數據壓縮導論（第4版） pdf epub mobi txt 電子書 下載2025

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數據壓縮已經成為信息革命的一門支撐技術，這場革命已經改變瞭我們的生活，而在此過程中，數據壓縮也變得幾乎無處不在。從MP3播放器到智能手機，再到數字電視和數字電影，數據壓縮幾乎成瞭所有信息技術的必備要素。

近年來，以大數據為標誌的互聯網技術高歌猛進。數據規模大、産生速度快、來源多樣等特性，導緻數據存儲和處理都前所未有地復雜。《數據壓縮導論（第4版）》作為迄今為止數據壓縮領域最全麵而深入的著作，多年來一直被業內人士奉為權威，一版再版。

最新版本主要介紹瞭以下內容。

詳細介紹瞭當代壓縮技術的理論基礎，並輔以應用示例來解釋相關概念（本書配套網站datacompression.unl.edu提供相關應用的實現技術和算法）；

深度剖析無損和有損壓縮、霍夫曼編碼、算術編碼、詞典編碼技術、基於上下文的壓縮算法、標量和矢量編碼等內容；

深入探討瞭新興標準和已經建立的標準，包括JPEG 2000、JPEG-LS、MPEG-2、 H.264、 JBIG 2、ADPCM、LPC、CELP、 MELP和 iLBC；

增加瞭範式霍夫曼編碼以及更多有關二進製算法編碼的內容。

Khalid Sayood

美國內布拉斯加大學工程學教授，分彆於1977年和1979年獲得羅徹斯特大學電氣工程學理學學士和理學碩士學位，並於1982年獲得得剋薩斯州農工大學電氣工程學博士學位。他的主要研究方嚮包括數據壓縮、信源信道聯閤編碼和生物信息學。

