专题5 数字媒体压缩、存储与传输技术（讲义）-浙江省（单独招生）计算机类《数字媒体技术》考纲讲练测

编写说明：本专辑为浙江省（单独招生）计算机类《数字媒体技术考纲讲练测》，严格依据浙江省普通高校单独招生考试大纲（专业课）计算机类考试范围及要求编写，精准对标考纲，兼顾考点覆盖与实战应用。每套讲练测提供讲义、课件、练习三大配套教学文件，贯穿九大核心环节：考点解读、思维导图、知识梳理、背诵环节、常考题、高考真题、课堂练习、课堂小结及课后测验，形成“讲-练-测-评”闭环式教学与复习逻辑，助力考生夯实基础、突破重难点。 浙江省计算机类 《数字媒体技术考纲讲练测》 专题5 数字媒体压缩、存储与传输技术 讲义 [考点解读] 1．掌握数字媒体作品制作的关键技术。 [思维导图] [知识梳理] 1.数字媒体压缩的原因 数字媒体内容的文件中因为包含了大量的详细信息，这些详细信息中常常掺杂着大量的冗余数据，导致文件体积过大，给存储和传输带来了很大的不便。因此，需要通过数字媒体压缩技术来大幅度减小图像、声音和视频文件的体积，以提高数据传输效率。 2.数字媒体的数据冗余 数字媒体压缩技术的核心在于尽可能不损害媒体质量的基础上，大幅度降低数据量，识别和移除其中存在的各类冗余信息。数据冗余主要有以下几种类型： (1)空间冗余 在静态图像的数字化处理过程中，相邻像素的数据往往高度相似或完全一致。例如，在一张包含大片蓝色天空的照片中，许多像素的颜色值都相同或非常接近，这就是空间冗余。这种冗余信息可以通过帧内压缩技术去除，从而显著减小图像文件的大小。 (2)时间冗余 在动态图像中，相邻帧之间的图像内容往往存在大量重复或相似性。例如在拍摄一个缓慢移动的物体时，背景可能保持不变，而物体本身只发生了微小的位移。这种图像序列中的相关性冗余被称为时间冗余。 (3)视觉冗余 人类视觉系统对某些细节和变化并不敏感。例如，在高亮度背景下，视觉灵敏度会下降，对灰度值的细微变化可能无法察觉。因此，在不影响整体视觉效果的前提下，可以对这些不敏感区域的数据进行压缩或忽略。这种基于人类视觉系统特性的冗余被称为视觉冗余。 (4)听觉冗余 人耳所能听到的声音信号频率范围大约为20Hz~20kHz。在这个频率范围之外的声音信号，即使被记录下来，也无法被人类感知，这就是听觉冗余。因此，在音频压缩过程中，可以安全地去除这些无法被人耳察觉的声音信号，从而减小音频文件的大小。 (5)编码冗余 对于文本数据和程序来说，数据的信息量常常少于数据本身所呈现的形式。在一段包含大量重复字符的文本中，可以使用压缩编码来表示这些重复字符，从而减少数据量。例如，字母序列“AABBBCCCCDDDDDDDD”可以用压缩编码“2A3B4C8D”来表示，原本需要17个字符的文本，通过编码就只需要8个字符来表示。这种由于数据表示方式而产生的冗余被称为编码冗余。 (6)知识冗余 在某些情况下，数据的理解与先验知识密切相关。例如，在人脸识别任务中，人脸具有固定的结构特征，如眼睛、鼻子和嘴巴的位置关系，这些信息可以作为先验知识来指导数据压缩过程，从而去除那些不影响人脸识别结果但增加数据量的冗余信息。这种由于先验知识而产生的冗余被称为知识冗余。 3.数字媒体压缩的分类 按媒体信息压缩前后是否有损失划分，数字媒体压缩可分为有损压缩和无损压缩。 (1)有损压缩 有损压缩是一种在压缩过程中会丢失部分信息的压缩方法。这种丢失的信息在解压缩后无法恢复，因此解压缩后的信息与原始信息存在差异。有损压缩广泛应用于语音、图像和视频数据的压缩中，因为它能够提供较高的压缩比，从而显著减小文件的大小。常见的有损压缩格式包括JPEG、MP3、RM、RMVB、WMV和WMA Standard等。 (2)无损压缩 无损压缩，是一种在压缩过程中不会丢失任何信息的压缩方法。因此，解压缩后的信息与原始信息是完全相同的。