多媒体应用系统技术第九讲多媒体压缩技术与网络多媒体

多媒体应用系统技术第九讲多媒体压缩技术与网络多媒体

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第二章多媒体压缩技术多媒体压缩技术是多媒体技术的最重要的组成部分之一本章主要介绍

多媒体数据压缩的常用编码方法音频、图像、视频数据压缩编码的国际标准

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多媒体数据压缩的基本概念冗余度

数据中存在的不影响人们感官的多余信息冗余度压缩

利用人们感官的不敏感性，除去或减少多余信息的压缩方法无失真压缩

压缩过程如是一种可逆过程，则称为无失真压缩冗余数据的形式

空间冗余、结构冗余、视觉冗余统计冗余、信息熵冗余、知识冗余

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多媒体数据压缩的分类按压缩编码方法分类

PCM 编码、预测编码、变换编码按压缩一致性分类

无损压缩即无失真压缩常用压缩算法

霍夫曼算法、 LZW 算法等冗余压缩多用于文本、数值数据、应用软件的压缩无损压缩的压缩比较低，一般为 2:1 ~ 5:1

有损压缩压缩时会丢失部分数据，且不可恢复常用压缩算法

预测编码、变换编码等多用于对图像、声音、动态视频等数据的压缩压缩比一般可达几倍到几百倍，混合编码可达 4:1 ~ 400:1

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多媒体数据压缩的评价标准压缩比

压缩后文件大小与压缩前文件大小的比率比率越大压缩效果越好

压缩质量针对有损压缩，要求恢复后与压缩前的差异越小越好

压缩与解压缩的速度实现压缩的算法越简单越好压缩和解压缩的速度越快越好


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常用压缩编码—— PCM编码 PCM(Pulse Code Modulation)

脉冲调制编码工作原理

对模拟量经过采样、量化、编码后得到数字量压缩效果不高

采样对模拟信号按固定的时间间隔取样

量化将采样得到的模拟量用近似的数值表示，有量化误差

编码用相应的二进制代码表征量化后的数值

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常用压缩编码——预测编码有损编码，用已有的样本值对下一个样本值进行预测，得到一个预测值，计算预测值与实测值的误差，再对误差进行编码，达到数据压缩的目的帧内预测

DPCM- 差分脉冲调制编码 P.28 图 2-3

ADPCM- 自适应查分脉冲调制编码 P.29 图 2-4

帧间预测运动补偿的帧间预测帧间内插法

线性预测编码多脉冲线性预测编码、规则脉冲激励编码编码激励线性预测、代数激励线性编码

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常用压缩编码——变换编码变换编码为有损编码变换编码的工作原理

将图像信号从一个域（如时间域）变换为另一个域（如频率域），然后对变换后的信号进行量化与编码常用的变换编码方法

K-L 变换傅里叶变换离散余弦变换

不同的变换会有不同的压缩效果压缩比和还原后的图像品质

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常用压缩编码——行程编码常用统计编码

行程编码、霍夫曼编码、算术编码行程编码是一种非常简单的无损压缩编码，又称为“运动长度编码”或“游程编码” 行程编码工作原理

将相同的连续数据值序列用一个重复次数 + 数值来表示如： AAAAARRRRTSSSDEEEEEE 行程编码为： *5A*4RT*3SD*6E

行程编码特别适合于由计算机生成的图像

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常用压缩编码——霍夫曼编码统计编码是根据消息出现概率的分布特性进行编码，属于无损压缩编码霍夫曼编码是统计编码中的一种霍夫曼编码的工作原理

根据符号概率的大小按递减次序排列把概率最小的两个符号的概率相加，组成新符号的概率重复前两步骤，直到最后两个符号的概率和为 1 从后往前进行编码，概率大的为 0 ，概率小的为 1（或相反）

P.32 示例霍夫曼编码较多地应用于数字图像处理

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压缩编码国际标准——音频压缩标准由 CCITT和 ISO 制定并推行 G 系列音频压缩编码标准

G.711 ：标准 PCM ，采样频率 8kHz ，量化精度 8bit ，速率 64kbit/s G.721： ADPCM ，速率 32kbit/s， 711\721 适合 200Hz~3.4kHz 电话音频 G.722 ：将音频分为高低两个子带，分别采用 ADPCM 编码，采样频率16kHz ，量化精度 14bit ，速率 224kbit/s

G.728： LD-CELP ，速率 16kbit/s G.723\G.726\G.727\G.729 等

MPEG 音频标准 1992年制定，成为 MPEG-1 ，是高保真立体声压缩标准，采样频率32kHz、 44.1kHz、 48kHz ，可分为 3 个层次

第一层：输出速率 384kbit/s ，第二层： 256~192kbit/s ，第三层： 128~112kbit/s ISO 还制定了 MPEG-2，MPEG-4、MPEG-7 等标准

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压缩编码国际标准——静态图像压缩标准 JPEG 标准

JPEG有 3 个层次基本系统：压缩和解压图像、保持高压缩率，并能处理 4位和 16位图像扩展系统：在基本系统基础上增加多种编码方式，用于特殊要求特殊无损功能：解压后数据没有损失

JPEG4 中工作模式基于 DCT 的顺序编码、基于 DCT 的累进编码、无损编码、分层编码

JPEG2000 2000年公布，提高低码率的压缩质量 2 种编码方式

基于 DCT 的编码方式：兼容 JPEG ，但有更新和改进基于小波变换的编码方式

文件扩展名为 .J2K

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压缩编码国际标准——动态图像压缩标准 MPEG在 1988年由 ISO专家组制定，包括音频、视频和其他 MPEG-1

