《多媒体技术》电子教案：多媒体数据压缩编码技术.doc

PAGE PAGE 9 教师授课教案 / 学年 第 学期 课程 多媒体技术 章节课题 第三章 多媒体数据压缩编码技术 授课方法 讲授 所需教具 授课时间 月 日 节 月 日 节 月 日 节 授课班级 目的要求： 了解数据压缩的基本原理 旧知复习：多媒体数据的特点 重点难点：数据压缩的基本原理 教学过程：（包括主要教学环节、时间分配） 复习提问（5分） 讲授新课 数据压缩技术概述（20分） 统计编码（40） 预测编码（20分） 总结（3分） 布置作业（2分） 课后作业：P254 一、3 二、3 教学后记： 任课教师： 教研室主任 新课导入：在多媒体信息中包含有大量冗余的信息，把这些冗余信息去掉，实现了压缩。 第3章 多媒体数据压缩编码技术 多媒体数据的特点： 数据量巨大 数据类型多 数据类型间区别大 多媒体数据的输入输出复杂 多媒体数据压缩编码的重要性 数据两巨大：存储、传输、处理耗时耗空间 多媒体数据压缩的可能性 在多媒体信息中包含有大量冗余的信息，把这些冗余信息去掉，实现了压缩。 冗余信息包括： 空域相关：在每一帧的相邻像素之间相关性很大，有很大的信息冗余量 时域相关：相邻帧之间存在很大的信息冗余量 视觉掩盖效应 数据压缩技术的三个指标 压缩前后所需的信息存储量之比要大 实现压缩的算法要简单 恢复效果要好 六、数据压缩的基本原理 有40余年历史，常用压缩编码方法： 冗余压缩法（无损压缩）：就是信息保持编码或熵编码。具体讲就是解码图像和压缩编码前的图像严格相同，没有失真，从数学上讲是一种可逆运算。 有损编码（熵压缩法）：失真度编码或熵压缩编码。也就是讲解码图像和原始图像是有差别的，允许有一定的失真 应用在多媒体中的图像压缩编码方法，从压缩编码算法原理上可以分类为： (1)无损压缩编码种类 哈夫曼编码 算术编码 行程编码 Lempel zev编码 (2)有损压缩编码种类 预测编码：DPCM，运动补偿 频率域方法：正文变换编码(如DCT)，子带编码 空间域方法：统计分块编码 模型方法：分形编码，模型基编码 基于重要性：滤波，子采样，比特分配，矢量量化 (3)混合编码 JBIG，H261，JPEG，MPEG等技术标准 八、变长编码 使用长度可变的代码来对以不同频率出现的样本进行编码，主要用于消除代码冗余。 HUFFMAN编码：对统计独立信源达到最小平均码长的编码方法。原理：对代码长度不均匀的编码，按信源符号出现的概率大小进行排序，出现概率大的分配短码，出现概率小的则分配长码 霍夫曼编码是可变字长编码(VLC)的一种。 Huffman于1952年提出一种编码方法，该方法完全依据字符出现概率来构造异字头的平均长 度最短的码字，有时称之为最佳编码，一般就叫作Huffman编码。下面引证一个定理，该定 理保证了按字符出现概率分配码长，可使平均码长最短。 定理：在变字长编码中，如果码字长度严格按照对应符号出现的概率大小逆序排列，则其平 均码字长度为最小。 现在通过一个实例来说明上述定理的实现过程。设将信源符号按出现的概率大小顺序排列为 ： U： ( a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 ) 0.20 0.19 0.18 0.17 0.15 0.10 0.01 给概率最小的两个符号a6与a7分别指定为“1”与“0”，然后将它们的概率相加再与原来的 a1~a5组合并重新排序成新的原为： U′： ( a1 a2 a3 a4 a5 a6′ ) 0.20 0.19 0.18 0.17 0.15 0.11 对a5与a′6分别指定“1”与“0”后，再作概率相加并重新按概率排序得 U″：（0.26 0.20 0.19 0.18 0.17）… 直到最后得 U″″：（0.61 0.39） 分别给以“0”，“1”为止 } 霍夫曼编码的具体方法：先按出现的概率大小排队，把两个最小的概率相加，作为新的概率 和剩余的概率重新排队，再把最小的两个概率相加，再重新排队，直到最后变成1。每次相 加时都将“0”和“1”赋与相加的两个概率，读出时由该符号开始一直走到最后的“1”， 将路线上所遇到的“0”和“1”按最低位到最高位的顺序排好，就是该符号的霍夫曼编码。 例如a7从左至右，由U至U″″，其码字为0000； a6按践线将所遇到的“0”和“1”按最低位到最高位的顺序排好，其码字为0001… 用霍夫曼编码所得的平均比特率为：Σ码长×出现概率 上例为： 0.2×2+0.19×2+0.18×3+0.17×3+0.15×3+0.1×4+0.01×4=2.72 bit 可以算出本例的信源熵为2.61bit，二者已经是很接近了。 算术编