这种压缩方法通常用于需要保持数据完整性的场合，如文本数据、程序和特殊应用场合的图像数据(如指纹图像、医学图像等)的压缩。常见的无损压缩格式包括GIF、APE、FLAC、TAK、TTA和ZIP等。 4.数字媒体压缩的标准 数字媒体压缩标准是指为了减少数字媒体文件(如图像、音频、视频等)的数据量，同时尽可能保持其质量而制定的一系列技术规范和算法。以下是常用的数字媒体压缩标准： (1)静态图像压缩标准(JPEG) 静态图像压缩标准(JPEG)，是一种适用于连续色调、多级灰度、静止图像的数字图像压缩编码方法，是国际上彩色、灰度、静止图像的第一个国际标准，广泛应用于相机、网页等场景。主要可分为三种类型：标准JPEG、渐进式JPEG以及JPEG 2000。 ①标准JPEG在网页下载时，图像会按照由上至下的顺序逐行显示，直至下载完成才能展现完整图像。 ②渐进式JPEG在下载过程中，会先快速呈现出图像的粗略外观，随后逐渐细化至完整内容。 ③JPEG 2000作为JPEG的新一代压缩标准，展现出极高的灵活性，它不仅能够根据需求采用不同的压缩比对图像进行压缩，还同时支持无损压缩和有损压缩。与早期标准相比，JPEG 2000在有损压缩条件下也能呈现出更高品质的图像效果。它在医学图像分析、处理等对图像品质要求较高的领域得到了广泛应用。 (2)动态图像压缩标准(MPEG、H.264) 动态图像压缩标准目前主要有MPEG标准和H.264标准。 ①MPEG标准运动图像专家组是由国际标准化组织和国际电工委员会联合成立的，负责开发电视图像数据和声音数据的编码、解码标准和它们的同步标准。该专家组开发的标准称为MPEG标准，包括MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7、MPEG-21等。MPEG-4是目前主流的动态图像压缩标准，它引入了基于对象的编码技术，能够分离背景和前景，从而实现更灵活的压缩和编辑，因此被广泛应用于网络视频流、移动设备和视频会议，典型文件格式包括.mp4、.avi和.mov等。 ②H.264标准是视频编码专家组与运动图像专家组联合提出的视频压缩标准。它在MPEG-4标准的基础上进行了开发，不仅显著提高了压缩比，还带来了更高质量的画面效果，目前被广泛应用于高清晰度电视中。另外还有H.265、H.266等标准，它们在视频传输和存储方面展现出更显著的优势。 5.数字媒体存储常见设备 数字媒体存储基本设备涵盖多种类型，包括硬盘驱动器(HDD)、固态硬盘(SSD)等内置存储设备，以及SD卡、USB闪存驱动器、光盘(如CD、DVD)等便携式存储介质。这些设备提供了大容量和可靠的存储解决方案，其中部分设备(如SSD、高速USB闪存驱动器)具备高速度特性，使用户能够轻松存储、备份和共享各种数字媒体文件。随着技术的发展，云存储服务也成为数字媒体存储的重要补充，能通过网络提供灵活的存储和访问方式。 6.数字媒体存储性能指标 (1)存储容量 存储容量是指存储介质能够存储的最大数据量，通常以字节(Byte)为单位，常见的容量单位包括KB、MB、GB、TB等。这个指标直接决定了用户可保存的数字媒体内容量。 (2)传输速率 传输速率是指存储介质在读取或写入数据时的速度，通常以比特/秒(bps)或字节/秒(Bps)为单位。传输速率越快，用户访问和传输数字媒体内容的速度就越快，从而提高了工作效率和用户体验。例如，机械硬盘(HDD)的传输速率一般为100~200MBps，而固态硬盘(SSD)的传输速率通常为500~3500MBps甚至更高。因此，固态硬盘的存储性能远高于机械硬盘，尤其是在随机读/写和小文件操作方面，固态硬盘的优势更加明显。 7.云存储 随着存储技术的持续进步，云存储作为一种新兴的存储手段，正变得越来越普及。用户能够将数字媒体资源上传到云服务器上进行保存。云服务器作为服务器的一种类型，采用虚拟化技术实现，与传统物理服务器相比具有更高的灵活性和可扩展性。 