多媒体数据压缩的基本技术.ppt

多媒体数据压缩的基本技术
第1页，共72页，编辑于2022年，星期三
压缩的必要性
类型
带宽
KHZ
采样率
KHZ
比特/样点
比特率
kb/s
电话语音
～
8
12
96
宽带语数（pi）
log2(1/pi)
分配的代码
需要的位数
A
15（）

00
30
B
7（）

01
14
C
7（）

10
14
D
6（）

110
18
E
5（）

111
15
上例按照香农－范诺算法的编码结果
编码后的位数 ＝ 30 ＋ 14 ＋ 14 ＋ 18 ＋ 15 ＝ 91 （位）
第15页，共72页，编辑于2022年，星期三
霍夫曼编码
霍夫曼(Huffman)在1952年提出了一种编码方法，是从下到上的编码方法。
基本思想是：对于出现概率较大的符号取较短的码长，而对概率较小的符号取较长的码长。
是一种变长码 ，霍夫曼码通常被称为最优码
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仍以上一个例子说明它的编码步骤：
1. 初始化，根据符号概率的大小按由大到小顺序对符号进行排序
2. 把概率最小的两个符号组成一个节点，D和E组成节点P1
3. 重复步骤2，得到节点P2、P3和P4，形成一棵“树”，其中的P4称为根节点
4. 从根节点P4开始到相应于每个符号的“树叶”，从上到下标上“0”(上枝)或者“1”(下枝)，至于哪个为“1”哪个为“0”则无关紧要，最后的结果仅仅是分配的代码不同，而代码的平均长度是相同的。
5. 从根节点P4开始顺着树枝到每个叶子分别写出每个符号的代码
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B（）
C（）
A（）
D（）
E（）
1
1
1
1
0
0
0
0
P1
P2
P3
P4
第18页，共72页，编辑于2022年，星期三
上例按照霍夫曼编码的结果（总共90位 ）
符号
出现次数（pi）
log2(1/pi)
分配的代码
需要的位数
A
15（）

0
15
B
7（）

100
21
C
7（）

101
21
D
6（）

110
18
E
5（）

111
15
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霍夫曼码的码长虽然是可变的，但却不需要另外附加同步代码。例如，码串中的第1位为0，那末肯定是符号A，因为表示其他符号的代码没有一个是以0开始的，因此下一位就表示下一个符号代码的第1位。同样，如果出现“110”，那么它就代表符号D。如果事先编写出一本解释各种代码意义的“词典”，即码簿，那么就可以根据码簿一个码一个码地依次进行译码。
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采用霍夫曼编码时需要注意的问题：
霍夫曼码没有错误保护功能，在译码时，如果码串中没有错误，那么就能一个接一个地正确译出代码。但如果码串中有错误，哪怕是1位出现错误，不但这个码本身译错，更糟糕的是一错一大串，全乱了套，这种现象称为错误传播(error propagation)。计算机对这种错误是无能为力的，说不出错在哪里，更谈不上去纠正它。
霍夫曼码是可变长度码，因此很难随意查找或调用压缩文件中间的内容，然后再译码，这就需要在存储代码之前加以考虑 。
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量化
量化是将具有连续幅度值的输入信号转换到只有有限个幅度值的输出信号的过程。
标量量化
均匀量化
非均匀量化
对数量化
自适应量化
矢量量化
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标量量化
◆ 标量量化对信号的每个样点分别量化
◆ 连续信号的量化过程是将给定的连续信号幅度值x变成 有限个离散幅度值集合中的一个值y的过程
数学描述：
对取值连续的无限集合{x}，通过变换Q映射到一个只有L个离散值集合{yk},k=1,2,…,L上
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量化器 Q 输入 x 落入:
时, 量化器输出为 yk , 即:
其中 xk 称作分层电平或判决电平，yk 称作量化电平或重建电平。共有L＋1个分层电平和L个量化电平，要用 R 比特表示