計(jì)算機(jī)多媒體音像壓縮技術(shù)的研究及應(yīng)用前景探析

摘 要：計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)功能豐富，包括音頻、視頻、圖像、文字、動(dòng)畫(huà)等。在互聯(lián)網(wǎng)和通信技術(shù)迅速發(fā)展的今天，計(jì)算機(jī)多媒體音像也隨之發(fā)展，很多行業(yè)如醫(yī)療，書(shū)籍，金融，通訊，咨詢服務(wù)等等都在其影響下發(fā)生了巨大變化。然而，計(jì)算機(jī)多媒體音像數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)的發(fā)展，是互聯(lián)網(wǎng)與通信技術(shù)得以深入發(fā)展的關(guān)鍵所在。由于音頻、視頻、圖像信號(hào)中冗余信息的存在，為數(shù)據(jù)壓縮在多媒體音像技術(shù)中的應(yīng)用提供平臺(tái)。數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)包括無(wú)損壓縮和有損壓縮，這些壓縮技術(shù)又有其各自的標(biāo)準(zhǔn)。本文對(duì)計(jì)算機(jī)多媒體音像壓縮技術(shù)進(jìn)行了研究，并對(duì)其應(yīng)用前景進(jìn)行了探討分析。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)多媒體；音像壓縮技術(shù)；數(shù)據(jù)壓縮

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391

計(jì)算機(jī)多媒體是近幾年出現(xiàn)的新興事物，正處于飛速而全面的發(fā)展中。計(jì)算機(jī)多媒體音像技術(shù)的定義為：將音頻、視頻、圖像、文字、動(dòng)畫(huà)、數(shù)字等媒體信息作為輸入信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)輸出數(shù)字化后的信息，即交互展示音頻、視頻、圖像、文字、動(dòng)畫(huà)、數(shù)字等媒體形態(tài)。計(jì)算機(jī)多媒體的興起革命性地改變了人們獲取信息的方式，為人們?cè)贗T時(shí)代的交流提供平臺(tái)。從本質(zhì)上來(lái)講，多媒體融合了兩種或兩種以上的媒體，計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)可以完成多媒體信息的處理和傳送，如音頻、視頻、圖像、文字、動(dòng)畫(huà)、數(shù)字等。計(jì)算機(jī)多媒體音像具有互聯(lián)網(wǎng)特性，即通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)或通信傳輸信息，而不是通過(guò)光盤(pán)硬盤(pán)U盤(pán)等存儲(chǔ)介質(zhì)來(lái)傳遞。此外，計(jì)算機(jī)多媒體的傳輸方式是交互式工作，而不僅僅是單向或雙向傳輸。

然而，海量的多媒體數(shù)據(jù)中攜帶的冗余信息給多媒體信息的傳播與應(yīng)用帶來(lái)了一定阻礙，使得數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)成為計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)發(fā)展的必經(jīng)之路。在多媒體技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中，數(shù)據(jù)壓縮是計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)中的一種關(guān)鍵技術(shù)，所謂數(shù)據(jù)壓縮，就是用較少的信息來(lái)表示原始信息。數(shù)據(jù)壓縮能夠促成迅速地傳輸信號(hào)、緊縮數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量，解決音頻、視頻、圖像、文字、動(dòng)畫(huà)文件的原始數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)量過(guò)大帶來(lái)的困擾。

