3.1.3压缩编码方法-PCM 口1.脉码调制PcM( Pulse code modulation) ■连续模拟信号的数字采样表示; Nyquist采样速率c=2Hlog2L(b/s) Shannon公式:c=2Hog241+S/N)(b/s); ■N级量化器N=2,每个采样用b位代码表示; ■PCM的编码解码器( codec)是图像编码系统的起/终点, 即ADC和DAG; ■其他编码方法是在模拟信号经PCM编码后的压缩编码方 法 Digital Campneddiow and Coding low ultimedia 3-11
Digital Compression and Coding for Multimedia 3－11 3.1.3 压缩编码方法-PCM 1. 脉码调制PCM(Pulse Code Modulation) ◼ 连续模拟信号的数字采样表示; ◼ Nyquist采样速率:c=2H·log2L(b/s) Shannon公式:c=2H·log2(1+S/N)(b/s); ◼ N级量化器,N=2b ,每个采样用b位代码表示; ◼ PCM的编码/解码器(codec)是图像编码系统的起/终点, 即A/DC和D/AC; ◼ 其他编码方法是在模拟信号经PCM编码后的压缩编码方 法
3.1.3压缩编码方法-预测编码 口2.预测编码 DPCM(differential pulse code modulation)FHADPCM(E 适应DPCM编码器存储和传输的是样本值与预测值之差一 预测误差编码; ■预测值由欲编码信号的过去信息决定; ■线性预测,比例系数由统计特性估计; ■预测可在相邻像素值之间,也可以在行之间; ■空间相关性使差值变化范围小于真值范围用较少位数表示; ■利用人的视觉特性对差值进行非均匀量化,从而提高压缩比; ■对差值编码时进行了量化这是一种有损编码 Digital Campneddiow and Coding low ultimedia 3-12
Digital Compression and Coding for Multimedia 3－12 3.1.3 压缩编码方法-预测编码 2. 预测编码 ◼ DPCM(differential pulse code modulation)和ADPCM(自 适应DPCM)编码器存储和传输的是样本值与预测值之差—— 预测误差编码; ◼ 预测值由欲编码信号的过去信息决定; ◼ 线性预测,比例系数由统计特性估计; ◼ 预测可在相邻像素值之间,也可以在行之间; ◼ 空间相关性使差值变化范围小于真值范围,用较少位数表示; ◼ 利用人的视觉特性对差值进行非均匀量化,从而提高压缩比; ◼ 对差值编码时进行了量化,这是一种有损编码
3.1.3瓜缩编码方法-变换編码 口3.变换编码 利用图像块内像素值之间的相关性把图像变换到一组新的基上,使能量 集中到少数几个变换系数上通过存储这些系数达到压缩的目的如时域 频域(声音、图像时低频信号)分布集中进行釆样编码压缩数据; ■把整幅图分成许多矩形子图独立进行变换变换域采样和量化; ■最优KTL( Karhunen-Loeve Transform):消除相关性最有效计算量大, 无快速算法,在均方差最小意义下导出的最优变换,其基向量是输入向量 协方差矩阵的特征向量; ■次优DcT( Discrete Consine Transform):与KTL类似有快速算法对固 定(像素)块进行变换成DcT系数空间频率为0的系数为直流分量,是所有 像素的平均值,其余63个系数为交流系数多数情况下高频系数为0或趋近 于0变换时将输入信号和DCT正交矩阵相乘完成DcT变换 准最佳变换一DFT( Discrete Fourier transform近似最佳但是运算次数 多,需要复数运算保留FFT在DFT中取实数部分进行DCT快速运算; WHT Walsh-Hadamard Transform) 3-13
