《多媒体通信》期中思考题及答案
《多媒体通信》期中思考题
第一章
1、请论述什么是多媒体和多媒体技术的基本特征。
2、多媒体系统有哪几种主要的类型？每一种类型中最关键的技术有哪些？
3、简述多媒体数据处理与一般数据处理的差异。
第二章
1、什么叫空间频率？在不涉及和涉及观察者的两种情况下，图像空间频率的高、低各与哪些因素有关？
第三章
1、为什么内插滤波器和抗混叠滤波器通常都使用FIR 滤波器，而不是IIR 滤波器？
2、在具有运动补偿的帧间预测编码中，如果运动矢量估计得不准确产生的后果是什么，会不会引起解码后的图像失真，为什么？
3、对图1所述三种8×8的亮度图形进行DCT 变换后，估计（不必实际计算）在系数矩阵的哪些位置上，变换系数有较大数值。
图1 三种8×8的亮度图形
4、设有一离散无记忆信源
1234560.30.20.20.10.10.1S S S S S S X ⎧⎫=⎨⎬⎩⎭
（1）计算该信源的熵；
（2）为该信源构造一霍夫曼码，并计算平均码长及编码效率；
（3）为什么该码的编码效率小于1？试总结在什么情况下，霍夫曼码的编码效率能够达到1？（提示：
符号S i 的码字的码长是多少？）。
5、假设有下表所示的5种运动矢量，其出现的概率如表所示。试用一般算术编码对MV 序列{-2, -1, 0, 2}进行编码
（1）给出编码过程和最后输出的码字（允许最后一位不能正确解码）；
（2）输出码字需要用几比特表示？编码效率为多少？
（3）同一序列若采用霍夫曼编码，编码效率为多少？
6、说明视频编码中运动估计的必要性以及相应的块匹配方法，掌握三步搜索法和二维对数法这两种常用的快速运动搜索方法。
7、说明在图像编码和视频编码中广泛使用离散余弦变换的原因。
8、掌握霍夫曼编码和算术编码的编解码方法。
9、掌握子带编码的工作原理以及正交镜像滤波器组和时域混叠消除的相关方法。
10、说明在时域量化和在变换域量化的差别。
11、举例说明在音频和图像压缩时如何利用人类认知系统的非线性特性。
第四章
1、在图2所示的典型编码器中
（1）经上述编码器压缩的图像，在解压缩之后会出现“块效应”，产生“块效应”的原因是什么？
（2）阐述在DCT变换之后进行之字形扫描的目的；对隔行扫描的图像块为何要采用图3（b）的扫描方式？
（3）为什么要进行速率控制？保持编码器输出速率恒定，所付出的代价是什么？
图2 典型编码器和解码器结构图
图3 DCT系数的扫描顺序
挞拔2、为什么对帧内编码宏块和对帧间编码宏块要采用不同的量化矩阵（如图4所示）？通常在熵编码之前对这两种宏块的DC分量的处理是否相同？为什么？
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（a）帧内预测编码量化矩阵（b）帧间预测编码量化矩阵
图4 量化矩阵
3、运动矢量的估值可以达到半个像素精度。所谓半像素位移矢量估值是首先在原始分辨率图像上搜索到SAD最小的位置(i, j)，然后通过内插得到(i, j)周围的8个半像素点（见图中×的位置）的灰度值，在这8个点再加上(i, j)点本身共9个点中进行搜素，到最终的匹配点。若第k帧中待预测块的中心坐标为(168, 152)，第k-1帧中(i, j)点的坐标为i=147, j=163，匹配块中心位于(i, j)点右上角的半像素点，写出半像素点精度的位移矢量。
图5 半像素运动矢量估值示意图
4、如下的函数中，哪些可以作为描述8×8块内的亮度变化剧烈程度的空间活动度函数？对周杰伦莫吉托歌词
A F值较大的块，量化时所分配的比特数应该多，还是少？解释原因。
6421()||F i i a A p ==∑        642
2
()||F i i b A p ==∑        6421
()||F i i c A p p ==-∑ 6421()||F i i d A y ==∑        6422()||F i i e A y ==∑        64
21
()||F i i f A y y ==-∑ 其中i p 为块内的像素值，i y 为该块对应的DCT 系数矩阵中的元素值, p 和y 分别是i p 和i y 的均值。
5、在JPEG 标准中，经DCT 和量化后的系数在变成一维序列(run , level )之后，又将level 分解成(sss , Value )，其中sss 表示将level 编码所需的比特数，Value 为该值的二进制数值（负值用取反表示）；然后将(run /sss )作为符号，构成如下的霍夫曼码表。每一个(run , level )最后表示为(run /sss )霍夫曼码＋value 二进制码。根据上述原则和下表写出(0, 6) (0, 7) (3, 3) (0, -1) (0, 0)经编码后的码流。
6、在上题中只对(run /sss )进行霍夫曼编码，对value 则采用二进制码；相类似地，在
H.263/MPEG-4 DCT 系数只对出现频率高的(run , level )组合进行霍夫曼编码，出现频率低的则采用二进制编码，请解释为什么不在所有情况下都用霍夫曼码？
7、掌握典型的视频编码器和解码器的工作原理框图以及各部分的作用。
第五章
1、如果在MPEG 音频的第一层的取样频率是32 kb/s ，那么每一个32子带中的子带带宽是多大？
2、掌握音频子带编码、线性预测编码和码激励线性预测编码（CELP ）的原理。
3、掌握MPEG-1音频标准中的三个编码层次和心理声学模型。
4、说明MPEG-2音频标准较MPEG-1音频标准作了哪些扩充和改进。
5、掌握杜比（AC-3）编码的原理。
6、了解ITU-T 制定的G 系列语音编码标准和地区性语音编码标准的基本性能指标。
1.请论述什么是多媒体和多媒体技术的基本特征?