1 數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)研究

現(xiàn)如今，計(jì)算機(jī)多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)發(fā)展的已經(jīng)比較成熟了，其成功壓縮的實(shí)現(xiàn)建立在音頻、視頻、圖像、文字、動(dòng)畫(huà)這些媒體數(shù)據(jù)強(qiáng)大的壓縮能力的基礎(chǔ)上。就圖像壓縮而言，目前使用較多的圖像存儲(chǔ)方式是位圖圖像的存儲(chǔ)方式。在位圖圖像中像素與像素之間在列方向和行方向皆具有一定相關(guān)性，因此，位圖圖像整體上數(shù)據(jù)的存在一定冗余度。在計(jì)算機(jī)多媒體系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)信息要完成從單一媒體轉(zhuǎn)移到多種媒體的過(guò)程，如果傳輸或處理海量的音頻、視頻、圖像、文字、動(dòng)畫(huà)信息等，將會(huì)生成大量的數(shù)據(jù)量，尤其是音頻與視頻，具有數(shù)據(jù)量非常龐大。在沒(méi)有進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮處理的情況下，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)多媒體信息的存取和交換等處理幾乎是不可能完成的任務(wù)，將會(huì)非常困難且耗時(shí)。由此可見(jiàn)，在計(jì)算機(jī)多媒體系統(tǒng)中，既要獲得高質(zhì)量的圖像、視頻畫(huà)面和音頻效果，與此同時(shí)，又要解決龐大的數(shù)據(jù)量帶來(lái)的問(wèn)題，務(wù)必處理好圖像、視頻、音頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大，以及實(shí)時(shí)傳輸這兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

多媒體音像數(shù)據(jù)中的一些多余信息，稱(chēng)為冗余信息，即數(shù)據(jù)間的具有相關(guān)性的部分。統(tǒng)計(jì)冗余、信息熵冗余、空間冗余、知識(shí)冗余等都是冗余數(shù)據(jù)的情況，對(duì)這些冗余類(lèi)型建立數(shù)學(xué)模型之后，利用某些數(shù)學(xué)變換消除這些相關(guān)性在理論上是可以實(shí)現(xiàn)的。消除這些冗余信息，便可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮，解壓縮后也不影響這些數(shù)據(jù)的效果與應(yīng)用。

數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)從解壓縮后的數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)的相同程度上來(lái)看，分為有失真數(shù)據(jù)壓縮和無(wú)失真數(shù)據(jù)壓縮。有失真壓縮的定義是：數(shù)據(jù)解壓縮后與原始數(shù)據(jù)相比存在誤差，但是有失真壓縮相較于無(wú)失真壓縮可以取得較大的壓縮比，這是有失真數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。有失真數(shù)據(jù)壓縮法將會(huì)丟失原始信息中的一部分，并且丟失的信息不可恢復(fù)，因此有失真數(shù)據(jù)壓縮是一個(gè)不可逆的過(guò)程。對(duì)于部分清晰度較高的圖像數(shù)據(jù)而言，當(dāng)中包含的非關(guān)鍵信息在壓縮階段即使丟失了也不會(huì)引起人視覺(jué)上的改變。由于信息損失引起的變化很小，數(shù)據(jù)解壓縮后難以覺(jué)察與原始數(shù)據(jù)的區(qū)別，所以有失真壓縮也同樣可以用于用音頻與視頻數(shù)據(jù)。與無(wú)失真壓縮相比，雖然前者沒(méi)有信息丟失，但壓縮比通常只有區(qū)區(qū)2：1，有失真壓縮根據(jù)被壓縮信息的類(lèi)型，壓縮比可達(dá)到100：1，甚至于200：1。

無(wú)失真壓縮是指在數(shù)據(jù)解壓縮后與原始數(shù)據(jù)相比不存在誤差的一種數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，霍夫曼編碼、算術(shù)編碼等等都是經(jīng)典的無(wú)失真壓縮方法。無(wú)失真壓縮技術(shù)的數(shù)學(xué)模型是概率統(tǒng)計(jì)編碼，所以，無(wú)失真壓縮對(duì)重復(fù)信息較多（冗余較多）的文件壓縮倍數(shù)較大，反之，對(duì)于沒(méi)有重復(fù)或重復(fù)較?。ㄈ哂噍^少）的文件，則壓縮倍數(shù)就較小。無(wú)失真壓縮中效果較好的是算術(shù)編碼。從信息學(xué)角度出發(fā)，無(wú)失真編碼忽略了被壓縮信息的性質(zhì)以及壓縮技術(shù)。無(wú)失真壓縮并不是根據(jù)被壓縮信息的類(lèi)型實(shí)現(xiàn)優(yōu)化壓縮的技術(shù)，而是以平均信息量為基礎(chǔ)的技術(shù)，并且將所有的數(shù)據(jù)作為比特序列。平均信息量編碼并未考慮被壓縮信息的內(nèi)容。在計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)中，無(wú)失真壓縮通常用來(lái)壓縮文本文件，解壓縮后原始數(shù)據(jù)能夠完全恢復(fù)。但這種方法的缺點(diǎn)是壓縮比較低，幾種經(jīng)典的無(wú)失真壓縮方法如霍夫曼編碼、lzw編碼、行程編碼等的壓縮比一般處于2：1至5：1之間。