Digital Compression and Coding for Multimedia 3－13 3.1.3 压缩编码方法-变换编码 3. 变换编码 ◼ 利用图像块内像素值之间的相关性,把图像变换到一组新的基上,使能量 集中到少数几个变换系数上.通过存储这些系数达到压缩的目的.如时域 →频域(声音、图像时低频信号).分布集中,进行采样编码,压缩数据; ◼ 把整幅图分成许多矩形子图独立进行变换,变换域采样和量化; ◼ 最优-KTL(Karhunen-Loeve Transform):消除相关性最有效,计算量大, 无快速算法,在均方差最小意义下导出的最优变换,其基向量是输入向量 协方差矩阵的特征向量; ◼ 次优-DCT(Discrete Consine Transform):与KTL类似,有快速算法,对固 定(像素)块进行变换成DCT系数,空间频率为0的系数为直流分量,是所有 像素的平均值,其余63个系数为交流系数,多数情况下高频系数为0或趋近 于0.变换时将输入信号和DCT正交矩阵相乘完成DCT变换 ◼ 准最佳变换-DFT(Discrete Fourier Transform):近似最佳,但是运算次数 多,需要复数运算.保留FFT在DFT中取实数部分进行DCT快速运算; ◼ WHT(Walsh-Hadamard Transform);
3.13瓜缩綸码方法-统计編码 口4.统计编码 ■ Huffman编码 口出现频率大的符号用较少的位数表示,出现频率小的符号用较多位数 表示; 口编码效率取决于编码符号出现的概率分布越集中压缩比越高; 口各码字长度严格按照所对应符号出现概率的大小逆序排列 口算术编码 口每一符号对应[o1)上一子区间,区间长度为该符号出现的频率,把编码 的符号串数值串)表示成实数0到1之间的一区间初值为整个区间 [0,1),出现新的编码符号先把完整的[0,1)区间映射到上一次形成的区 间,然后新区间取为[0,1)上新符号对应区间所映成的像 口可方便使用自适应编码根据当前接收的数据不断更改概率模型;不需 要传送像哈夫曼编码的表; 口信号源概率比较接近时算术编码比哈夫曼编码效率高; Digital Campneddiow and Coding low ultimedia 3-14
Digital Compression and Coding for Multimedia 3－14 3.1.3 压缩编码方法-统计编码 4. 统计编码 ◼ Huffman编码 出现频率大的符号用较少的位数表示,出现频率小的符号用较多位数 表示; 编码效率取决于编码符号出现的概率分布,越集中压缩比越高; 各码字长度严格按照所对应符号出现概率的大小逆序排列. ◼ 算术编码 每一符号对应[0,1)上一子区间,区间长度为该符号出现的频率,把编码 的符号串(数值串)表示成实数0到1之间的一区间.初值为整个区间 [0,1),出现新的编码符号,先把完整的[0,1)区间映射到上一次形成的区 间,然后新区间取为[0,1)上新符号对应区间所映成的像. 可方便使用自适应编码,根据当前接收的数据不断更改概率模型;不需 要传送像哈夫曼编码的表; 信号源概率比较接近时,算术编码比哈夫曼编码效率高;
3.13瓜缩綸码方法-统计編码 口4.统计编码 ■游程编码(RLC) 口一维信号的分段常数逼近编码器不断比较一维的相邻元素值的变化 幅度,一旦发现有明显变化设一个游程; 游程两种信息:游程起始位置和该游程对应的信号值; 口信息记录方式:游程是连续的游程的位置信息和信号值都有2种记录 方式一差分方式:较高效率;绝对值方式; 口主要技术:检测重复的位或字符序列用它们出现的次数取而代之; 口方法计算信源符号出现的游程长度,并将其转换成代码 Digital Campneddiow and Coding low ultimedia 3-19
Digital Compression and Coding for Multimedia 3－19 3.1.3 压缩编码方法-统计编码 4. 统计编码 ◼ 游程编码(RLC) 一维信号的分段常数逼近,编码器不断比较一维的相邻元素值的变化 幅度,一旦发现有明显变化,设一个游程; 游程两种信息:游程起始位置和该游程对应的信号值; 信息记录方式:游程是连续的,游程的位置信息和信号值都有2种记录 方式——差分方式:较高效率; 绝对值方式; 主要技术:检测重复的位或字符序列,用它们出现的次数取而代之; 方法:计算信源符号出现的游程长度,并将其转换成代码