数据存储与数据压缩课件.ppt

* 字典编码压缩的应用 LZW（Lempel-Ziv-Welsh）压缩——也称LZ压缩； RAR压缩和ZIP压缩格式的文件； 图像文件，如GIF和PNG格式的文件。 * 差分编码压缩(differential encoding) * * 预测编码数字压缩技术 工作原理： 把图像按行扫描进行编码。在扫到某一像素前，可以用此像素前面的一些像素值进行预测估计，然后与实际像素值进行比较。 即用实际值减去预测估值得到差值信号，再将此差值信号量化、编码和传输。 在接收端用量化的差值信号重建图像信号。 * * 预测编码数字压缩技术 原理图如下： 量化器 编码器 信道 ∑ F(x,y) + - DQ(x,y) D(x,y) F’(x,y) 解码器 ∑ F(x,y) + - DQ(x,y) F’(x,y) 信道 编码系统 解码系统 * 特点 无损压缩 有损压缩，有不精确的量化器存在,预测编码 应用 适用于动画或视频的压缩 动画或视频中的连续图像帧（看成是很多连续的数据块）之间的差别很小，帧与帧之间有很多重复的信息。因此只需记录连续数据块之间的差别即可，而无需记录整个数据块。 * 图像和音视频的压缩 1.图像压缩？ 【例2-15】再一次请出“a”的位图。假定编码中白色像素个数在前。 在“a”的位图中，第一行包含3个白色像素，接着是4个黑色像素，然后又是3个白色像素。于是这一行被编码为（3，4，3）。 其他行也用此方法进行编码，… … 顺利完成，似乎没有什么问题。 但是认真考虑第八行的编码（注意它是以1开头的）： 编码为（2，5，1，2）会出现什么问题？如何解决？ 用0表示开头没有白色像素！ 现在第八行的编码是什么？ 进一步思考：如果同颜色像素的个数超出了行程长度的上限，如何解决？ * 其他的图像压缩方法 除了RLE压缩外，其他的图像压缩方法还包括GIF（用于简单图片）和JPEG（用于照片）等。 GIF（Graphic Interchange Format）是一个典型的字典编码压缩技术。它的基本思想是，首先将像素色彩数减少到256个，并将色彩的编码存储在一个称为调色板的色彩字典中。图像中的每个像素都可以用一个字节表示，字节的值指出在256个调色条目中哪一个表示像素的颜色。 通过将上述简单的字典编码扩展为自适应字典编码，GIF可以进一步提高压缩率——压缩过程中不断将新的像素模式添加到字典中，最终的字典将由原始调色板和一组像素模式构成。 * 其他的图像压缩方法 JPEG（Joint Photographic Experts Group）压缩标准是多种压缩方法的混合体。 JPEG的图像压缩是利用人眼对色彩感觉的局限性设计的，它重点是对色彩信息压缩。因为相对于亮度变化，人眼对色彩变化不太敏感。 JPEG压缩步骤大致如下： 首先，在每个2×2的像素方块中，求色度的平均值。这样色度信息的大小减少为1/4。但仍保留了原始亮度信息。 接着，将图像拆分为8×8的像素块，然后利用离散余弦转换（Discrete Cosine Transformation，DCT）对像素块进行转换，转换后的数据反映了原始块中像素间的关系，但并不是实际像素值。在转换后的数据块中，那些低于设定阈值的数值被0替代。 最后，结合使用行程编码、差分编码和哈弗曼编码压缩技术进一步缩小图像体积。 * JPEG压缩过程 * JPEG解码过程 * 【课堂练习2-47】 找一幅位图图片（BMP格式），在图形处理软件中将其分别另存为GIF和JPEG格式。比较三种格式文件的大小和图形质量变化。 * 音视频压缩 利用时间上的相关性和听视觉不敏感性。 预测编码（差分编码） 压缩标准 MPEG ISO 运动图像专家组（Motion Picture Experts Group，MPEG）研制开发的音、视频压缩标准，简称MPEG标准。 MPEG标准包含了很多子标准，涉及到音频、视频会议、高清晰电视等不同领域。 MPEG视频使用的技术基本上属于差分编码。连续视频是由一系列的帧（Frame）构成，一般每秒播放25帧。为了压缩一系列的图像帧，只有一部分图像帧（称为I帧）被完全编码，而I帧之间的其他图像帧采用差分编码技术，即只编码与前面图像帧不同的部分。另外，对I帧进行编码时使用了类似于JPEG的压缩方法。 MPEG音频压缩称为MP3（MPEG layer3）。MP3的压缩方法利用了人耳的特性，使用了类似于JPEG的技术来删除人耳察觉不到的细节信息。 * 视频压缩示意图 逻辑是事物的客观规律 逻辑是人的一种抽象思维，是人通过概念、判断、推理、论证来理解和区分客观世界的思维过程。 概念的特征：内涵和外延。 　　 判断的特征：一是判断必须对事物有所断定；二是判断总有真假。 　　 推理的特征： 　　 演绎推理的逻辑特征