2 應(yīng)用前景

音像多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)一直是計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)的熱點(diǎn)，是計(jì)算機(jī)處理音頻、視頻、圖像、文字、動(dòng)畫(huà)等數(shù)據(jù)的重要基礎(chǔ)，其潛在價(jià)值巨大。當(dāng)前的音像多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)方法較多，如何根據(jù)現(xiàn)實(shí)需要選擇壓縮技術(shù)是有效壓縮數(shù)據(jù)的關(guān)鍵。由于各種媒體特性各異，針對(duì)每種媒體都有不同的壓縮算法。

作為一種有損壓縮格式，JPEG是最常用的圖像數(shù)據(jù)格式。將圖像進(jìn)行JPEG壓縮后，圖像存儲(chǔ)大小驟然變小，圖像中的冗余信息將會(huì)丟失。在使用過(guò)高的壓縮比例時(shí)，解壓縮后恢復(fù)的圖像的質(zhì)量將會(huì)收到顯著影響。雖然JPEG壓縮技術(shù)用有損壓縮方式去除冗余的圖像數(shù)據(jù)，但是能夠滿足較高壓縮比以及解壓縮后獲得豐富的圖像信息，即平衡了圖像質(zhì)量和存儲(chǔ)大小，這是JPEG的優(yōu)勢(shì)所在。

MPEG是一種適用于視頻數(shù)據(jù)的壓縮算法，它對(duì)單幅圖像（幀）進(jìn)行編碼，同時(shí)利用幀與幀之間的相關(guān)性，消除冗余的幀，大大提高了視頻的壓縮比例。

分形壓縮技術(shù)由于它具有快速壓縮及分辨率無(wú)關(guān)的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)縮放 使其在多媒體播放、瀏覽、分類(lèi)、查找等領(lǐng)域中有其重要的應(yīng)用。分形壓縮技術(shù)的主要缺點(diǎn)是壓縮速度較其他壓縮技術(shù)慢。

此外，小波變換是一種嶄新的壓縮技術(shù)，在軟件壓縮方面小波變換具有快速壓縮以及大壓縮比等優(yōu)點(diǎn)，有望在計(jì)算機(jī)新媒體音像壓縮技術(shù)中成為新的壓縮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)束語(yǔ)

計(jì)算機(jī)多媒體音像壓縮技術(shù)作為一種新興的綜合性IT技術(shù)，將在世界范圍內(nèi)對(duì)大眾傳媒產(chǎn)生革命性的作用，因?yàn)樗鼮橛?jì)算機(jī)設(shè)備、多媒體設(shè)備、音頻應(yīng)用、動(dòng)畫(huà)制作和視頻應(yīng)用帶來(lái)了天翻地覆的改變。計(jì)算機(jī)多媒體音像壓縮技術(shù)的發(fā)展將有利于多媒體音像技術(shù)還可以應(yīng)用于數(shù)字博物館、國(guó)土安全、軍事安全、數(shù)字圖書(shū)館、數(shù)字交通監(jiān)控等應(yīng)用領(lǐng)域的建設(shè)與發(fā)展，以及加速計(jì)算機(jī)的深度普及。現(xiàn)如今，計(jì)算機(jī)多媒體音像壓縮技術(shù)有著飛速發(fā)展的趨勢(shì)，在這種趨勢(shì)下，必將產(chǎn)生更加高質(zhì)量的多媒體音像數(shù)據(jù)壓縮、解壓縮產(chǎn)品，以及產(chǎn)生更多高質(zhì)量多媒體音像輸入、輸出產(chǎn)品，因此，在這些因素的相互作用下，計(jì)算機(jī)多媒體音像壓縮技術(shù)必將上升到一個(gè)新的高度。

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作者單位：南寧高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)管理委員會(huì)，南寧 530007