CTI CONFIDENTIAL
数据压缩技术
感知能力限制(1)
真彩色图象
256色图象
CTI CONFIDENTIAL
数据压缩技术
感知能力限制（2）
256色1/4采样率图象
真彩色图象
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数据压缩技术
主流压缩方法
• 预测
–一维：DPCM –二维：块预测、模型匹配
• 变换编码(FFT、DCT、Wavelet等) • 量化(标量、矢量、LZW) • 统计编码
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MPEG-2
MPEG-2标准的组成
• 系统(ISO 13818-1) • 视频(ISO 13818-2) • 音频(ISO 13818-3)
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MPEG-2
MPEG-2系统
• 通用的码流传输和存储机制
–允许定义私有数据、支持扩展
• 系统流分类
SR(Msps)
4.42 4.42 4.42 4.42 4.42 4.42 4.42 4.42 4.42
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Satellite
Asiasat2 Asiasat2 Asiasat2 Asiasat2 Asiasat2 Asiasat2 Asiasat2 Asiasat2 Asiasat2
Station Freq (MHz)
内容提要
• 数据压缩技术 MPEG-2
• DVB
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MPEG-2
MPEG的沿革
• 从JPEG到MPEG • 1993年通过MPEG-1标准(ISO-11172)，目标是
支持VHS分辨率水平的数字节目传输、存储和 播放 • 1994年通过MPEG-2标准(ISO-13818)，目标是 支持从VHS分辨率水平直至高清晰度电视水平 的传输、存储和播放 • 1999年通过MPEG-4标准 • 正在制定MPEG-7、MPEG21标准
DVB
DVB标准概况
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DVB
CTI CONFIDENTIAL
DVB
我国目前数字卫星压缩电视节目现状
Station Freq (MHz)
河南 青海 福建 江西 辽宁 广西 陕西 安徽 江苏
3706(H) 3713 (H) 3720 (H) 3727 (H) 3734 (H) 3806 (V) 3813 (V) 3820 (V) 3827 (V)
量化(1)
7 6 5 4 3 2 1 0
标量量化
m
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数据压缩技术
量化(2)
• 720X576图象有414720个象素 • 24bits真彩色可以表达16777216个不同
颜色
矢量量化
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数据压缩技术
统计编码
• 5个不同事件W1,W2,…,W5,需要3bits
数字电视基础知识
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内容提要
数据压缩技术 • MPEG-2 • DVB
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数据压缩技术
压缩分类
• 无失真压缩
–用于文本压缩、要求无失真的静止图象压缩 对一般图象的压缩比不大于2
• 高保真压缩
–用于要求较高的医学、军事、航天等领域， 一般压缩比不大于10
0 W1 0.6
0.6
0.6
0.6 0
10 W2 110 W3 1110 W4 1111 W5
0.2 0.1 0.05 0 0.05 1
0.2 0.1 0 0.1 1
0.2 0
1
0.2
0.4 1
平均码长=0.6*1+0.2*2+0.1*3+0.05*4+0.05*4=1.7bits
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数据压缩技术
预测技术(2)
• 二维信号预测：
前一行
B
C
D
当前行
A
X
• 三维信号预测：
运动向量
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数据压缩技术
变换编码
• 选择正交变换，频率分辨率换取空间分 辨率
• 常用的变换编码FFT,DCT,Wavelet,哈德 码
• 易于快速计算
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数据压缩技术
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MPEG-2
MPEG-2批判
• 商业利益的折衷 • 技术手段的迁就
–图象只是二进制串——缺乏理解、难以交互 –压缩比远未到达理论、技术的极限——8X8
DCT、有限范围ME
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内容提要
• 数据压缩技术 • MPEG-2
DVB
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MPEG-2
MPEG-2音频
•支持5.1路声道 •支持多语种 •压缩方法
•采用心理学模型 •利用子带编码 •利用差帧 •非均匀量化
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MPEG-2
MPEG-2适用范围
• 作用
–框架 –压缩方法
• 传输
–广播（音、视频） –交互(电视会议、点播服务)
• 存储
–存储媒体、图象数据库
–Huffman、算术编码
• 分形
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数据压缩技术
预测技术
• 缩小了值的范围 • 压缩效果依赖于预测模型和量化技术 • 一维信号预测：f(t)=g(t)+e(t)
f(t)——输入信号 g(t)——预测信号 e(t)——误差值
• 对输入信号的编码转化为对误差的编码
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黑龙江内 蒙 广东 湖南 湖北 北京 山西 中央 新疆
3834 (V) 3827 (H) 3840 (H) 3847 (H) 3854 (H) 12329 (V)
3716(V) 4120 (H)
SR(Msps)
4.42 8.4 4.42 4.42 4.42 6.93 6.93 19.85 27.5
–节目流——考虑很好的信道条件，误码损失 较大
–传输流——考虑较差的信道条件，误码损失 较小
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MPEG-2
MPEG-2视频
• 算法的易实现与效果的折衷 • 考虑了与MPEG-1的兼容性 • 针对不同应用分成不同的类(Profile)和
级(Level)
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• 大压缩比压缩
–用于运动图象、数据库数据存储等领域，一 般压缩比在20倍以上
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数据压缩技术
数据压缩技术简介
• 压缩的可行性
–统计的冗余(数学意义上的冗余) –感知能力的局限(心理学意义上的冗余)
• 运动图象中的冗余
–空间上的冗余 –时间上的冗余
• 压缩的极限
–数学上：信息熵 –差别的感受性：韦伯定律、心理学模型