云存储通过集群应用、网格技术以及分布式文件系统等技术，结合存储虚拟化，将网络中大量不同类型的存储设备通过应用软件整合起来，实现协同工作，共同为用户提供数据存储和业务访问服务。例如，百度网盘是云存储的一种典型应用。手机中的云盘(如华为云盘)也属于云存储的应用范畴。 云存储整合大量存储设备，提供近乎无限的存储空间，高效管理数字媒体内容。其分布式架构加速数据访问，降低存储成本，同时确保数据安全，提供可靠备份与恢复服务。云存储还支持跨平台数据共享，提升团队协作效率。 8.数字媒体传输技术的概念 数字媒体传输技术依托通信技术和计算机网络技术实现数字媒体内容的高效、快速传输。 常见的数字媒体传输技术主要有流媒体技术、P2P传输技术、HTTP/HTTPS传输技术FTP传输技术和无线传输技术等。 随着短视频越来越流行，目前流媒体技术应用非常广泛，流媒体的实现依赖流式传输技术，它可分为实时流式传输和顺序流式传输两种。实时流式传输注重即时性，适用于在线直播等场景；顺序流式传输则更注重稳定性，适合视频点播等应用。 9.数字媒体传输技术的应用领域 数字媒体传输技术以其强大的功能性和广泛的应用领域，深刻地改变着人们的生活方式，主要有如下几个方面的应用： (1)娱乐与社交 数字媒体传输技术是娱乐与社交的核心，支持视频点播、网络直播、社交平台的视频分享和实时互动，为用户提供沉浸式娱乐体验。 (2)教育与远程协作 数字媒体传输技术正在革新教育与远程协作。借助高清视频会议和实时互动工具，师生能够跨越地理障碍，实现远程教学与协作。通过在线课堂的高效数据传输技术，师生可以实时互动、共享屏幕，显著提升了课堂的真实感和参与度。 (3)医疗与远程服务 数字媒体传输技术推动远程医疗发展，支持视频会诊、远程手术指导和医学影像传输，同时也在远程监控、智能安防等领域发挥作用，提升医疗与安全服务的效率和质量。 (4)广告与营销 在广告领域，数字媒体传输技术赋能在线视频广告、社交媒体广告以及AR/VR互动营销，提供个性化、沉浸式的用户体验，成为品牌推广和消费者互动的重要渠道。 (5)新闻与文化传播 数字媒体传输技术支撑数字电视和在线新闻的实时传播，同时推动虚拟博物馆、数字艺术等文化创新。 10.数字媒体传输技术的发展趋势 随着技术的不断进步和应用场景的不断拓展，数字媒体传输技术将呈现以下发展趋势： (1)更高速度 随着5G的普及和6G技术的研发推进，数字媒体传输速度将进一步提升，为用户带来更加流畅和高效的体验。 (2)更广覆盖 数字媒体传输技术将不断向更广泛的地区和领域拓展，使得更多的人和地区能够享受数字媒体带来的便利和乐趣。 (3)更强互动 依托低延迟传输技术，数字媒体传输将为虚拟现实(VR)、增强现实(AR)提供实时交互支撑，打造更具沉浸感的虚实融合体验。 (4)更智能化 通过人工智能与传输技术的深度融合，数字媒体传输将实现智能路由优化、动态带宽调度，同时结合内容感知技术提升传输效率，为个性化内容分发提供更精准的网络支撑。 [背诵环节] 1.简述常见的数字媒体的数据冗余？ 【答案】常见数据冗余主要有以下几种类型：空间冗余、时间冗余、视觉冗余、听觉冗余、编码冗余、知识冗余等。 2.列举有损压缩和无损压缩的常见格式？ 【答案】(1)有损压缩格式：JPEG、MP3、RM、RMVB、WMV和WMA Standard等；(2)无损压缩格式：GIF、APE、FLAC、TAK、TTA和ZIP等。 3.简述静态图像压缩标准和动态图像压缩标准的分类？ 【答案】(1)静态图像压缩标准分为：标准JPEG、渐进式JPEG以及JPEG 2000；(2)动态图像压缩标准分为：MPEG标准和H.264标准。 4.简述数字媒体传输技术的发展趋势？ 【答案】数字媒体传输技术将呈现以下发展趋势：更高速度、更广覆盖、更强互动、更智能化。 [常考题] 1.