JPEG H.261, MPEG-1, MPEG-2
无损+有损(Lossless and Lossy Together)
JPEG 2000
数据压缩的性能指标
衡量压缩算法的三个主要性能指标 （1）压缩比； （2）压缩质量（失真）； （3）压缩与解压缩的速度。
不能兼得时要综合考虑
数字媒体处理技术
课程定位
2019/9/21
提纲
1.1 数字媒体的基本概念 1.2 数字媒体处理关键技术 1.3 数字媒体标准简介 1.4 数字媒体技术的应用
1.1 数字媒体的基本概念
4
计算机数字技术
计算机的社会角色
计算 信息交流 智能服务
信息交流(人类发展和人的成长/计算机发展) 情感—>语言—>文字—>bits (—>>简单化、精确化)
(b)将它们的频率和赋给父结点，并将其插入L; (c) 将树的左右孩子赋符号“0”和“1”，并从L中删除。
哈夫曼编码(Huffman Coding)示例
输入： “ALOHA HAWAII” 频率： 4A, 2H, 2I, 1L, 1O, 1 space, 1W 96 bits (8 bits * 12 characters) to 32 bits:
analog signal
sampled signal
Sampler
Quantizer &
Coder
digitized signal
Step 1: 采样与失真
通过某种频率的采样脉冲将模拟信息的值取出，变连续的模 拟信息为离散信号。
采样定理：采样频率>＝原始信号频率的2倍时， 采样信号才可以保真地恢复为原始信号。
数据压缩
数据压缩可分成两种类型
无损压缩 有损压缩
无损压缩
指使用压缩后的数据进行重构(或者叫做还原，解压缩)，重 构后的数据与原来的数据完全相同
用于要求重构的信号与原始信号完全一致的场合。一个很 常见的例子是磁盘文件的压缩。
有损压缩
指使用压缩后的数据进行重构，重构后的数据与原来的数 据有所不同，但不影响人对原始资料表达的信息造成误解。
Any Content+, Any Place, Any Device, Any Time
Conditional Access/Cable, Satellite,
+ As Authorized
Broadcast, Wireless
Services,Entertainment
1.2 数字媒体处理关键技术
传输 (Transmission)
信息交换
(Information Exchange)
什么是数字媒体
多媒体
Multimedia: 文本、图形、图像、视频和音频的组合形式， 使其内容更丰富，更便于交流。
数字媒体
Digital Media: 以数字化的形式存储、处理和传播信息的 媒体，以网络为主要传播载体，并具有多样性、互动性、 集成性等特点。
information, or entertainment (Merriam-Webster Dictionary ) medium的复数形式media
介质、媒介和媒体
● 多媒体定义 多媒体技术是利用计算机对文字、图像、图形、动画、音频、视
频等多种信息进行综合处理、建立逻辑关系和人机交互作用的产物。
压缩质量评价
主观评价 ：平均意见得分（MOS）、五分制（优良中差劣）
客观评价：均方误差、加权均方误差、信噪比、峰值信噪比（图像）、 分段信噪比（音频）、似然比、谱失真测度
SNR(dB)