1992年制定，适用于传输速率为 1.5Mbit/s 的动态图像和伴音的编码由 5 个部分组成，采用基于 DCT 的变换编码，每秒播放 30 帧

MPEG-2 1994年制定，传输速率为 3~10Mbit/s ，在 NTSC 制式下分辨率为 724*486 由 9 个部分组成，压缩原理是利用了图像的空间相关性和时间相关性

MPEG-4 1999年制定，应用于可视电话、可视电子邮件等，传输速率 4~64kbit/s ，分辨率 176*144 ，通过帧重建技术压缩和传输数据由 6 个部分组成，支持 MPEG-1和MPEG-2所有功能

MPEG-7 1998年制定， 2001年底生效，称为“多媒体内容描述接口”，用以解决多媒体信息检索由 7 个部分组成，是对标准化的描述

MPEG-21 2000年 6月启动，称为“多媒体框架” 主要解决多媒体网络传送、服务质量、内容展示、设备易用性等用户交互作用的关键问题

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压缩编码国际标准——视频压缩编码标准 MPEG 是音频、视频的综合标准 H.261和 H.263 是纯视频标准 H.261

1990年制定，传输速率 px64kbit/s H.263

1996年推出，目前流行的标准主要功能

具有运动补偿能力有 4 个可选参数改进性能支持 5 种分辨率

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第四章网络多媒体技术 IP 电话、视频点播、多媒体会议系统等大量的网络应用需求催生了网络多媒体技术本章主要介绍

多媒体传输协议多媒体通信流媒体

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多媒体传输协议 RTP

用于在 Internet上针对多媒体数据流的一种传输协议 RSVP

资源预留协议，针对 IP 网络传输层不能保证QoS 和支持多点传上而提出的协议， RSVP 在业务流传送前先预留一定的网络资源，建立静态或动态的传输逻辑通路，保证每个业务都有足够的“独享”带宽 RTSP

实时流协议，工作在 RTP和 RTCP 之上的协议，控制实时数据的发送 MMS

微软媒体服务器协议，用于访问并流式接受Windows Media服务器中的 ASF 文件的一种协议 IPv6

下一代互联网协议，具有更大的地址空间，更小的路由表，更强的组播，更高的安全性请将手机调整到静音状态，自觉遵守课堂纪律教学网站：mingler.ccshu.org16

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下一代网络中的多媒体通信协议 H.323协议簇

借鉴了传统电话网的形式，借助 IP 信息传输方式，可提供语音、数据和图像业务 SIP

会话初始协议，借鉴 Internet 的标准和协议设计思想，坚持简洁、开放和可扩展的原则，采用请求 / 应答模式，基于文本方式，使用简单灵活、升级扩展方便 IMS

IP Multimedia Subsystem ，支持 IP 多媒体业务，控制功能与承载能力分离、呼叫与会晤分离、应用于服务分离、业务与网络分离、移动网与互联网融合请将手机调整到静音状态，自觉遵守课堂纪律教学网站：mingler.ccshu.org17

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多媒体通信服务质量通信服务质量

服务质量 QoS 可以看做是为一项或一类网络业务而定义的一组网络性能参数，应不同的应用需要有不同的 QoS 要求， QoS通常用带宽、时延、时延抖动、分组丢失率来衡量 Qos 的关键指标

可用性用户需要时网络即能工作的时间百分比

吞吐量一定时间段内网上流量或带宽的度量

时延一项服务从网络入口到出口的平均经过时间

时延变化同一业务流中不同分组所呈现的不同时延，高频率的时延变化称为抖动，低频率的时延变化称为漂移

丢包传输过程中的信息丢失


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多媒体通信系统结构P.60 图 4-1

网关会晤器通信终端多点控制单元


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多媒体会议系统多媒体会务系统包括传统的语音传播、扩音外，还包括

会务语音双向传送会场视频双向传送会场场景双向传送电子白板数据双向传送

多媒体会议系统关键技术网络环境多点传送技术编解码技术会议控制技术


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视频点播与交互电视传统电视用户是被动接受信息，只有频道选择权，没有视频播放控制权视频点播 /交互电视系统可以按需点播系统结构

视频服务和管理设备机顶盒传送网络


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用户接入网技术 xDSL接入

数字用户线系统， ADSL、 VDSL、 EDSL 混合光纤同轴接入

利用混合光纤同轴进行宽带数字通信的 CATV 网络快速以太网

采用专用的无碰撞全双工光纤连接无线接入

多路多点业务、直播卫星系统、本地多点业务光纤接入

FTTC、 FTTZ、 FTTB、 FTTO、 FTTH


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流媒体基本概念和应用将连续的影像和音频，经过压缩处理后，放在视频服务器上，让用户一边下载一边观看、收听的技术与单纯下载式相比，流式方式的优点

启动延时大幅缩短对系统缓存容量的需求大大降低流式传输的实现有特定的实时传输协议


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流媒体的技术原理


在流式传输中，使用 RTP/UDP和 RTSP/TCP两种不同的通信协议与音频、视频服务器建立联系流式传输的过程

用户选择某一流媒体服务器 Web浏览器与 Web服务器之间使用 HTTP/TCP交换控制信息客户机上的 web浏览器启动启动音频、视频 Helper 程序使用 HTTP从Web服务器检索相关参数对 Helper 程序初始化音频、视频 Helper 程序与音频、视频服务器运行实时控制流协议 RTSP

音视频服务器使用 RTP/UDP协议将音视频数据传输给音视频客户程序流媒体播放方式

单播、组播、点播、广播

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流媒体的文件格式 RM和 RA格式 ASF格式 QT格式


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流媒体的三大平台 RealNetworks流平台 Microsoft流平台 Apple流平台


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