数字媒体压缩的主要目的是（ ） A.提高画质音质 B.减少数据冗余，减小文件体积 C.增加文件格式 D.提升文件安全性 【答案】B 2.视频中相邻帧内容相似产生的冗余属于（ ） A.空间冗余 B.时间冗余 C.视觉冗余 D.编码冗余 【答案】B 3.静态图像的标准压缩标准是（ ） A.MPEG B.H.264 C.JPEG D.MP3 【答案】C 4.下列选项中，属于有损压缩的格式是（ ） A.ZIP B.FLAC C.JPEG D.PNG 【答案】C 5.下列选项中，属于无损压缩的是（ ） A.MP3 B.JPEG C.ZIP D.H.264 【答案】C 6.空间冗余主要存在于静态图像中，如大面积相同颜色区域。（ ） 【答案】√ 7.有损压缩解压后能完全还原原始数据，无信息丢失。（ ） 【答案】× 8.JPEG2000同时支持无损压缩和有损压缩。（ ） 【答案】√ 9.MPEG系列标准主要用于动态图像与视频压缩。（ ） 【答案】√ 10.固态硬盘（SSD）的传输速率一般低于机械硬盘（HDD）。（ ） 【答案】× [高考真题] 1.（单项选择题）下列选项中，H.264、H.265压缩标准主要用于（ ） A.静态图像 B.音频 C.动态视频 D.文本 【答案】C 2.（单项选择题）下列选项中，属于衡量存储设备保存数据指标的是（ ） A.传输速率 B.存储容量 C.读写速度 D.兼容性 【答案】B 3.（单项选择题）以下不属于云存储特点的是（ ） A.跨平台共享 B.按需扩容 C.必须本地离线使用 D.数据备份方便 【答案】C 4.（单项选择题）下列选项中，适合在线直播的流媒体传输方式是（ ） A.顺序流式传输 B.实时流式传输 C.下载传输 D.点对点传输 【答案】B 5.（多项选择题）下列属于数字媒体传输技术发展趋势的有（ ） A.更高速度 B.更广覆盖 C.更强互动 D.更智能化 【答案】ABCD 6.（判断题）5G、6G技术会推动数字媒体传输向更高速度、更低延迟发展。( ) 【答案】√ 7.（判断题）数字媒体传输技术仅支持视频传输，不支持音频与图像。( ) 【答案】× 8.（判断题）听觉冗余是指人耳听不到的频率信号可被安全压缩去除。( ) 【答案】√ [课堂练习] 1.下列关于MPEG-4压缩标准的说法，正确的是（ ） A.仅用于静态图像压缩 B.引入基于对象的编码技术 C.属于无损压缩 D.不支持网络视频流 【答案】B 2.以下不属于数字媒体传输技术的是（ ） A.流媒体技术 B.P2P传输 C.采样量化技术 D.HTTP/HTTPS传输 【答案】C 3.下列选项中，利用知识冗余进行压缩的场景是（ ） A.图像大面积蓝天 B.视频中静止背景 C.依据人脸结构压缩图像 D.去除人耳听不到的高频声音 【答案】C 4.以下存储设备不适合长期保存重要数据的是（ ） A.机械硬盘 B.固态硬盘 C.普通U盘 D.蓝光光盘 【答案】C 5.下列选项中，属于数字媒体传输更强互动趋势的应用是（ ） A.高清电影下载 B.VR/AR实时交互 C.图片批量传输 D.音频离线缓存 【答案】B 6.MPEG系列标准既可以压缩视频，也可以同步压缩音频。（ ） 【答案】√ 7.传输速率越高，存储设备读写数据的速度越快。（ ） 【答案】√ 8.实时流式传输必须等全部下载完成才能播放。（ ） 【答案】× 9.所有的数字图像压缩标准都不支持无损压缩。（ ） 【答案】× 10.绿色节能、可持续发展也是数字媒体存储与传输的发展方向之一。（ ） 【答案】√ [课堂小结] 1、 数字媒体压缩与存储技术 1、 数据冗余 2、 压缩的分类和标准 3、 常见设备和性能指标 4、 云存储 2、 数字媒体传输技术 1、 传输技术的应用领域 2、 传输技术的发展趋势 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $