多媒体技术期末大作业.docx

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多媒体技术期末大作业

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年度报告

多媒体技术期末大作业

2014级电子商务官兴明

数据压缩技术发展的现状及趋势

数据压缩的定义

其作用是：

能较快地传输各种信号，如传真、Modem通信等；在现有的通信干线并行开通更多的多媒体业务，如各种增值业务；紧缩数据存储容量，如CD－ROM、VCD和DVD等；降低发信机功率，这对于多媒体移动通信系统尤为重要。

数字压缩的发展趋势

在各种数据类型中，最难实现的是数字机频的实时压缩，因为视频信号尤其是HDTV信号所占据的带宽甚宽，实时压缩需要很高的处理速度。

现在，视频解码以及音频的编码、解码多依赖于专用芯片或数字信号处理器（DSP）未完成，并已有许多厂商推出了音视合一的单片MPEG－1、MPEG－2解码器。

我国在发展数据压缩技术过程中，则充分利用了软件人才优势。

在软件实现方面，由于PC主机的处理能力正在飞速提高，直接利用主CPU编程实现各种视听压缩和解码算法对于桌面系统及家用多媒体将越来越有吸引力。

1996年上半年，Intel向全球软件界发布了它的微处理器媒体扩展（MMX）技术。

这种技术主要是在Pentium或PentiumPro芯片中增加了8个64位寄存器和57条功能强大的新指令，以提高多媒体和通信应用程序中某些计算密集的循环速度。

MMX采用单指令多数据（SIMD）技术并行处理多个信号采样值，可使不同的应用程序性能成倍提高。

如：

视频压缩可提高1.5倍，图像处理可提高40倍，音频处理可提高3.7偌，语音识别可提高1.7倍，三维动画可提高20倍。

展望未来

1994年，M.Burrows和D.J.Wheeler共同提出了一种全新的通用数据压缩算法。

这种算法的核心思想是对字符串轮转后得到的字符矩阵进行排序和变换，类似的变换算法被称为Burrows-Wheeler变换，简称BWT。

与Ziv和Lempel另辟蹊径的做法如出一辙，Burrows和Wheeler设计的BWT算法与以往所有通用压缩算法的设计思路都迥然不同。

如今，BWT算法在开放源码的压缩工具bzip中获得了巨大的成功，bzip对于文本文件的压缩效果要远好于使用LZ系列算法的工具软件。

这至少可以表明，即便在日趋成熟的通用数据压缩领域，只要能在思路和技术上不断创新，我们仍然可以找到新的突破口。

分形压缩技术是图像压缩领域近几年来的一个热点。

这一技术起源于B.Mandelbrot于1977年创建的分形几何学。

M.Barnsley在20世纪80年代后期为分形压缩奠定了理论基础。

从20世纪90年代开始，A.Jacquin等人陆续提出了许多实验性的分形压缩算法。

今天，很多人相信，分形压缩是图像压缩领域里最有潜力的一种技术体系，但也有很多人对此不屑一顾。

无论其前景如何，分形压缩技术的研究与发展都提示我们，在经过了几十年的高速发展之后，也许，我们需要一种新的理论，或是几种更有效的数学模型，以支撑和推动数据压缩技术继续向前跃进。