第1章　引言　　1
1.1 　壓縮技術　　3
1.1.1 　無損壓縮　　3
1.1.2 　有損壓縮　　4
1.1.3 　性能的測量　　4
1.2 　建模與編碼　　5
1.3 　小結　　8
1.4 　項目與習題　　8
第2章　無損壓縮的數學預備知識　　9
2.1 　概述　　9
2.2 　信息論簡介　　9
2.3 　模型　　18
2.3.1 　物理模型　　18
2.3.2 　概率模型　　19
2.3.3 　馬爾可夫模型　　19
2.3.4 　復閤信源模型　　21
2.4 　編碼　　22
2.4.1 　獨特可譯碼　　22
2.4.2 　前綴碼　　25
2.4.3 　Kraft-McMillan不等式★　　25
2.5 　算法信息論　　28
2.6 　最小描述長度原則　　28
2.7 　小結　　29
2.8 　項目與習題　　30
第3章　霍夫曼編碼　　32
3.1 　概述　　32
3.2 　霍夫曼編碼算法　　32
3.2.1 　最小方差霍夫曼碼　　35
3.2.2 　範式霍夫曼碼　　37
3.2.3 　有限長度的霍夫曼碼　　39
3.2.4 　霍夫曼碼的最優性★　　41
3.2.5 　霍夫曼碼的長度★　　42
3.2.6 　擴展霍夫曼碼★　　44
3.2.7 　霍夫曼碼的實現　　46
3.3 　非二進製霍夫曼碼★　　49
3.4 　自適應霍夫曼編碼　　51
3.4.1 　更新過程　　52
3.4.2 　編碼過程　　54
3.4.3 　解碼過程　　56
3.5 　Golomb碼　　57
3.6 　Rice碼　　58
3.7 　Tunstall碼　　60
3.8 　霍夫曼編碼的應用　　62
3.8.1 　無損圖像壓縮　　62
3.8.2 　文本壓縮　　63
3.8.3 　音頻壓縮　　64
3.9 　小結　　65
3.10 　項目與習題　　66
第4章　算術編碼　　68
4.1 　概述　　68
4.2 　引言　　68
4.3 　為一個序列編碼　　69
4.3.1 　生成標簽　　70
4.3.2 　解讀標簽　　75
4.4 　生成二進製碼　　77
4.4.1 　算術代碼的獨特性和效率　　77
4.4.2 　算法實現　　80
4.4.3 　整數實現　　84
4.5 　自適應算術編碼　　91
4.6 　二進製算術編碼　　91
4.6.1 　QM編碼器　　95
4.6.2 　MQ編碼器　　95
4.6.3 　M編碼器　　96
4.7 　霍夫曼編碼與算術編碼的對比　　97
4.8 　應用　　99
4.9 　小結　　99
4.10 　項目與習題　　100
第5章　詞典方法　　102
5.1 　概述　　102
5.2 　引言　　102
5.3 　靜態詞典　　103
5.4 　自適應詞典　　105
5.4.1 　LZ77方法　　105
5.4.2 　LZ78方法　　109
5.5 　應用　　114
5.5.1 　文件壓縮——UNIX compress　　115
5.5.2 　圖像壓縮——圖形交換格式　　115
5.5.3 　圖像壓縮——可移植網絡圖形　　116
5.5.4 　調製解調器中的壓縮——V. 42 bis　　117
5.6 　超越壓縮——Lempel-Ziv復雜度★　　118
5.7 　小結　　120
5.8 　項目與習題　　120
第6章　基於上下文的壓縮　　123
6.1 　概述　　123
6.2 　引言　　123
6.3 　部分匹配預測　　124
6.3.1 　基本算法　　124
6.3.2 　轉義符號　　129
6.3.3 　上下文的長度　　130
6.3.4 　排除原則　　131
6.4 　Burrows-Wheeler變換　　131
6.5 　Buyanovsky關聯編碼器（ACB）　　135
6.6 　動態馬爾可夫壓縮　　136
6.7 　小結　　138
6.8 　項目與習題　　138
第7章　無損圖像壓縮　　139
7.1 　概述　　139
7.2 　引言　　139
7.3 　CALIC　　141
7.4 　JPEG-LS　　144
7.5 　使用條件平均值進行預測　　146
7.6 　多分辨率方法　　147
7.7 　傳真編碼　　151
7.7.1 　遊程長度編碼　　151
7.7.2 　CCITT第3組與第4組——建議T.4與T.6　　152
7.7.3 　JBIG　　154
7.7.4 　MH、MR、MMR和JBIG的對比　　158
7.7.5 　JBIG2-T.88　　159
7.8 　MRC-T.44　　160
7.9 　小結　　162
7.10 　項目與習題　　162
第8章　有損編碼的數學預備知識　　164
8.1 　概述　　164
8.2 　引言　　164
8.3 　失真度標準　　166
8.3.1 　人類視覺係統　　168
8.3.2 　聽覺　　169
8.4 　信息論迴顧★　　169
8.4.1 　條件熵　　170
8.4.2 　平均互信息　　171
8.4.3 　微分熵　　172
8.5 　率失真理論★　　175
8.6 　模型　　181
8.6.1 　概率模型　　181
8.6.2 　綫性係統模型　　183
8.6.3 　物理模型　　187
8.7 　小結　　187
8.8 　項目與習題　　188
第9章　標量量化　　189
9.1 　概述　　189
9.2 　引言　　189
9.3 　量化問題　　189
9.4 　均勻量化器　　193
9.5 　自適應量化　　201
9.5.1 　前嚮自適應量化　　201
9.2.5 　後嚮自適應量化　　203
9.6 　非均勻量化　　208
9.6.1 　pdf優化量化　　209
