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图像数据压缩

时间:2011-04-23  作者:秩名
有损压缩格式有:

图片格式:JPEG

音频格式:MP3 MPC WMA Ogg RA

视频格式:几乎所有的视频格式

1.2.2 无损压缩

无损压缩(如Tiff文件的LZW算法)是对文件本身的压缩,原理和其它数据文件的压缩一样,是对文件的数据存储方式进行优化,采用某种算法表示重复的数据信息,文件可以完全还原,不会影响文件内容,对于数码图像而言,也就不会使图像细节有任何损失。由于无损压缩只是对数据本身进行优化,所以压缩比例有限。

无损压缩的基本原理是相同的颜色信息只需保存一次。压缩图像的软件首先会确定图像中哪些区域是相同的,哪些是不同的。包括了重复数据的图像(如蓝天)就可以被压缩,只有蓝天的起始点和终结点需要被记录下来。但是蓝色可能还会有不同的深浅,天空有时也可能被树木、山峰或其他的对象掩盖,这些就需要另外记录。从本质上看,无损压缩的方法可以删除一些重复数据,大大减少要在磁盘上保存的图像尺寸。但是,无损压缩的方法并不能减少图像的内存占用量,这是因为,当从磁盘上读取图像时,软件又会把丢失的像素用适当的颜色信息填充进来。如果要减少图像占用内存的容量,就必须使用有损压缩方法。

无损压缩方法的优点是能够比较好地保存图像的质量,但是相对来说这种方法的压缩率比较低。但是,如果需要把图像用高分辨率的打印机打印出来,最好还是使用无损压缩几乎所有的图像文件都采用各自简化的格式名作为文件扩展名。从扩展名就可知道这幅图像是按什么格式存储的,应该用什么样的软件去读/写等等。

一些常用的无损压缩算法有霍夫曼(Huffman)算法和LZW压缩算法[2]。

2 介绍几种流行的多媒体数据压缩国际标准

2.1JPEG——静态图像压缩标准

JPEG是联合图象专家组(Joint Picture Expert Group)的英文缩写,是国际标准化组织(ISO)和CCITT联合制定的静态图象的压缩编码标准。和相同图象质量的其它常用文件格式(如GIF,TIFF,PCX)相比,JPEG是目前静态图象中压缩比最高的。把给出具体的数据来对比一下。例图采用Windows95目录下的Clouds。bmp,原图大小为640*480,256色。用工具SEA(version1。3)将其分别转成24位色BMP、24位色JPEG、GIF(只能转成256色)压缩格式、24位色TIFF压缩格式、24位色TGA压缩格式。得到的文件大小(以字节为单位)分别为:921,654,17,707,177,152,923,044,768,136。

可见JPEG比其它几种压缩比要高得多,而图象质量都差不多(JPEG处理的颜色只有真彩和灰度图)。正是由于JPEG的高压缩比,使得它广泛地应用于多媒体和网络程序中,例如HTML语法中选用的图象格式之一就是JPEG(另一种是GIF)。这是显然的,因为网络的带宽非常宝贵,选用一种高压缩比的文件格式是十分必要的。

JPEG有几种模式,其中最常用的是基于DCT变换的顺序型模式,又称为基线系统(Baseline)[3]。

2.2MPEG—运动图像压缩编码

多媒体领域内的国际标准的一个组织。该组织成立于1988年,由全世界大约300名多媒体技术专家组成。包括MPEG视频、MPEG音频和MPEG系统(视音频同步)三个部分。

MPEG压缩标准是针对运动图像而设计的、基本方法是-在单位时间内采集并保存第一帧信息,然后就只存储其余帧相对第一帧发生变化的部分,以达到压缩的目的。 MPEG压缩标准可实现帧之间的压缩,其平均压缩比可达50:1,压缩率比较高,且又有统一的格式,兼容性好。

