理论基础,美国着名数学家香农简介

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理论基础,美国着名数学家香农简介

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香农的全名是克劳德·艾尔伍德·香农,他是一位出自美国的数学家,同时也是信息论的创造者,是麻省理工学院的硕士和博士,他所提出的信息熵是信息论的主要基础,而他的《通讯的数学原理》以及《噪声下的通信》也对世界产生了重大影响。关于这个人物的信息在香农简介中有着详细的介绍,那么香农简介中是如何介绍这个人物的呢?

香农的全名是克劳德·艾尔伍德·香农,他是一位出自美国的数学家,同时也是信息论的创造者,是麻省理工学院的硕士和博士,他所提出的信息熵是…

第1章介绍

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香农的全名是克劳德·艾尔伍德·香农,他是一位出自美国的数学家,同时也是信息论的创造者,是麻省理工学院的硕士和博士,他所提出的信息熵是信息论的主要基础,而他的《通讯的数学原理》以及《噪声下的通信》也对世界产生了重大影响。关于这个人物的信息在香农简介中有着详细的介绍,那么香农简介中是如何介绍这个人物的呢?

  1. 为什么要进行视频压缩?

克劳德·艾尔伍德·香农图片

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未经压缩的数字视频的数据量巨大

香农简介中介绍到他在1916年的时候出生在密西根州,他所生活的小镇仅仅有三千多户居民,而他的爸爸是这个小镇的法官,他们父子的名字是一模一样的。从小生活在富裕的家庭之中,再加上发明家祖父的影响,香农在很小的时候就对各种实验非常的感兴趣。他的一生中很大一部分时间都是在实验室中度过的,就连和他的妻子也是在实验室中认识的。之后他们一共生育了四个孩子,在2001年的时候,八十四岁的香农离开了人世。

克劳德·艾尔伍德·香农图片

存储困难

香农一生中最为伟大的成就就是提出了熵这个概念,在他的研究下终于证明了熵和信息之间有着等价的关系。在香农看来信息量是随机不断的减少的,这个减少的程度也是随机不定的,而信息则是能够减少这种不定性的东西。可以说香农所提出的信息概念相比之前人们的认识有了很大的进步,然而其中仍旧有着一些局限性,但是香农的贡献仍然是十分伟大的,而他对于科学永远好奇、重视完美的精神也是值得人们学习的。

香农简介中介绍到他在1916年的时候出生在密西根州,他所生活的小镇仅仅有三千多户居民,而他的爸爸是这个小镇的法官,他们父子的名字是一模一样的。从小生活在富裕的家庭之中,再加上发明家祖父的影响,香农在很小的时候就对各种实验非常的感兴趣。他的一生中很大一部分时间都是在实验室中度过的,就连和他的妻子也是在实验室中认识的。之后他们一共生育了四个孩子,在2001年的时候,八十四岁的香农离开了人世。

一张DVD只能存储几秒钟的未压缩数字视频。

对于现代人来说,网络和信息已经成为生活的重要部分,甚至可以说是必要部分。但这些方便人类生活的信息通讯,都是在科学家们的不懈努力之下才有的。信息论的创始人是香农,他对信息的独到见解让人们重新审视逻辑理论。香农最大的贡献当属香农定理,正是有了该定理的出现,信息和符号逻辑等领域的研究才重新找到了正确的方向。

香农一生中最为伟大的成就就是提出了熵这个概念,在他的研究下终于证明了熵和信息之间有着等价的关系。在香农看来信息量是随机不断的减少的,这个减少的程度也是随机不定的,而信息则是能够减少这种不定性的东西。可以说香农所提出的信息概念相比之前人们的认识有了很大的进步,然而其中仍旧有着一些局限性,但是香农的贡献仍然是十分伟大的,而他对于科学永远好奇、重视完美的精神也是值得人们学习的。

传输困难

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香农定理

1兆的带宽传输一秒的数字电视视频需要大约4分钟。

香农将自己的理论细化为三个,所以香农定理有三个。香农第一定理是可变长无失真信源编码定理,让符号的信息量达到最大,用最少的符号传送最多的信息。香农第二定理是有噪信道编码定理,该定理讲的是信息传输率和信道容量的关系,能使信息传输的错误减到最小。香农第三定理,是保失真度准则下的有失真信源编码定理,使码的失真度降低,达到一定的要求。

对于现代人来说,网络和信息已经成为生活的重要部分,甚至可以说是必要部分。但这些方便人类生活的信息通讯,都是在科学家们的不懈努力之下才有的。信息论的创始人是香农,他对信息的独到见解让人们重新审视逻辑理论。香农最大的贡献当属香农定理,正是有了该定理的出现,信息和符号逻辑等领域的研究才重新找到了正确的方向。

