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

1. 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 陆　铭 联系电话：66134922 QQ：16085505 Email：richard.du@163.com 教学网站：mingler.ccshu.org 教学论坛：bbs.ccshu.org

2. 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 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.org

3. 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 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.org

4. 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 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.org

5. 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 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.org

6. 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 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.org

7. 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 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.org

8. 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 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.org

9. 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 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.org

10. 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 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.org

11. 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 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.org

12. 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 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.org

13. 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 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.org

14. 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 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.org

15. 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 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.org

16. 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.org

17. 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.org

18. 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 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.org

19. 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 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.org

20. 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 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.org

21. 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 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.org

22. 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 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.org

23. 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 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.org

24. 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 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.org

25. 流媒体的文件格式 • RM和RA格式 • ASF格式 • QT格式 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.org

26. 流媒体的三大平台 • RealNetworks流平台 • Microsoft流平台 • Apple流平台 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.org