数据压缩第1章绪论.ppt
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1、第1章 绪论1.1 数据压缩的必要性1.2 数据压缩的可行性1.3 数据压缩技术的分类 1.4 数据压缩的标准和应用 1.1 数据压缩的必要性 例1.以 一 般 彩 色 电 视 信 号 为 例,设 代 表 光强、色 彩 和 色 饱 和 度 的YIQ 空 间 中 各 分 量 的 带宽 分 别 为4 MHz、1.3 MHz 和0.5 MHz。根 据采 样 定 理,仅 当 采 样 频 率 大 于 或 等 于2 倍 的 原始 信 号 的 频 率 时,才 能 保 证 采 样 后 的 信 号 可 被保真地恢复为原始信号。再 设 各 样 点 均 被 数 字 化 为8 bit,从 而1 秒 钟 的电视信号的数
2、据量为(4 1.3 0.5)2 8 bit=92.8 Mbit 因 而 一 张640 MB容 量 的CDCD*2ROM 能 够存放的原始电视数据(每字节附有2 位校验位)为 6408 92.8(1+0.25)=44 s 也 就 是 说,一 张 普 通 光 盘 只 能 存 放44 s的 原 始 数据。1.1 数据压缩的必要性 例2.我 们 再 来 看 看 语 音 信 号 的 数 据 量,人 在 正 常 说话 时 的 音 频 一 般 在200 Hz 3.4 kHz,即 人 类 语 音 的带 宽 为3.4 kHz。同 样 依 据 采 样 定 理,并 设 数 字 化精度为8 bit,则每秒的数据量为
3、3.4 kHz28=54.4 kbit 在上述采样条件下讲一分钟话的数据量约为400 kbit。表1-1 列 出 了 支 持 语 音、图 像、视 频 等 多 媒 体信 号 高 质 量 存 储 和 传 输 所 必 需 的 未 压 缩 速 率 以 及 信号特性。1.1 数据压缩的必要性表1-1 各种信号的特性和未压缩速率 显 然,对 于 多 媒 体 处 理 系 统 所 要 求 的 语 音 与 音 频、图 像、视 频、文 本、数 据 的 结 合,信 号 进 行 有 效 的存 储 和 传 输 之 前,必 须 进 行 处 理,而 最 关 键 的 处 理 方法 是 进 行 数 据 压 缩。多 媒 体 信
4、息 压 缩 技 术 的 对 象 主 要是 视 频、音 频 和 文 本 信 息 这 三 大 类。例 如,现 代 数字 压 缩 技 术 可 以 对 多 数 图 像 实 现 大 于100 1 的 压 缩 比,而质量没有重大损失。1.2 数据压缩的可行性 数 据 中 通 常 包 含 很 大 的 冗 余,数 据 的 大 小 与 所 携带的信息量的关系由下式给出:I=D-r(1-1)其 中,I、D、r 分 别 为 信 息 量、数 据 量 与 冗 余 量。以 存 储 一 本200 万 字 的 中 文 百 科 全 书 为 例,每 个 汉 字以2 字 节 计 算,该 书 的 数 据 量 为4 MB。我 们 只
5、要 使 用后 面 介 绍 的Huffman 算 法,就 可 简 单 地 将 大 约2 MB左右 的 冗 余 数 据 寻 找 出 来 并 压 缩 掉,这 样 就 可 以 节 省 出2 MB 的存储空间。图1-1 空间冗余 1 空间冗余 空 间 冗 余 是 在 图 像 数 据 中 经 常 存 在 的 一 种 冗 余。在 任 何 一 幅 图 像 中,均 有 许 多 灰 度 或 颜 色 都 相 同 的 邻 近像 素 组 成 的 局 部 区 域,它 们 形 成 了 一 个 性 质 相 同 的 集 合块,即 它 们 之 间 具 有 空 间(或 空 域)上 的 强 相 关 性,在 图 像 中 就 表 现 为
6、 空 间 冗 余。例 如,图1-1 是 一 张 俯 视图,图 中 央 的 黑 色 是 一 块 表 面 均 匀 的 积 木 块,在 图 中,黑 色 区 域 所 有 点 的 光 强 和 色 彩 以 及 饱 和 度 都 是 相 同 的,因而黑色区域的数据表达有很大的冗余。对 空 间 冗 余 的 压 缩 方 法 就 是 把 这 种 集 合 块 当 作 一个 整 体,用 极 少 的 数 据 量 来 表 示 它,从 而 节 省 了 存储 空 间。这 种 压 缩 方 法 叫 空 间 压 缩 或 帧 内 压 缩,它的 基 本 点 就 在 于 减 少 邻 近 像 素 之 间 的 空 间(或 空 域)相关性。2
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