9.6.2 　壓擴量化　　212
9.7 　熵編碼量化　　217
9.7.1 　Lloyd-Max量化器輸齣的熵編碼　　217
9.7.2 　熵約束量化★　　217
9.7.3 　高速率最優量化★　　218
9.8 　小結　　221
9.9 　項目與習題　　221
第10章　矢量量化　　223
10.1 　概述　　223
10.2 　引言　　223
10.3 　矢量量化器相對於標量量化器的優勢　　225
10.4 　Linde-Buzo-Gray算法　　229
10.4.1 　初始化LBG算法　　233
10.4.2 　空單元格問題　　237
10.4.3 　用LBG壓縮圖像　　237
10.5 　樹狀結構的矢量量化器　　240
10.5.1 　樹狀結構矢量量化器的設計　　243
10.5.2 　剪枝樹狀結構矢量量化器　　244
10.6 　結構化矢量量化器　　244
10.6.1 　金字塔矢量量化　　245
10.6.2 　極矢量量化器和球麵矢量量化器　　246
10.6.3 　格型矢量量化器　　246
10.7 　矢量量化的變體　　250
10.7.1 　增益?形狀矢量量化　　250
10.7.2 　去均值矢量量化器　　250
10.7.3 　分類矢量量化　　251
10.7.4 　多級矢量量化　　251
10.7.5 　自適應矢量量化　　252
10.8 　網格編碼量化　　253
10.9 　小結　　256
10.10 　項目與習題　　257
第11章　差分編碼　　259
11.1 　概述　　259
11.2 　引言　　259
11.3 　基本算法　　261
11.4 　DPCM中的預測　　264
11.5 　自適應DPCM　　268
11.5.1 　DPCM中的自適應量化　　269
11.5.2 　DPCM中的自適應預測　　269
11.6 　增量調製　　272
11.6.1 　常因子自適應增量調製（CFDM）　　273
11.6.2 　連續可變斜率增量調製　　274
11.7 　語音編碼　　274
11.8 　圖像編碼　　277
11.9 　小結　　279
11.10 　項目與習題　　279
第12章　變換、子帶與小波的數學預備知識　　281
12.1 　概述　　281
12.2 　引言　　281
12.3 　矢量空間　　281
12.3.1 　點積或內積　　282
12.3.2 　矢量空間　　283
12.3.3 　子空間　　284
12.3.4 　基　　284
12.3.5 　內積的正式定義　　285
12.3.6 　正交集與標準正交集　　285
12.4 　傅裏葉級數　　286
12.5 　傅裏葉變換　　288
12.5.1 　帕伐瓦爾定理　　289
12.5.2 　調製性質　　290
12.5.3 　捲積定理　　290
12.6 　綫性係統　　290
12.6.1 　時不變　　291
12.6.2 　傳遞函數　　291
12.6.3 　衝激響應　　292
12.6.4 　濾波器　　293
12.7 　采樣　　295
12.7.1 　理想采樣——頻域視角　　295
12.7.2 　理想采樣——時域視角　　296
12.8 　離散傅裏葉變換　　298
12.9 　Z變換　　299
12.9.1 　查錶法　　302
12.9.2 　部分分式展開　　302
12.9.3 　長除　　306
12.9.4 　Z變換的性質　　306
12.9.5 　離散捲積　　307
12.10 　小結　　308
12.11 　項目與習題　　308
第13章　變換編碼　　310
13.1 　概述　　310
13.2 　引言　　310
13.3 　變換　　313
13.4 　所關心的變換　　317
13.4.1 　Karhunen-Loéve變換　　317
13.4.2 　離散餘弦變換　　318
13.4.3 　離散正弦變換　　320
13.4.4 　離散Walsh-Hadamard變換　　320
13.5 　變換係數的量化與編碼　　321
13.6 　在圖像壓縮中的應用——JPEG　　327
13.6.1 　變換　　327
13.6.2 　量化　　328
13.6.3 　編碼　　329
13.6.4 　格式——JFIF　　332
13.7 　MDCT在音頻壓縮中的應用　　334
13.8 　小結　　336
13.9 　項目與習題　　337
第14章　子帶編碼　　339
14.1 　概述　　339
14.2 　引言　　339
14.3 　濾波器　　343
14.4 　基本子帶編碼算法　　348
14.4.1 　分析　　349
14.4.2 　量化與編碼　　349
14.4.3 　閤成　　350
14.5 　濾波器組設計★　　350
14.5.1 　降采樣★　　351
14.5.2 　升采樣★　　353
14.6 　使用兩通道濾波器組的完美重構★　　354
14.6.1 　兩通道PR正交鏡像濾波器★　　357
14.6.2 　功率對稱FIR濾波器★　　359
14.7 　M頻帶正交鏡像濾波器組★　　360
14.8 　多相分解★　　362
14.9 　比特分配　　366
14.10 　在語音編碼中的應用G. 722　　368
14.11 　在音頻編碼中的應用——MPEG音頻　　369
14.12 　在圖像壓縮中的應用　　369
14.12.1 　分解圖像　　371
14.12.2 　對子帶進行編碼　　373
14.13 　小結　　374
14.14 　項目與習題　　375
第15章　小波　　377
15.1 　概述　　377
15.2 　引言　　377
