第二節(jié) 多媒體壓縮技術(shù)

1.數(shù)據(jù)壓縮的條件

（1）數(shù)據(jù)冗余度

?????? 數(shù)據(jù)冗余包括：空間冗余、時間冗余、統(tǒng)計冗余、結(jié)構(gòu)冗余、視覺冗余、知識冗余等。

（2）人類不敏感因素

?????? 一般而言，人類對于某些頻率的信號不敏感，在壓縮數(shù)據(jù)時可以去掉這些不敏感成分，減少數(shù)據(jù)量，比如：人類聽閾為[20Hz，20kHz]，可見光，視覺暫留現(xiàn)象等。

（3）信息傳輸與存儲

?????? 通過一定的算法對數(shù)據(jù)進行壓縮，選擇適當?shù)膲嚎s比，圖像質(zhì)量仍能保持相當高的水平，損失的像素和顏色不易察覺。

2.空間冗余：規(guī)則物體的表面具有物理相關(guān)性，將其表面數(shù)字化后，變現(xiàn)為數(shù)據(jù)冗余。

如圖所示，白墻上掛著一幅畫，排成數(shù)字照片后，墻面除了掛畫的地方，其余地方全部是相同的白色。墻面所有像素與相鄰顏色信息完全相同，在統(tǒng)計上是冗余的，冗余的像素數(shù)據(jù)可以壓縮，甚至相鄰顏色極為接近的像素數(shù)據(jù)也可以壓縮，只要掌握適度就可以保證圖像的良好視覺效果。

3.時間冗余：視頻信號和動畫等有序列的圖像很容易產(chǎn)生數(shù)據(jù)冗余現(xiàn)象。在播放有序排列圖像時，相鄰畫面中同一位置的內(nèi)容沒有變化。而相鄰畫面中的沒有變化的內(nèi)容，畫面視覺效果相對靜止，這時，相鄰畫面無變化的內(nèi)容構(gòu)成了時間上的冗余。

4.統(tǒng)計冗余：統(tǒng)計冗余是時間冗余和空間冗余的總稱。

5.結(jié)構(gòu)冗余：數(shù)字圖像中具有規(guī)則紋理的表面、大面積相互重疊的相同圖案、規(guī)則有序的圖形等結(jié)構(gòu)上都存在數(shù)據(jù)冗余，這種結(jié)構(gòu)上的冗余被稱為結(jié)構(gòu)冗余。

6.視覺冗余：人類的視覺敏感度有一定限度，圖像色彩、亮度、層次、輪廓的微小變化一般不易察覺，這就產(chǎn)生了視覺冗余。

7.知識冗余：在知識庫中存在兩條或多條意義相同的知識，或者某條知識可以由其他知識推導(dǎo)出來。

8.壓縮的過程：
（1）編碼過程。

該過程將原始數(shù)據(jù)進行壓縮，形成壓縮編碼，然后將壓縮編碼數(shù)據(jù)進行傳送和存儲。

（2）解碼過程

該過程將壓縮編碼數(shù)據(jù)進行解壓縮，還原成原始數(shù)據(jù)，提供使用。

9.壓縮的分類：

（1）無損編碼

無損壓縮形成的編碼在壓縮時不丟失數(shù)據(jù)，還原后的數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)完全一致。無損壓縮具有可恢復(fù)性和可逆性，不存在任何誤差。典型的無損編碼有：霍夫曼編碼、算術(shù)編碼、行程編碼等。

（2）有損編碼

有損壓縮形成的編碼在壓縮時會舍棄部分數(shù)據(jù)，還原后的數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)存在差異。有損壓縮具有不可恢復(fù)性和不可逆性。典型的有損壓縮有：預(yù)測編碼、PCM編碼、交換編碼和知識編碼等。

10.壓縮的重要指標

（1）壓縮比。壓縮前后所需的信息存儲空間之比。

（2）恢復(fù)效果。要盡可能恢復(fù)到原始數(shù)據(jù)。

（3）速度。壓縮、解壓縮的速度，尤其是解壓縮速度更為重要，因為解壓縮是實時的。

（4）壓縮開銷。實現(xiàn)壓縮的軟件硬件開銷要盡可能小。