第5-6章-多媒体数据描述-多媒体数据压缩技术

5.1静态图像文件■数据格式■单色图像■彩色图像5.2动态图像文件■动态原理■动态图像的技术参数■动态图像文件5.3声音文件■声音文件分类第5、6章多媒体数据描述、多媒体数据压缩技术6.1数据压缩基本原理■多媒体信息的数据量■数据压缩条件■数据冗余6.2数据压缩算法■数据压缩算法分类■霍夫曼编码■JPEG编码5.1.1数据格式■BMP格式——Bitmap，Microsoft公司开发，用于Windows环境●使用要点(1)用于表现打印、显示用图像(2)不适于网络传送(3)不适于提供印刷文件5.1静态图像文件文件头调色板数据(反向排列)图像数据●特点(1)扩展名采用“.bmp”(2)文件描述单一(静止)图像(3)彩色模式:24~232(4)调色板RGB数据顺序反向排列(5)以图像左下角为起点排列数据(6)一般采用非压缩数据格式教学进程●TIFF格式TagImageFileFormat，Aldus公司开发，用于精确描述图像的场合●使用要点(1)平面设计作品的最佳表现形式(2)用于提供印刷文件(3)不适于网络传送文件头标识信息区图像数据●特点(1)扩展名采用“.tif”(2)文件描述单一(静止)图像(3)彩色模式:21(单色)~232(4)支持多平台(PC&Macintosh)(5)可采用多种压缩数据格式教学进程●TGA格式TagaImageFormat，Truevision公司开发，用于屏显和动画帧显示●使用要点(1)用于表现影视广播级动画的帧(2)不适于保存高质量印刷文件(3)不适于网络传送●特点(1)扩展名采用“.tga”(2)文件描述单一(静止)图像(3)彩色模式:20(1色)~232(显示模式依赖显示卡)(4)图像分辨率固定为96dpi文件头调色板信息图像数据数据补充区教学进程●GIF格式GraphicsInterchangeFormat,CompuServe公司开发,用于屏显和网络●使用要点(1)用于屏幕显示图像和电脑动画(2)用于网络传送(3)不适于保存高质量印刷文件●特点(1)扩展名采用“.gif”(2)具有87a、89a两种格式87a——描述单一(静止)图像89a——描述多帧图像(3)彩色模式:28(256色)，分辨率96dpi(4)采用改进的LZW压缩算法文件头逻辑屏幕描述图像数据结束标志调色板信息教学进程●JPEG格式JointPhotographicExpertsGroup，联合专家小组开发，用于彩色图像的存储和网络传送●使用要点(1)用于保存表现自然景观的图像(2)用于网络传送(3)不适于表现有明显边界的图形(4)不适用于高质量印刷文件●特点(1)扩展名采用“.jpg”(2)采用有损压缩编码形式，数据量小(3)彩色模式:232(真彩色)(4)经解压缩，方可显示图像，显示速度慢经压缩的图像数据各类压缩算法教学进程单色图像●单色图像——色族单一的图像，但并非只有一种颜色的图像单色图像5.1.2“二值”图像只有黑、白两色简单形式复杂形式“灰度”图像具有256级灰度●单色图像用途：简单形式——文本显示、木刻、版画效果的图像复杂形式——书籍用图片、报纸用图片●单色图像格式：TGA、JPG、TIF、PCX等教学进程彩色图像5.1.3●RGB——红、绿、蓝RGBRGBR数组—8bit表示(256阶梯)G数组—8bit表示(256阶梯)B数组—8bit表示(256阶梯)最大表示：28×28×28=224=16777216(16.7M)教学进程CMYK彩色图像●●CMYK青、品红、黄、黑CKMYC数组—8bit表示(256阶梯)M数组—8bit表示(256阶梯)Y数组—8bit表示(256阶梯)K数组—8bit表示(256阶梯)最大表示：28×28×28×28=232=4294967296(4294M)CMYK教学进程动态原理●动态图像定义——多帧位图的有序组合5.2动态图像文件5.2.1Δt●动态原理——Δt≤1/24s(视觉滞留时间)，产生连续活动视觉效果●动态图像文件构成组合位图(静态图像)数据调色盘数据速度参数(时间间隔)压缩算法教学进程动态图像的技术参数●帧速度——帧的切换速度[1]NTSC制30Frame/s[2]PAL制25Frame/s5.2.2●数据量相关因素：[1]画面几何尺寸[2]颜色数量[3]采用的压缩算法●图像质量相关因素——位图的颜色与分辨率，过分的数据压缩将影响图像质量Frame1#Frame2#……教学进程动态图像文件描述5.2.3动态图像文件●AVI(AudioVideoInterlaced)——音频视频交互文件(.avi)音频+视频●FLC(Flicks)——电影(动画)文件(.fli或.flc)AVI固定显示分辨率320×233视频FLC多种显示分辨率640×480…教学进程END5.3.1声音文件分类5.3声音文件●WAV——Wave，波形音频文件(.wav)WAV文件特点：[1]真实记录自然声波形[2]基本无数据压缩[3]数据量大