参考文献：

1钟玉琢，多媒体技术基础及应用，清华大学出版社2006-1

2林福宗，多媒体技术教程，清华大学出版社2008-1

数据压缩技术的原理及方法

数据压缩的含义

数据压缩，就是以最少的数码表示信源所发的信号，减少容纳给定消息集合或数据采样集合的信号空间。

所谓信号空间即被压缩对象是指：

一是物理空间，如存储器、磁盘、磁带、光盘等数据存储介质；二是时间区间，如传输给定消息集合所需要的时间；三是电磁频谱区域。

如为传输给定消息集合所需要的时间。

也就是指某信号集合所占的空域、时域和频域空间。

信号空间的这几种形式是相互关联的，存储空间的减少也意味着传输效率的提高与占用带宽的节省。

这就是说，只要采用某种方法来减少某一种信号空间，都能压缩数据。

从这个意义上，通过选择不同MODEM的调制与解调方式，可以在同样的频宽上传送更高的数码率，提高了单位频带的利用率，因而也具有频带压缩之功效。

数据压缩的意义

数据压缩就是在给定的空间内增加数据的存储量或对给定的数据量减少存储空间的方法。

数据压缩的意义在于：

（1）数据压缩可以节省大量的存储空间：

在建立数据库时，采用压缩技术可以取得明显的经济效益和社会效益。

（2）数据压缩可以减少数据传输时间：

在给定传输率的条件下，信息的传送率与价格成反比。

为了降低成本，必须进行数据压缩，尽量缩短通讯时间。

（3）数据压缩可以节省频带宽度：

在相同的通讯时间内，传输率相等时，需传送相同的信息量，压缩数据和未经压缩的数据所需的频带宽度不一样，压缩后的数据所占的频带宽度要小得多。

（4）数据压缩后可以使数据保密：

由于采用了压缩措施，使原来直接可阅读的原始数据变得不能直接阅读了。

只有知道压缩编码规则和解码方法的人，才能将压缩数据恢复成直接可阅读的形式。

（5）数据压缩可以使在现有条件下还不能实用的项目达到实用水平。

数据压缩的基本原理

数据压缩技术就是对原始数据进行数据编码或压缩编码。

目前常用的压缩编码有：

冗余压缩法（无损压缩法、熵编码）和熵压缩法（有损压缩法）两类。

前者是冗余度压缩，是一个可逆过程，其编码包括Huffman编码、算术编码、行程编码以及主要用于文本压缩的基于字典的Lz和Lwz编码；后者是熵压缩，利用某些变换来尽可能地去掉数据中间尤其是相邻数据之间的相关性而实现的压缩。

如图片中常常有色彩均匀的背影，电视信号的相邻两帧之间可能只有少量的变化是不同的，声音信号有时具有一定的规律性和周期性等等。

但这种变换有时会带来不可恢复的损失和误差，因此叫做不可逆压缩，其编码包括预测编码、正交变换编码、向量量化编码、分层编码、频带分割编码等。

冗余度压缩的压缩比通常只有几倍，远远不能满足数字视听应用的要求。

因此在数字图书馆中一般只使用这种技术来对文本进行压缩。

在实际的数字视听设备中，差不多都采用压缩比更高但实际有损的熵压缩技术。

只要作为最终用户的人觉察不出或能够容忍这些失真，就允许对数字音像信号进一步压缩以换取更高的编码效率。

熵压缩主要有特征抽取和量化两种方法，指纹的模式识别是前者的典型例子，后者则是一种更通用的熵压缩技术。

无损压缩是可逆的；有损压缩是不可逆的。

Huffman编码

Huffman编码又称最佳编码。

Huffman编码过程是：

例：

对信源[X1，X2，×3，X4，X5，×6]=[0.25，0.25，0.20，0.15，0.10，0.05]进行Huffman编码。

其中：

X1=01；X2=l0；X3—11；X4=000；X5=0010；X6=0011。

算术编码

算术编码是一种二元编码。

这种编码方法是在不考虑信源统计的情况下，只要监视一段时间内码字出现的频率，不管统计是平稳的或非平稳的，编码的码率总能趋近于信源熵值，每次迭代的编码算法只处理一个数据符号，并且只有算术运算。

对二进制编码来说，信源符号只有两个。

在算术编码的初级阶段，可设一个大概率Pe和小概率Qe，然后对被编码比特流符号进行判断。

变换编码

变换编码是指对信号进行变换后在编码。

例如:

模型编码

模型编码是指采用模型的方法对传输的图像进行参数估测。

模型编码有：

随机马尔可夫场和分形图像编码。

分形的概念：

分形的含义是其组成部分以某种方式与整体相似的形（一类无规则、混乱而复杂），其局部与整体有相似性的体系，即：

自相似性体系。

数据压缩的主要方法

数据压缩主要是为了减少数据的存储空间和传输数据的时间，从而降低成本。

一般的压缩技术包括删去重复和不必要的部分，或者使用专门的编码技术。

在众多的压缩方法中，逻辑压缩和物理压缩就是其中的典型代表。

逻辑压缩

逻辑压缩是根据对数据有关字段数据的分析统计结果而进行编码压缩的一种方法。

设计数据库的第一步，就是要分析数据，弄清压缩的可能性。

在数据库文献中，有些字段的取值是有限定范围的。

我们将取值的所有可能性进行逻辑排队，然后编码压缩。

在实际存储中，可用字符形式存储，也可用二进制数（bit）形式存储。

在数据压缩中，一般采用二进制数形式存储。

因为一个字符用8bit表示，有256种状态。

两个字符的空间用16bit存储课表示65536种状态。

这样就提高了信息的密度。

物理压缩

物理压缩方法不同于逻辑压缩，它是将信息物理存储时较稀疏的信息密度换成密集的信息密度时的编码方法。

它与字段的取值范围无关，仅对整个文件进行紧缩处理。

物理压缩的方法很多，包括：

1.零抑制：

消去零或空信息以减少存储容量。

这种压缩方法对被压缩的数据流进行扫描，对于重复的空白或零位用特殊格式的字符对进行替换。

2.位映像：

位映像对数据串进行扫描，判别各字符是空字符还是数据字符。

若是数据字符则二进制“1”，否则置“0”。

这样就建立了一个位映像字符作为一个索引。

压缩后的数据串仅存有效的数据字符。

3.行程编码：

行程编码是物理的紧缩任何类型的重复字符序列的数据压缩：

法。

零抑制是行程编码的特例，而行程编码是零抑制的一般情况。

4.半字压缩：

半字压缩是有位映像派生出来的一种压缩方法。

它对数字字符串的压缩非常有效。

5.二元编码：

二元编码是用一个专用字符置换一个字符对的数据压缩处理技术。

专业字符的位结构描述了字符对的编码，可获得2：

1的压缩率。

6.模式置换：

模式置换是二元编码的高级形式的一种压缩技术。

也是一个专业的字符代码替换预先规定的字符模式。

模式置换时数据文件中包括了大量已知的模式时，其压缩效果特别明显。

7.相关编码：

所谓的相关编码是这样的一种压缩技术，它非正式地应用于规范数据文件的传输。

这种压缩编码对于彼此很单一的顺序能分解为相关的原数据，并将其进行有效的压缩。

参考文献：

1罗燕，蒋向红．对数字图书馆建设中技术问题的探讨——企业知识分享．中国科技信息，2006（3）

2洪光宗，数据压缩技术在数字图书馆中的应用．图书馆学刊，2002（5）

3经渊，胡海燕．数字图书馆发展引发的存储危机及其对策．现代情报，2002

（2）

4陈海英，数字图书馆中的数据压缩及信息共享问题．大学图书馆学报，2002

（2）

数据压缩编码国际标准

从20世纪80年代开始，世界上已有几十家公司纷纷投入到多媒体计算机系统的研制和开发工作。

20世纪90年代已有不少精彩的多媒体产品问世，诸如荷兰菲利浦和日本索尼联合推出的CD-I，苹果公司Macintosh为基础的多媒体功能的计算机系统，Intel和IBM公司联合推出的DVI。

此外，还有Microsoft公司的MPC及苹果的QuickTime等，这些多媒体计算机系统各具特色，丰富多彩，竞争异常激烈。

具有人机交互特色的多媒体技术，使计算机进入普通家庭，进入人们的生活、学习、娱乐及人们的精神生活领域。

人们像使用家用电器一样地使用计算机。

计算机能听懂人的话语；计算机成为能讲话的实用型产品进入市场，也为时不远了。

Internet技术的迅猛发展与普及，推动了世界范围的信息传输和信息交流。

在色彩缤纷、变幻无穷的多媒体世界中，用户如何选择产品，如何自由地组合、装配来自不同厂家的产品部件，构成自己满意的系统，这就涉及一个不同厂家产品的兼容性问题，因此需要一个全球性的统一的国际技术标准。

国际标准化协会（InternationalStandardizationOrganization，ISO）、国际电子学委员会（InternationalElectronicsCommittee，IEC）、国际电信协会（InternationalTelecommunicationUnion，ITU）等国际组织及CCITT，于20世纪90年代领导制定了多个重要的多媒体国际标准。

如H.261、H.263、JPEG和MPEG等标准。

H.261是被可视电话、电视会议中采用的视频、图像压缩编码标准，由CCITT制定，1990年12月正式批准通过；JPEG是由ISO与CCITT成立的“联合图片专家组（JointPhotographicExpertsGroup，JPEG）”制定的，用于灰度图、彩色图的连续变化的静止图像编码标准，于1992年正式通过；MPEG是以H.261标准为基础发展而来的。

它是由IEC和ISO成立的“运动图像专家组（MovingPictureExpertsGroup，MPEG）”制定的，于1992年通过了MPEG-1，并在后来的几年中，陆续推出了MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7等标准。