第4章信息的存储与 压缩
第4章 信息的存储与 压缩
*信息技术的核心在于信息的处理与存 储。多媒体信息包括文本、图形、图 像、声音等,由于这些媒体的信息量 相当大,数字化后要占用大量的存储 空间,使得存储与处理都十分困难。 尤其在图像信息的存储和压缩方面, 其重要性作用表现得尤为明显
信息技术的核心在于信息的处理与存 储。多媒体信息包括文本、图形、图 像、声音等，由于这些媒体的信息量 相当大，数字化后要占用大量的存储 空间，使得存储与处理都十分困难。 尤其在图像信息的存储和压缩方面， 其重要性作用表现得尤为明显
本章小结 *在信息技术的几个环节(获取、传输、存储、 显示、处理)中,信息存储是重要的环节之 为减少数字化信息在存储和传输时所占用的空 间和时间,数据压缩技术就成为信息处理中的 关键技术之一。信息存储涉及到材料科学、电 子学、光电子学、光子学以及计算机科学等, 是一个综合性的技术。通过本章的学习,读者 应了解磁存储技术与光存储技术的主要特点, 理解图像压缩的基本概念,以及预测编码、变 换编码和统计编码的主要思想,并对JPEG和 MPEG的图像压缩标准及实现方法有一定的了解
本章小结 在信息技术的几个环节（获取、传输、存储、 显示、处理）中，信息存储是重要的环节之一。 为减少数字化信息在存储和传输时所占用的空 间和时间，数据压缩技术就成为信息处理中的 关键技术之一。信息存储涉及到材料科学、电 子学、光电子学、光子学以及计算机科学等， 是一个综合性的技术。通过本章的学习，读者 应了解磁存储技术与光存储技术的主要特点， 理解图像压缩的基本概念，以及预测编码、变 换编码和统计编码的主要思想，并对JPEG和 MPEG的图像压缩标准及实现方法有一定的了解
4.1信息存储技术的三次 革命 *历史学家通常把文字的出现当做文明史的开端 文字记载是人在大脑之外寻找记忆载体的方式。 通过记载,人的思想和关于历史事件传说得到 保存、复制和流传。人们由此而有了历史。文 字的出现是人类历史上第一次划时代的信息载 体革命,这场革命的实质就是实现了脑外信息 贮存方式。随着印刷术的应运而生,它是人类 历史上规模空前的信息复制革命,可以说是继 文字出现之后的第二次信息载体革命。科学史 家通常把电讯业的出现当做人类历史上第三次 信息(载体)革命。不过今天也有人把这一佳冠 授予计算机和互联网
4.1 信息存储技术的三次 革命 历史学家通常把文字的出现当做文明史的开端。 文字记载是人在大脑之外寻找记忆载体的方式。 通过记载，人的思想和关于历史事件传说得到 保存、复制和流传。人们由此而有了历史。文 字的出现是人类历史上第一次划时代的信息载 体革命，这场革命的实质就是实现了脑外信息 贮存方式。随着印刷术的应运而生，它是人类 历史上规模空前的信息复制革命，可以说是继 文字出现之后的第二次信息载体革命。科学史 家通常把电讯业的出现当做人类历史上第三次 信息(载体)革命。不过今天也有人把这一佳冠 授予计算机和互联网
4.2计算机存储系统 *4.2.1信息存储技术的金字塔结构 计算机的存储设备从体系结构上看可分 为内存储器和外存储器。内存储器直接与 计算机的CP相连,处于金字塔的最上层 它的存取速度要求能与CPU相匹配,通常 由半导体存储器芯片组成,由于成本高, 容量通常不太大。再下一层是邻机存储器 它由存取速度比硬盘更慢的光盘机、光盘 库等设备组成。磁盘(包括软盘和硬盘) 与光盘均提供联机服务。最底层是脱机存 储器(或称离线存储器),由磁带机和磁 带库组成