●MIDI——MusicalInstrumentDigitalInterface，乐器数字化接口文件(.mid)MIDI文件特点：[1]纪录音符、时值、通道[2]使用电子键盘乐器[3]数据量小教学进程STOPSTOP6.1多媒体信息的数据量6数据压缩基本原理●文本若1024×768显示分辨率、16×16点阵文字、4Byte/字，则一屏汉字的总数据量为:(1024/16)×(768/16)×4=12288Byte(12KB)●图像若采用1024×768显示分辨率，则满屏图像的总数据量为:1024×768×log2256÷8=786432Byte(768KB)●音频若采样频率为44100Hz，16bit(2Byte)，立体声(2声道)，则1分钟的总数据量为:44100×2Byte×2(STEREO)×60s=10336KB(10MB)教学进程6.2数据压缩条件●数据存在冗余(重复数据、可忽略数据)●数据传输与存储空间的限制(压缩→传输或存储→解压缩)■44.1kHz/Stereo1.3MB■22.0kHz/Nomo0.3MB■Stop重复数据可忽略数据●不敏感因素(颜色、亮度、频率、细节)224颜色(16,777,216色)28颜色(256色)教学进程6.3数据冗余●冗余基本概念●冗余——信息所具有的各种性质中多余的无用空间●冗余度——多余的无用空间的程度I=D－duI—信息量D—数据量du—冗余量，包含在D中●信息量与冗余的关系●冗余举例播音员——180字/分钟，2Byte一个字，360Byte(合0.35KB/分钟)音频数据——8kHz采样×8bit×60秒=3840KBit(合480KB/分钟)教学进程冗余分类●[1]空间冗余——规则物体的物理相关性[2]时间冗余——视频与动画画面间的相关性[3]统计冗余——具有空间冗余和时间冗余[6]视觉冗余——视觉、听觉敏感度和非线性感觉[7]知识冗余——凭借经验识别[4]结构冗余——规则纹理、相互重叠的结构表面[5]信息熵冗余——编码冗余，数据与携带的信息[8]其他冗余——上述7种以外的冗余10110001110010110001110001011010101010111100010111111010224色28色声音频率文字组句色彩渐变主观意识::教学进程6.4.16.4数据压缩算法数据压缩算法分类■无损压缩编码——压缩数据还原后，与原始数据一致，无损失无损压缩编码(可逆编码)霍夫曼编码行程编码算术编码■有损压缩编码——压缩后再还原的数据有损失有损压缩编码(不可逆编码)全频带编码PCM/ADPCM混合编码JPEG/MPEG教学进程6.2.1压缩的评价指标教学进程•压缩比•算法复杂性（速度）•恢复效果•根据应用加以取舍。6.4.2霍夫曼编码●霍夫曼编码——无损编码●编码原理——出现频率高的数据编码长度短，反之亦然[1]信号源的数据按照出现概率递减的顺序排列[2]合并两个最小出现概率，作为新数据出现概率[3]重复进行[1][2]，直至概率相加为1为止[4]合并运算时，概率大者取0，概率小者取1[5]记录概率为1处到信号源的0、1序列●编码特点[1]编码长度可变，压缩与解压缩较慢[2]硬件实现困难[3]编码效率取决于信号源的数据出现概率教学进程霍夫曼编码原理过程图6.4.3JPEG编码●JPEG编码——有损编码●压缩比——10:1~100:1(一般压缩比≯40:1)●压缩原理——采用无失真预测编码、有失真DCT编码等混合编码方式●无失真预测编码——线性预测编码，压缩比2:1●有失真DCT编码——[1]离散余弦变换压缩编码，压缩比40:1[2]霍夫曼编码(增强型编码)[3]自适应算术编码(增强型编码)教学进程●特点[1]压缩比可调[2]对CPU的响应速度要求不高[3]压缩算法复杂(可同时使用四种压缩编码方式)1)颜色模式转换及采样2)DCT变换3)量化4)编码●JPEG压缩分四个步骤实现压缩比（比特/像素）质量0.25-0.5中-好0.5-0.75好-很好0.75-1.5极好1.5-2.0逼近原始图像●JPEG压缩质量JPEG不同压缩比例效果图●●第4章多媒体数据描述与压缩技术小结5.1静态图像文件5.1.1数据格式●5.1.2单色图像●5.1.3彩色图像5.2动态图像文件●5.2.1动态原理●5.2.2动态图像的技术参数5.2.3动态图像文件5.3声音文件●5.3.1声音文件分类6.数据压缩基本原理6..1多媒体信息的数据量●6..2数据压缩条件6..3数据冗余6.4数据压缩算法●6.4.1数据压缩算法分类6.4.2霍夫曼编码6.4.3JPEG编码教学进程END(1)在网络上应采用什么格式的图片？(2)提供印刷的图片应采用什么格式？(3)单色图像只有一种颜色吗？(4)彩色图像有几种彩色模式？(5)动态图像文件由哪几部分组成？(6)与动态图像相关的因素有哪些？(7)具备什么条件才能进行数据压缩？(8)冗余指的是什么？(9)指出三种冗余。(10)指出霍夫曼压缩编码的特点。课外作业教学进程