多媒体应用设计师 第7章 多媒体数字压缩编码技术基础

1.多媒体数据压缩技术理论基础及压缩编码方法分类

必要性:大数据量的图像信息会给存储器的存储容量，通信线路的带宽，以及计算机的处理速度增加极大压力。如果没有多媒体编码压缩技术的发展，大容量图像，视频信息的存储和传输就难以实现。
可能性:视频由一顿帧图像组成，图像的各像素之间存在一定的相关性，即几余度。通过某种编码方法提取或减少元余度可实现压缩数据的目的。

常见数据冗余如下：
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
、
听觉冗余
信息熵冗余（编码冗余）

图像编码是否有误差：
无损编码：霍夫曼编码、算术编码、行程编码、字典编码、统计编码
有损编码：预测编码、变换编码、分形编码、基于模型编码、其他编码

图像根据编码原理划分：
统计编码（熵编码）：霍夫曼编码Huffman、算术编码、香农-费诺编码、游程长度编码RLC、LZW编码、字典编码（隐式字典和显示字典）
预测编码：线性预测编码DPCM、自适应线性预测编码ADPCM
变换编码：傅里叶变换FFT、离散余弦DCT（次最优的正交交换）、卡胡南-劳夫K-L、沃尔什-哈达玛WHT、小波WT
混合编码：矢量量化编码、子带编码SBC

根据图像的光谱特征划分：单色图像编码、彩色图像编码、多光谱图像编码

根据图像灰度划分：多灰度编码和二值图像编码

预测编码根据预测值是否是线性的：线性预测和非线性预测
根据预测样本是同一帧：帧内预测编码和帧间预测编码
是否有误差：无损预测编码和有损预测编码（DM增量调制、DPCM差分脉冲编码、ADPCM自适应差分脉冲编码）

2.统计编码

2.1.香农-费诺编码

2.2.霍夫曼编码

2.3.算术编码

2.4.游程编码

2.5.字典编码

3.预测编码

3.1.无损预测编码

3.2.有损预测编码

4.变换编码

4.1.变换编码的原理

4.2.离散余弦变换编码

4.3.小波编码

5.其他编码

5.1.矢量量化编码

5.2.子带编码

6.视频编码

6.1.帧内预测编码

6.2.帧间预测编码

7.数据压缩标准

7.1.静态图像压缩编码标准

静态图像压缩标准：JPEG、JPEG2000

JPEG：ISO和CCITT。8点DCT结构，离线余弦变换、量化、行程（RLE，交流系数Z字排列）和霍夫曼编码或算术编码等。离散余弦变换为主的区块编码。无损2:1，有损20:1或者25:1。DPCM直流系数。
ISO和IEC。适用于灰度图、真彩图。变换、量化、熵编码的步骤。

JPEG2000：ISO 1999年，ISO和IEC。离散小波变换为主的多解析编码。特点：高压缩率、无损压缩、渐进传输、感兴趣区域压缩、图像处理简单等。
ISO和IEC。适用于二值图、灰度图、伪彩图、真彩图。兴趣区（ROI）编码。

GIF：8位伪彩色，LZW编码。
JPEG：24位真彩色或灰度图像格式，不支持伪彩色格式。DCT有损或DPCM无损。
PNG：真彩色、伪彩色都支持。LZ77算法派生出来的DEFLATE无损压缩编码。

7.2.音频编码标准

音频编码标准：MPEG-1（三部分）、MPEG-2、MPEG-4和MPEG-7

150推出H系列标准

1.CCITT的G系列标准
ITU-T G系列标准

电话(200~3.4kHz)语音压缩标准。主要有ITU的9.722(64kb/s)、9721(32kb/s)、9.728 (16kb/s)和9.729 (8kb/s)等建议，用于数字电话通信。
调幅广播(50Hz~7kHz)语音压缩标准。主要采用ITU的9.722(64kb/s)建议，用于优质语音、音乐、音频会议和视频会议等。
调频广播(20Hz~15kHz)及CD音质(20Hz ~ 20kHz)的宽带音频压缩标准。主要采用MPEG-1或MPEG-2 双杜比 AC-3 等建议，用于 CD、MD、MPC、VCD、DVD、HDTV和电影配音等。

2.MPEG中的音频编码
mpeg-1 layer1：384kb/s。小型数字盒式磁带DCC。
mpeg-1 layer2：256~192kb/s。数字广播声音DBA、数字音乐、CD-I、VCD。
mpeg-1 layer3：64kb/s。ISDN上的声音传输。自适应感知熵编码。

3.AC-3编码标准
杜比DOLBY实验室1992年。5.1声道，320kb/s。美国HDTV音频系统，最新DVD。

7.3.视频编码标准

视频编码标准：H261、H263、MPEG标准（包含1，2，4）

ITU-T标准：H.26x
H.261（Version1）
H.261（Version2）
H.263
H.263+
H.263++

ITU-T/MPEG标准
H.262/MPEG-2
H.264/MPEG-4 AVC

MPEG标准：MPEG-x
MPEG-1：1.5Mb/s。数字电视标准。数据压缩标准。
MPEG-2：数字电视标准。数据压缩标准。
MPEG-4：数据压缩标准。内容管理。
MPEG-7：多媒体内容描述接口。内容管理。
MPEG-21：多媒体框架标准。内容管理。

视频格式	图像亮度分辨率	图像色差分辨率	H.261是否支持	H.263是否支持
SQCIF	128*96	64*48	√	√
QCIF	176*144	88*72	√	√
CIF	352*288	176*144	√	√
4CIF 或者4SIF 625	704*576	352*288	×	√
16CIF	1408*1152	704*576	×	√
SIF 525	352*240
4SIF 525	704*480

口诀

思维导图