多媒体技术基础及应用期末复习指导(4-7)

第四章 多媒体数据压缩编码技术

1、多媒体数据压缩的重要性和分类

(1)    为什么要进行数据压缩

多媒体信息包括了文本、数据、声音、动画、图形、图像以及视频等多种媒体信息。虽然经过数字化处理后其数据量是非常大的，如果不进行数据压缩处理，计算机系统就无法对它进行存储和交换。另一个原因是图像、音频和视频这些媒体具有很大的压缩潜力。因为在多媒体数据中，存在着空间冗余、时间冗余、结构冗余、知识冗余、视觉冗余、图像区域的相同性冗余、纹理的统计冗余等。它们为数据压缩技术的应用提供了可能的条件。因此在多媒体系统中必须采用数据压缩技术，它是多媒体技术中一项十分关键的技术。

(2)  数据压缩方法的分类

    常用的压缩编码方法可以分为两大类，一类是无损压缩法；另一类是有损压缩法。

常用的数据压缩方法按其原理分类也可分为：预测编码、变换编码、量化与矢量量化编码、信息熵编码、分频带编码、结构编码和基于知识的编码。

2.  量化的基本原理

(1)    量化的概念和原理

     量化的作用是在图像质量或声音质量达到一定保真度的前提下，舍弃那些对视觉或听觉影响不大的信息。量化的过程是模拟信号到数字信号的映射。模拟量是连续量，而数字量是离散量，因此量化操作实质上是用有限的离散量代替无限的连续模拟量的多对一的映射操作。

     量化概念主要来自于从模拟量到数字量的转换，即A/D转换，也就是通过采样把连续的模拟量离散化。量化过程预先设置一组判决电平和一组重建电平，各个判决电平覆盖一定的区间，所有判决电平将覆盖整个有效取值区间。量化时将模拟量的取样值同这些电平比较，若采样值幅度落在覆盖区间之上，则取这个量化级的代表值，称为码字。一个量化器只能取有限多个量化级，因此量化过程不可避免地存在量化误差。

3.  常用的压缩编码

（1）统计编码

(2) 预测编码

（3）变换编码

  4．多媒体数据压缩编码的国际标准

（1）    静态图像压缩编码标准JPEG

    1986年CCITT和ISO两个国际标准化组织联合成立了一个联合图像专家组JPEG（Joint Photographic Experts Group），致力于建立适合彩色和单色灰度级的连续色调静止图像的压缩标准。

（2）运动图像压缩编码标准MPEG

    MPEG标准是ISO/IEC委员会的第11172号标准，是针对全活动视频的压缩标准。该标准包括MPEG视频、MPEG音频和MPEG系统三大部分。MPEG视频是面向位速率约1.5Mbit/s全屏幕运动图像的数据压缩；MPEG音频是面向每通道数率为64，128和192kbit/s的数字音频信号的压缩。

     MPGE输入图像亮度信号的分辨率为360×240，色度信号的分辨率为180×120，每29.97帧，采用双向运动补偿。MPEG把输入的视频信号分成组，用三种图像格式标出：帧内图像、预测图像和差补图像。每组中的第一帧用帧内图像格式编码，第1M、2M、3M帧（M一般选为3）用预测图像格式编码，其它各帧使用差补图像格式编码。差补图像不仅利用过去的帧内图像或预测图像，也利用未来的帧内图像或预测图像进行运动补偿，因此可以达到更高的图像压缩率。

l         MPEG-I标准

     MPEG-I标准是运动图像专家小组1981年制订的数字存储运动图像及伴音编码标准。该标准分为视频、音频和系统三部分。它是一个通用标准，即考虑了应用要求，又独立于具体应用之上。视频部分为1.5Mbit/s活动图像压缩编码算法，对于带宽为1.5Mbit/s的位流，能够获得可接受的图像质量。该算法帧内编码采用二维余弦变换、自适应量化、行程编码、变字长编码和DPCM技术，帧间编码采用运动补偿预测和运动补偿内插技术。MPEG-I对于较低的传输速率、窄带宽的应用（如单速CD-ROM）是相当完善的，并通过插值可处理大于352×240的画面。

l         MPEG-II标准

MPEG-II是MPEG-I的扩充，丰富和完善。MPEG-II标准的视频数据速率为4-5Mbit/s,能提供720×480（NTSC）或720×576（PAL）分辨率的广播级质量的视像，适用于包括宽屏幕和高清晰度电视（HDTV）在内的高质量电视和广播。