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对于现代信息来说,香农定理有着基础性的作用。该定理可以求信道的最大传输速率,即信道容量,当通过信道的信号速率超过香农定理的信道容量时,误码率显着提高,信息质量严重下降。需要指出的是这里的信道容量只是理论上可以达到的极限,实际如何达到,该定理不能说明。香农一生最大的贡献不止于此,他的逻辑方法,在其他的学科中也被广泛运用,为很多科学家提供了新颖的推理思路,推动了各个科学领域的进步。

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2.为什么可以压缩

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香农将自己的理论细化为三个,所以香农定理有三个。香农第一定理是可变长无失真信源编码定理,让符号的信息量达到最大,用最少的符号传送最多的信息。香农第二定理是有噪信道编码定理,该定理讲的是信息传输率和信道容量的关系,能使信息传输的错误减到最小。香农第三定理,是保失真度准则下的有失真信源编码定理,使码的失真度降低,达到一定的要求。

去除冗余信息

对于现代信息来说,香农定理有着基础性的作用。该定理可以求信道的最大传输速率,即信道容量,当通过信道的信号速率超过香农定理的信道容量时,误码率显着提高,信息质量严重下降。需要指出的是这里的信道容量只是理论上可以达到的极限,实际如何达到,该定理不能说明。香农一生最大的贡献不止于此,他的逻辑方法,在其他的学科中也被广泛运用,为很多科学家提供了新颖的推理思路,推动了各个科学领域的进步。

空间冗余:图像相邻像素之间有较强的相关性

时间冗余:视频序列的相邻图像之间内容相似

编码冗余:不同像素值出现的概率不同

视觉冗余:人的视觉系统对某些细节不敏感

知识冗余:规律性的结构可由先验知识和背景知识得到

3.数据压缩分类

无损压缩(Lossless)

压缩前解压缩后图像完全一致X=X’

压缩比低(2:1~3:1)

例如:Winzip,JPEG-LS

有损压缩(Lossy)

压缩前解压缩后图像不一致X≠X’

压缩比高(10:1~20:1)

利用人的视觉系统的特性

例如:MPEG-2,H.264/AVC,AVS

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4.编解码器

编码器(Encoder)

压缩信号的设备或程序

解码器(Decoder)

解压缩信号的设备或程序

编解码器(Codec)

编解码器对

  1. 压缩系统的组成

(1) 编码器中的关键技术

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(2) 编解码中的关键技术

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6.编解码器实现

编解码器的实现平台:

超大规模集成电路VLSI

ASIC, FPGA

数字信号处理器DSP

软件

编解码器产品:

机顶盒

数字电视

摄像机

监控器

  1. 视频编码标准

编码标准作用:

兼容:

不同厂家生产的编码器压缩的码流能够被不同厂家的解码器解码

高效:

标准编解码器可以进行批量生产,节约成本。

主流的视频编码标准:

MPEG-2

MPEG-4 Simple Profile

H.264/AVC

AVS

VC-1

标准化组织:

ITU:International Telecommunications Union

VECG:Video Coding Experts Group

ISO:International Standards Organization

MPEG:Motion Picture Experts Group

  1. 视频传输

视频传输:通过传输系统将压缩的视频码流从编码端传输到解码端

传输系统:互联网,地面无线广播,卫星

  1. 视频传输面临的问题

传输系统不可靠

带宽限制

信号衰减

噪声干扰

传输延迟

视频传输出现的问题

不能解码出正确的视频

视频播放延迟

  1. 视频传输差错控制

差错控制(Error Control)解决视频传输过程中由于数据丢失或延迟导致的问题

差错控制技术:

信道编码差错控制技术

编码器差错恢复

解码器差错隐藏

11.视频传输的QoS参数

数据包的端到端的延迟

带宽:比特/秒

数据包的流失率

数据包的延迟时间的波动

第2章 数字视频

1.图像与视频

图像:是人对视觉感知的物质再现。

三维自然场景的对象包括:深度,纹理和亮度信息

二维图像:纹理和亮度信息

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视频:连续的图像。

视频由多幅图像构成,包含对象的运动信息,又称为运动图像。

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  1. 数字视频

数字视频:自然场景空间和时间的数字采样表示。

空间采样

解析度(Resolution)

时间采样

帧率:帧/秒

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  1. 空间采样

二维数字视频图像空间采样

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