4.2 计算机存储系统 4.2.1 信息存储技术的金字塔结构 计算机的存储设备从体系结构上看可分 为内存储器和外存储器。内存储器直接与 计算机的CPU相连，处于金字塔的最上层。 它的存取速度要求能与CPU相匹配，通常 由半导体存储器芯片组成，由于成本高， 容量通常不太大。再下一层是邻机存储器， 它由存取速度比硬盘更慢的光盘机、光盘 库等设备组成。磁盘（包括软盘和硬盘） 与光盘均提供联机服务。最底层是脱机存 储器（或称离线存储器），由磁带机和磁 带库组成
4.2计算机存储系统 *4.22磁存储技术 磁存储技术就是利用磁介质的这一特性 来存储信息的。数据(声像)以电信号的 形式通过录制磁头转换成磁信号储存在磁 性介质上。重放时,只要通过磁头将磁性 介质上的磁信号还原成电信号,就可以在 计算机屏幕上显示出信息。 软磁盘存储 √硬盘 磁盘阵列 磁带存储
4.2 计算机存储系统 4.2.2 磁存储技术 磁存储技术就是利用磁介质的这一特性 来存储信息的。数据（声像）以电信号的 形式通过录制磁头转换成磁信号储存在磁 性介质上。重放时，只要通过磁头将磁性 介质上的磁信号还原成电信号，就可以在 计算机屏幕上显示出信息。 ✓软磁盘存储 ✓硬盘 ✓磁盘阵列 ✓磁带存储
4.2计算机存储系统 *4.23光存储技术 光存储介质与磁存储介质之间的本质 区别在于前者使用光技术,而后者使用 磁技术。光存储技术通过光学的方法读 出和写入数据,由于使用的光源基本上 是激光(也可以使用其他光源),所以又 称为激光存储。光盘具有一切存储介质 的优点,如大容量、耐用、易保存、标 准化等。由于它非常适合于大量生产 作为计算机软件、多媒体出版物、计算 机游戏等发行量大的电子出版物是非常 合适的
4.2 计算机存储系统 4.2.3 光存储技术 光存储介质与磁存储介质之间的本质 区别在于前者使用光技术，而后者使用 磁技术。光存储技术通过光学的方法读 出和写入数据，由于使用的光源基本上 是激光(也可以使用其他光源)，所以又 称为激光存储。光盘具有一切存储介质 的优点，如大容量、耐用、易保存、标 准化等。由于它非常适合于大量生产， 作为计算机软件、多媒体出版物、计算 机游戏等发行量大的电子出版物是非常 合适的
4.3图像数据压缩与编 码技术 *4.3.1熵与信息压缩 从信息论的角度来看,压缩就是去 掉信息中的冗余,即保留不确定的信息, 去除确定的信息(可推知的),也就是用 种更接近信息本质的描述来代替原有 冗余的描述。所以,将香农的信息论观 点运用到图像信息的压缩,所要解决的 问题就是如何将图像信息压缩到最小, 但仍携有足够信息以保证能复制出与原 图近似的图像
4.3 图像数据压缩与编 码技术 4.3.1 熵与信息压缩 从信息论的角度来看，压缩就是去 掉信息中的冗余，即保留不确定的信息， 去除确定的信息(可推知的)，也就是用 一种更接近信息本质的描述来代替原有 冗余的描述。所以，将香农的信息论观 点运用到图像信息的压缩，所要解决的 问题就是如何将图像信息压缩到最小， 但仍携有足够信息以保证能复制出与原 图近似的图像
4.3图像数据压缩与编 码技术 *4.3.2图像数据压缩的可能性 多媒体视频信号的冗余度存在于 结构和统计两方面。在结构上的冗余度 表现为很强的空间(帧内)、和时间 (帧间)相关性 空间冗余 时间冗余 √视觉冗余
4.3 图像数据压缩与编 码技术 4.3.2 图像数据压缩的可能性 多媒体视频信号的冗余度存在于 结构和统计两方面。在结构上的冗余度 表现为很强的空间（帧内）、和时间 （帧间）相关性。 ✓空间冗余 ✓时间冗余 ✓视觉冗余
4.3图像数据压缩与编 码技术 *43.3压缩编码方法的分类与评价 压缩编码的分类方法有许多种,如 果从信息论的角度来认识可分为两大 类
4.3 图像数据压缩与编 码技术 4.3.3 压缩编码方法的分类与评价 压缩编码的分类方法有许多种，如 果从信息论的角度来认识可分为两大 类：