10
lo g10

2 x 2 r
PS NR (d B)
10 log10
x2 m ax

2 r
编码方式举例：哈夫曼编码(Huffman Coding)
多媒体信息：通过多媒体传播的信息。 多媒体系统：能够产生、存储、传播多媒体信息的系
统。
数字媒体技术的发展
WWW 数字视音频
图形操作系统
1980
Future
1990
32位处理器
CD-ROM, LAN, WAN, 16位处理器 桌面PC
1970-an
8位处理器
数字媒体计算机演变的关键技术
计算、通信、内容、消费电子融合(4C)
2
3
4
多媒体的特性
多媒体强调的是使用多种媒体、综合表达信息 内容并进行交互式处理的技术。
从本质上来说，具有三种最重要的特性：
媒体的多样性，其中至少有一种连续媒体； 媒体的集成性（综合性），多种不同媒体综合地表
现某个内容，取得更好的效果； 处理的交互性，使人们获取和使用信息的过程中具
什么是数字媒体：A Big Picture
多媒体
图像
视频
文本
音频
语音
数字媒体系统 分布式数字媒体系统
媒体内容管理
Authoring Frameworks Tools
网络
Streaming video
Web pages
Virtual worlds
Streaming audio Client-server
Huffman编码属于信息熵编码的方法之一，是根据信源 符号出现概率的分布特性而进行的压缩编码。
也称为最佳编码，平均码长最短。 编码过程：
1. 初始化:将信源符号按频率递减顺序排列,输入L; 2. 重复如下操作直至L中只有1个结点:
(a)从L中取得两个具有最低频率的结点，为它们创建一个父结 点；
音频、视频、语音、动画
基于描述空间中空间维分类
感觉 (Perception)
展现 (Presentation)
表示 (Representation)
媒体分类标准
1D媒体
单声道语音、音乐
2D媒体
双声道音乐、图像、二维图形
3D及多维媒体
存储 (Storage)
三维图形 , 全景图像 , 空间立体声音乐
0 A
1
0
1
01
0
I
H
01
L [space]
1
01
W
O
A=0, I=100, H=101, L=1100, space=1101, etc.
数字信息的最小单元就是比特，通过比特可以表述 各种媒体信息。
比特是信息的最小单元
比特没有颜色、尺寸和重量，它只是一种存在的状态：开 或关、真或假、高或低、黑或白，总之简记为0或1。
比特易于复制，而且复制的质量不会随复制数量的增加而 下降。
比特可以以极快的速度传播，而且在传播时不受时空的限 制。
18
媒体数字化
为什么要数字化？
数字化过程
媒体数字化关键技术
采样（Sampling） 压缩（Compression） 编码（Coding）
为什么要数字化？
模拟的问题：模拟失真，依赖载体 数字化的好处：
通用的存储和传输格式，数字化后处理更方便 适用于光盘存储和远距离传输 准确可靠，没有累计失真，可以无损传输和存储
数字化的问题
采样率失真，信息丢失 与模拟相比，需要很大的空间，例如35mm照片需要
420万像素，高清视频码率大于 1Gbps
需要压缩
数字悬崖：马赛克、画面暂停丢失
数字化过程
三步骤
采样（Sampling） 量化（Quantizing） 压缩（Compression）与编码（Coding）
为什么需要数据压缩？
压缩编码的理论基本原理
从信息论的角度来看，压缩就是去掉信息中的冗余，即保留 不确定的信息，去除确定的信息(可推知的)，也就是用一种 更接近信息本质的描述来代替原有冗余的描述。
信息冗余的例子
你的朋友，Helen，将于明天晚上6点零5分在上海的虹桥机场接你。 (23*2+10=56个半角字符)
情感<—语言<—文字<—bits (<<—自然化、可觉化)
文字信息为主的信息交流时代
什么是多媒体
●“多媒体”一词源自“Multimedia”
Multi (Latin multus) -many; much; multiple
-多重、复合
1
Medium (Latin medius) -a substance regarded as the means of transmission of a force or effect; a channel or system of communication,
你的朋友将于明天晚上 6点零5分在虹桥机场接你。 (20*2+3=43个半角字符）
Helen将于明晚6点在虹桥接你。 (10*2+7=27个半角字符）
结论：只要接收端不会产生误解，就可以减少承载信息的数据量。
多媒体领域中的冗余分类
统计冗余
空间冗余——规则物体的物理相关性 时间冗余——视频与动画画面间以及音频帧
有细粒度的控制和操纵能力。
计算机与媒体
采集
表示
感觉
CPU Input Device
表示
存储
展现
Output Device
感觉
传输
什么是多媒体：分类
最常见的分类方法是基于感觉
文本 图像 音频(语音) 视频
基于描述空间中时间维分类
时间独立(离散)
文本、图形
时间依赖(连续)
间的相关性
信息熵冗余
编码冗余——数据与携带的信息