15.3 　小波　　379
15.4 　多分辨率分析和尺度函數　　383
15.5 　用濾波器實現　　388
15.5.1 　尺度變換與小波係數　　390
15.5.2 　小波族　　392
15.6 　雙正交小波　　394
15.7 　提升　　397
15.8 　小結　　400
15.9 　項目與習題　　401
第16章　基於小波的圖像壓縮　　402
16.1 　概述　　402
16.2 　引言　　402
16.3 　嵌入式零樹編碼器　　404
16.4 　多級樹集閤分裂　　410
16.5 　JPEG 2000　　415
16.5.1 　色彩分量變換　　416
16.5.2 　分片　　417
16.5.3 　小波變換　　417
16.5.4 　量化　　418
16.5.5 　第I層編碼　　419
16.5.6 　第II層編碼　　425
16.5.7 　JPEG 2000比特流　　426
16.6 　小結　　430
16.7 　項目與習題　　430
第17章　音頻編碼　　432
17.1 　概述　　432
17.2 　引言　　432
17.2.1 　頻譜屏蔽　　433
17.2.2 　時間屏蔽　　434
17.2.3 　心理聲學模型　　434
17.3 　MPEG音頻編碼　　435
17.3.1 　第I層編碼　　435
17.3.2 　第II層編碼　　437
17.3.3 　第III編碼——MP3　　437
17.4 　MPEG高級音頻編碼　　440
17.4.1 　MPEG-2 AAC　　441
17.4.2 　MPEG-4 AAC　　444
17.5 　Dolby AC-3（Dolby Digital）　　445
17.6 　其他標準　　446
17.7 　小結　　447
第18章　分析/閤成與閤成分析方案　　448
18.1 　概述　　448
18.2 　引言　　448
18.3 　語音壓縮　　449
18.3.1 　信道聲碼器　　450
18.3.2 　綫性預測編碼器（美國政府標準LPC-10）　　451
18.3.3 　碼激勵綫性預測（CELP）　　457
18.3.4 　正弦編碼器　　459
18.3.5 　混閤激勵綫性預測（MELP）　　461
18.4 　寬帶語音壓縮ITU-T G.722.2　　463
18.5 　互聯網應用的語音編碼　　464
18.5.1 　iLBC　　464
18.5.2 　G.729　　468
18.5.3 　SILK　　471
18.6 　圖像壓縮　　473
18.7 　小結　　478
18.8 　項目與習題　　479
第19章　視頻壓縮　　480
19.1 　概述　　480
19.2 　引言　　480
19.3 　運動補償　　481
19.4 　視頻信號錶示　　483
19.5 　ITU-T建議書H.261　　488
19.5.1 　運動補償　　488
19.5.2 　環路濾波器　　489
19.5.3 　變換　　490
19.5.4 　量化與編碼　　490
19.5.5 　速率控製　　491
19.6 　基於模型的編碼　　492
19.7 　非對稱應用　　493
19.8 　MPEG-1視頻標準　　494
19.9 　MPEG-2視頻標準H.262　　496
19.10 　ITU-T建議書H.263　　498
19.10.1 　不受限運動矢量模式　　500
19.10.2 　基於語法的算術編碼模式　　500
19.10.3 　高級預測模式　　500
19.10.4 　PB幀模式和改進的PB幀模式　　500
19.10.5 　先進的幀內編碼模式　　500
19.10.6 　塊效應消除濾波模式　　501
19.10.7 　參考圖片選擇模式　　501
19.10.8 　時間、SNR和空間伸縮性模式　　501
19.10.9 　參考圖片重新采樣　　501
19.10.10 　降低分辨率的更新模式　　501
19.10.11 　交替幀間變長編碼模式　　501
19.10.12 　改進量化模式　　501
19.10.13 　增強型參考圖片選擇模式　　502
19.11 　ITU-T建議書H.264　　502
19.11.1 　運動補償預測　　503
19.11.2 　變換　　503
19.11.3 　幀間預測　　504
19.11.4 　量化　　504
19.11.5 　編碼　　506
19.12 　MPEG-4第二部分　　506
19.13 　數據包視頻　　507
19.13.1 　ATM網絡　　508
19.13.2 　ATM網絡中的壓縮問題　　508
19.13.3 　數據包視頻的壓縮算法　　509
19.14 　小結　　510
19.15 　項目與習題　　510
附錄A 　概率與隨機過程　　511
A.1 　概率　　511
A.1.1 　發生頻率　　511
A.1.2 　信任度量　　512
A.1.3 　公理方法　　513
A.2 　隨機變量　　514
A.3 　分布函數　　515
A.4 　期望　　517
A.4.1 　均值　　518
A.4.2 　二階矩　　518
A.4.3 　方差　　518
A.5 　分布的類型　　519
A.5.1 　均勻分布　　519
A.5.2 　高斯分布　　519
A.5.3 　拉普拉斯分布　　519
A.5.4 　伽瑪分布　　519
A.6 　隨機過程　　520
A.7 　項目與習題　　521
附錄B 　矩陣概念簡要迴顧　　522
B.1 　矩陣　　522
B.2 　矩陣運算　　523
附錄C 　根格　　527
參考文獻　　529
索引　　544
· · · · · · (收起)