多媒体：基于网络、使用多种媒体来表示、存储检索和传播计算机可以处理的信息。
基本特征：集成、交互、同步、网络承载
2.多媒体系统有哪几种主要的类型？每一种类型中最关键的技术有哪些？
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主要类型：独立商亭式系统、多媒体信息检索与查询、多媒体会议与协同工作、多媒体即时通信、点播电视。
独立：多媒体制作软件、实时性处理技术、友好的人机接口。检索与查询：WWW技术让用户快速有效的查询浏览信息、多媒体数据的存储和检索技术。会议于协同工作：音视频文字集成处理技术、多点会议管理机制、虚拟现实技术。即时通信：通信模式技术研究、即时通信的数据加密安全技术。点播电视：网络承载技术、音视频压缩存储传输技术。
3.多媒体数据处理与一般数据处理的差异？
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要求具有对音视频、文字、图像的集成处理能力，在数据处理过程中可与人交流，以人提供指导为目标，需要做到数据同步处理，在处理过程中要考虑到数据传输网络承载的能力。
4.什么叫空间频率？在不涉及和涉及观察者的两种情况下，图像空间频率的高、低各与那些因素有关？
空间频率：物理量在单位空间距离内周期变化的次数。
不涉及：只与单位空间距离内周期性变化的次数有关。
涉及：观察者离图像的距离，眼睛的光学孔径大小，视网膜上光敏细胞分布的密度。
5.为什么内插滤波器和抗混叠滤波器通常都使用FIR滤波器，而不是IIR滤波器？
FIR：没有反馈回路，故不存在不稳定的问题；同时，可以在幅度特性是随意设置的同时，保证精确的线性相位。稳定和线性相位特性是FIR滤波器的突出优点。另外，它还有以下特点：设计方式是线性的；硬件容易实现；滤波器过渡过程具有有限区间。
IIR：缺点是无法控制滤波器的相位特性。由于极点会杂散到稳定区域之外，自适应IIR滤波器设计中碰到的一个大问题是滤波器可能不稳定。因此，一般采用FIR滤波器作为自适应滤波器的结构。
6.在具有运动补偿的帧间预测编码中，如果运动矢量估计得不准确产生的后果是什么，会不会引起解码后的图像失真，
为什么？
会是的预测误差DFD增加，从而影响数据压缩比的提高。
不会引起解码后的图像失真，因为具有运动补偿的帧间预测是通过运动矢量预测目标在下一帧的位置，从而减少预测误差，从而达到更高的数据压缩比，运动矢量以及如何记性运动物体和静止物体背景灯方面的附加信息，综合起来可以将图像恢复到原始的状态，不会引起图像失真。
7.说明视频编码中运动估计的必要性以及相应的块匹配方法，掌握三步搜索法和二维对数法这两种常用的快速运动搜
索方法。
视频序列图像时间上相邻两幅图像之间的内容差异不大，重复内容很多，消除序列图像在时间上相关性，是视频信号压缩编码的一个重要途径，对于背景场景，前后时间上的图像内容是完全相同的，对于运动的物体，知道其运动规律（运动估计），就可以从前一帧图像推算出当前帧中的位置来，传输预测残差，这比全部传输每帧图像的具体细节所需的数据量小的多。
在搜索范围SR内进行从左上开始的逐像素移动计算判决函数（全搜索），到判决函数值最小的表示两块匹配。
8.说明图像编码和视频编码中广泛使用离散余弦变换的原因。
DCT属于正交变换，能将能量集中在少数变换系数上，去除贡献小的系数，引起的失真小，达到压缩的目的，DCT十分接近于信号的最佳变换KLT，变换后能量集中性较高，即使信号的统计特性偏离马尔科夫模型，DCT的性能下降也不显著，加上其基向量是固定的，并具有快速算法让它得到广泛应用。
9.掌握子带编码的工作原理以及正交镜像滤波器组合时域混叠消除的相关方法。
子带编码：一种以信号频谱为依据的波形编码方法，它首先用一组带通滤波器将输入信号按频谱分开，然后将这些自带信号经过频率搬移转变成基带信号，然后让每路子信号通过各自的自适应PCM编码器（ADPCM）编码，经过分接和解码再搬移回频谱原来位置，复合成原始信号。优点是：1、每个子带独立自适应，可按每个子带的能量调节量化阶；2、可根据各个子带对听觉的作用大小共设计最佳的比特数；3、量化噪声都限制在子带内某一频带的量化噪声串到另一频带中去。
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