在多媒体数据压缩标准中,较多采用MPEG系列标准,包括MPEG-1、2、4等。MPEG-1(ISO/IEC 11172)是MPEG组织于1992年提出的第一个具有广泛影响的多媒体国际标准。MPEG-1标准的正式名称为“基于数字存储媒体运动图像和声音的压缩标准”,可见,MPEG-1着眼于解决多媒体的存储问题。由于MPEG-1的成功制定,以VCD和MP3为代表的MPEG-1产品在世界范围内迅速普及。继成功制定MPEG-1之后,MPEG组织于1996年推出解决多媒体传输问题的MPEG-2标准。MPEG-2的正式名称为“通用的图像和声音压缩标准”。MPEG-2标准最为引人注目的产品是数字电视机顶盒与DVD。此后,MPEG并没有停止前进的步伐,于1999年1月公布了ISO的MPEG-4(视频和音频对象的压缩)标准的第一版,随后又于1999年12月公布了此标准的第二版。MPEG-4的正式ISO命名为ISO/IEC14496。MPEG-4于1991年5月首次提出,1993年7月正式启动,于1999年1月成为国际标准,经历了长达6年的研究与讨论。

MPEG-1用于传输1.5Mbps数据传输率的数字存储媒体运动图像及其伴音的编码,经过MPEG-1标准压缩后,视频数据压缩率为1/100-1/200,音频压缩率为1/6.5。MPEG-1提供每秒30帧352*240分辨率的图像,当使用合适的压缩技术时,具有接近家用视频制式(VHS)录像带的质量。 MPEG-1允许超过70分钟的高质量的视频和音频存储在一张CD-ROM盘上。VCD采用的就是MPEG-1的标准,该标准是一个面向家庭电视质量级的视频、音频压缩标准。

MPEG-2主要针对高清晰度电视(HDTV)的需要,传输速率为10Mbps,与MPEG-1兼容,适用于1.5-60Mbps甚至更高的编码范围。 MPEG-2有每秒30帧704*480的分辨率,是MPEG-1播放速度的四倍。它适用于高要求的广播和娱乐应用程序,如: DSS卫星广播和DVD,MPEG-2是家用视频制式(VHS)录像带分辨率的两倍。

MPEG-4标准是超低码率运动图像和语言的压缩标准用于传输速率低于64kbps的实时图像传输,它不仅可覆盖低频带,也向高频带发展。较之前两个标准而言,MPEG一4为多媒体数据压缩提供了—个更为广阔的平台。它更多定义的是一种格式、一种架构,而不是具体的算法。它可以将各种各样的多媒体技术充分用进来,包括压缩本身的一些工具、算法,也包括图像合成、语音合成等技术。MPEG-4从其提出之日起就引起了人们的广泛关注,虽然不是每个人都清楚它的具体目标,但却都对它寄予了很大的希望。MPEG-4的最大创新在于赋予用户针对应用建立系统的能力,而不是仅仅使用面向应用的固定标准。此外,MPEG-4将集成尽可能多的数据类型,如自然的和合成的数据,以实现各种传输媒体都支持的内容交互的表达方法。

目前,MPEG组织正在讨论和制定MPEG-7标准。MPEG-7标准的正式名称叫“多媒体描述接口”,并将于2001年11月发布。MPEG制定这个标准的主要目的,是为了解决多媒体内容的检索问题。通过这个标准,MPEG希望对以各种形式存储的多媒体结构有一个合理的描述,通过这个描述,用户可以方便地根据内容访问多媒体信息。在MPEG-7体系下,用户可以更加自由地访问媒体。比如,用户可以在众多的新闻节目中寻找自己关心的新闻,可以跳过不想看的内容而直接按自己的意愿收看精彩的射门集锦;在互联网上,用户键入若干关键词就可以在网上找到自己需要的克林顿的演讲、贝多芬的交响乐等;甚至用户只需出示一张克林顿的照片或哼一首音乐的旋律,都可以找到自己所需要的多媒体材料。所有这些,都取决于MPEG-7中对各种多媒体内容的描述。与此同时,MPEG-21标准也于2000年6月开始启动。MPEG-21的正式名称叫“多媒体框架”,其具体内容正在制订过程中。总之,随着MPEG组织的不断努力,多媒体信息技术的日趋成熟,用户会日益感受到新技术和新标准带来的种种方便和实惠[4]。

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