
然而，RLE算法在处理随机数据时效果不佳，而且压缩率较低。
Huffman编码是一种基于字典的编码方法，它通过树形结构将频繁出现的字符替换为较短的码字，这样可以减少数据存储。
LZW编码和Deflate编码是常用的数据压缩算法，它们可以通过分析数据块中连续的模式来压缩数据。
在栅格数据存储中，压缩算法的选择取决于存储需求和数据类型。
对于图像中大量连续出现的颜色块，RLE和Huffman编码可显著降低存储空间，而对于多变的地形数据，LZW 或Deflate算法将更为有效。
总体来说，采用压缩编码方法可以极大地缩小栅格数据的存储空间，降低数据存储成本，提高数据传输的效率。
同时，在选择相应压缩算法时，需要针对不同的数据类型选择最合适的算法来达到最佳的压缩效果。
测试数据编码压缩技术研究
中 图分 类号 ：Ｐ ９ ．６ Ｔ ３ １７
文 献 标 识 码 ： Ａ
文 章 编 号 ：６ ３— ０６ ２ １ ） ５— ０ １ ４ １７ ２ ０ （ ００ ０ ０ ３ —０
随 着集成 电路 产业 的发 展 ， 片 集 成 度 不 断 提 芯 高， 尤其 是 片 上 系统 Ｓ Ｃ （ ｙｔｍ —Ｏ 一Ｃ ｉ ） 出 ｏ Ｓｓ ｅ １ ｈｐ 的 １ 现 ， 片 内部 集成 有 大量 芯核 （ ｏｅ ， 得测 试 数据 芯 Ｃ ｒ） 使
测 试 数 据 编 码 压 缩 技 术 研 究
李 建新 ２，
（． 州学院 计 算机 科 学技术 系 ， １宿 安徽 宿州
吴孝银
２４０ ；． ３００２ 合肥 工业大 学 计算机 与信 息系 ， 安徽 合 肥 ２００ ） ３０９
摘 要 ： 绍 了测 试 数 据 编码 压 缩 技 术 的原 理 、 点及 技 术要 求 ， 根 据 编 码 原 理 对 常 见 的 测 试 编 码 压 缩技 术 进 行 分 介 特 并 类 ， 究 了每 一 类 编 码 压 缩技 术 的优 势及 局 限 性 ， 后 提 出 了 一 种 基 于 纵 向 分 组 对 比 的 分 块 编 码 思 想 。这 种 分 块 研 最
一
２ 常 见 测 试 编 码 压 缩 技 术 分 类 及 研 究
２ １ 基 于 数据 块 的编码 压缩 ．
２ １ １ 统计 编码 ．．
个更 小 的测 试集 Ｔ Ｅ存储 于 Ａ Ｅ的存 储 器 中 ， Ｔ 被
编 码压 缩过 的测 试集 Ｔ 由 Ａ Ｅ通 过测 试头 送 到芯 Ｅ Ｔ 片的解 压 电路上 被解 压还 原 为原 测 试集 Ｔ 送 给芯 Ｄ， 片 内部 集成 测试 访 问控 制 器 Ｔ Ｃ（ ｅｔ ｃｅｓＣ ｎ Ａ Ｔ ｓ Ａ ｃｓ ｏ— ｔ ｌｒ ，Ａ ｒ ｌ ） Ｔ Ｃ根 据 事先 确 定 的测 试 协 议 将 测试 码 分 ｏｅ 别 写人 各个 内核 。具 体过 程 如 图 １所示 。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
数据压缩与编码技术
多媒体数据压缩编码的种类
多媒体数据压缩方法根据不同的依据可产生不同的分类。通常根据压缩前后有无质量损
失分为有失真（损）压缩编码和无失真（损）压缩编码。
无损压缩：利用信息相关性进行的数据压缩并不损失原信息的内容。是一种可逆压缩，
即经过文件压缩后可以将原有的信息完整保留的一种数据压缩方式，如RLE压缩，huffman
压缩、算术压缩和字典压缩。
有损压缩：经压缩后不能将原来的文件信息完全保留的压缩，是不可逆压缩。如静态图
像的JPEG压缩和动态图像的MPEG压缩等。有损压缩丢失的是对用户来说并不重要的、
不敏感的、可以忽略的数据。
无论是有损压缩还是无损压缩，其作用都是将一个文件的数据容量减小，又基本保持原
来文件的信息内容。压缩的反过程-----解压缩，将信息还原或基本还原。
压缩编码的方法有几十种之多，如预测编码、变换编码、量化与向量编码、信息熵编码、
子带编码、结构编码、基于知识的编码等。其中比较常用的编码方法有预测编码、变换编码
和统计编码。没有哪一种压缩算法绝对好，压缩效率高的算法，其具体的运算过程相对就复
杂，即需要更长的时间进行转化编码操作。
图1.3 音频信号的压缩方法
多媒体数据压缩编码的国际标准
国际电活电报咨询委员会CCITT和ISO联合定的数字化图像压缩国际标淮，主要有三
个标准： 用于计算机静止图像压缩的JPEG、用于活动图像压缩的MPEG数字压缩技术和
用于会议电视系统的H.261压缩编码。
（1） JPEG标准
联合图像专家小组，多年来一直致力于标准化工作，他们开发研制出，连续色调、多级
灰度、静止图像的数字图像压缩编码方法。这个压缩编码方法称为JPEG（Joint Photographic
Experts Group）算法。JPEG算法被确定为JPEG国际标准，它是国际上，彩色、灰度、静
止图像的第一个国际标准。JPEG标准是一个适用范围广泛的通用标准。它不仅适于静图像
的压缩；电视图像序列的帧内图像的压缩编码，也常采用JPEG压缩标准。采用JPEG标准
可以得到不同压缩比的图像，在使图像质量得到保证的情况下，可以从每个像素24bit减到
每个像素1bit甚至更小。
JPEG 标准定义了两种基本压缩算法：一是：基于DCT变换有失真的压缩算法。二是：
基于空间预测编码DPCM的无失真压缩算法。
（2）MPEG标准
MPEG(Moving Picture Experts Group)的中文意思是运动图像专家小组。MPEG和JPEG
两个专家小组，都是在ISO领导下的专家小组，其小组成员也有很大的交叠。JPEG的目标
是专门集中于静止图像压缩，MPEG的目标是针对活动图像的数据压缩，但是静止图像与活
动图像之间有密切关系。
（3）H．261标准
H．261标准是面向可视电话和电视会议系统的视频压缩算法的国际标准。