5．理解信息熵的概念

信源X发出的xj(j=1,2,…n), 共n个随机事件的自信息统计平均（求数学期望），即H(X)=E{I(xj)}       = =

H(X)在信息论中称为信源X的“熵” (Entropy) ，它的含义是信源X发出任意一个随机变量的平均信息量。

例如：信源X中有16个随机事件，即n=16。每一个随机事件的概率都相等，即P(x1)=P(x2)=P(x3) =…=P(x8)= ，计算信源X的熵。

那么，X的熵为：

6．理解哈夫曼编码方法

哈夫曼编码方法的步骤是：

① 概率统计（如对一幅图像，或m幅同种类型图像作灰度信号统计），得到n个不同概率的信息符号。

       ② 将n个信源信息符号的n个概率，按概率大小排序。

       ③ 将n个概率中，最后两个小概率相加，这时概率个数减为n-1个。

       ④ 将n-1个概率，按大小重新排序。

       ⑤ 重复③，将新排序后的最后两个小概率再相加，相加和与其余概率再排序。

       ⑥ 如此反复重复n-2次，得到只剩两个概率序列。

       ⑦ 以二进制码元（0.1)赋值，构成霍夫曼码字。编码结束。

    在理解上述步骤的基础上，学会给已知的信源编码。

第五章  多媒体计算机硬件及软件系统结构

1. 多媒体个人计算机MPC的技术标准

    MPC联盟规定多媒体计算机包括五个部件：个人计算机（PC）、只读光盘驱动器（CD-ROM）、声卡、Windows操作系统和一组音箱或耳机等组成。并对CPU、存储器容量和屏幕显示功能等给出了最低要求的功能标准。

   目前已有三个MPC标准，MPC1、MPC2、MPC3，有关具体的标准配置参考书上的内容。

2. MPC的升级方法和原则

    获得MPC的途径有两种：一种是直接购买MPC机，另一种是购买多媒体升级套件，使原有的普通PC机升级为MPC。

3.        数字视频交互式多媒体计算机系统

DVI ­，Digital Video Interactive，数字视频交互式多媒体计算机系统。

DVI(Digital Video Interactive),是Intel公司推出的支持对多媒体信息进行处理及表现的一个集成环境。该产品采用了PLV(Product Level Video)视频压缩编码算法；设计了两个专用芯片（82750 PB像素处理器及82750 DB显示处理器）；设计制造了三块门阵电路：82750LH主机接口门阵、82750LV   VRAM/SCSI/capture接口门阵、82750LA音频子系统接口门阵；首次设计了视频音频引擎 (AVE-Audio Video Engine)；开发了多媒体计算机软件系统： AVSS(Audio Video Sub-System)和AVK(Audio Video  Kernel)。

DVI系统主要在以下几个方面取得了实质性的突破：

（1）一种全数字化的方法

（2）视频压缩

（3）声音压缩

（4）合成图形

DVI-II型比DVI-I型主要的改进主要有以下几点：

①    性能指标高

②    使用了三个专用的门阵列电路

③    将多块处理板集成为一块处理板

第六章  超文本和超媒体

1.   超文本和超媒体的主要特性

(1)    超文本的数据库是由文本、声音、图形、图像类节点组成的网络。

(2)    屏幕的窗口和数据中的节点是一一对应的，每个节点都有名字或标题在窗口显示。

(3)    容易地创建节点、连接新的节点的链。

(4)    用户可对数据库进行浏览和查询。

(5)    超文本为作者提供一种新的写作方式。

(6)    超文本为读者提供了阅读大型信息库的方法。

(7)    具有窗口化的管理功能。

(8)    可通过网络共享数据库。

(9)    具有交互式的操作。

2.   超文本和超媒体的两个基本模型

(1)   Campbell 和Goodman 模型

(2)   Dexter 模型

第七章 多媒体计算机的应用技术

1.       电了出版物主要的创作流程

多媒体电子出版物一般要经过以下过程：选题、编写脚本、准备媒体数据、系统制作、调试、测试、优化、产品生产和发行等几个阶段。

2.       视频会议系统的分类

视频会议系统根据通讯节点数量分成两类：

①     点对点视频会议系统

②     多点视频会议系统

3.       视频会议系统的组成以及各部分的主要功能。

①       视频会议终端；视频会议终端的主要功能是：完成视频音频信号的采集、编辑处理及输出、视频音频数字信号的压缩编码和解码，最后将符合国际标准的压缩码流经线路接口送到信道，或从信道上将标准压缩码流经线路接口送到终端。

②       多端控制单元（MCU）；多端控制单元的主要功能是：对视频、语音及数据信号进行切换，例如它把传送到MCU某会场发言者的图像信号切换到所有会场。

③       信道（网络）；信道（网络）的主要功能是：保证视频音频数据压缩码流安全在信道上传输到视频会议系统的终端。

④       控制管理软件；控制管理软件主要是视频会议系统的标准，其中最著名的标准是H.320系列和T.120系列建议。H系列的建议和标准是专门针对交互式电视会议业务而制定的，而T系列是针对其他媒体的管理功能做出规定，两种协议的结合将使多媒体会议系统的通信有更完善的依据。H.320系列标准包括了视频、音视的压缩和解压缩，静止图像，多点会议，加密及一些改进的特性。T.120是国际电信联盟通信标准部开发的系列国际标准，此标准是为多媒体会议系统中发送数据而制定的。