第1章《多媒体技术概论》思考练习题答案

填空题：

1、国际电讯联盟（ITU）将媒体分为五大类，分别为感觉媒体、表示媒体、表现媒体、存储媒体、传输媒体。

2、多媒体技术中所说的媒体一般指感觉媒体，图像编码应属表示媒体。

3、多媒体信息的主要特点包括信息媒体的多样性、集成性、交互性、实时性，还有数据的海量性、媒体信息表示的空间性和方向性等。

4、多媒体技术的发展历程大致可分为三个阶段，即启蒙发展阶段、标准化阶段、普及应用阶段。 5、ISO和ITU联合制定的数字化图像压缩标准主要有JPEG标准、MPEG系列标准、H.26X标准。 简答题：

1、什么是多媒体？

答：从多媒体技术专业角度讲，可理解为：多媒体的“多”是其多种媒体的表现，多种感官的作用，多种设备的使用，多学科的交汇，多领域的应用；“媒“是指人与客观世界的中介；“体”是言其综合、集成一体化。 2、什么是多媒体技术？

答：是指多媒体信息的数字化、设计与制作技术、及各种媒体集成一体化，经数据压缩处理和存储，并由新传播媒介发布的具有交互性的多媒体信息技术。 3、JPEG标准（ISO/IEC 10918标准）？

答：适用彩色和单色、多灰度连续色调、静态图像压缩国际标准。 4、MPEG-1（ISO/IEC 11172标准）？

答：用于数字运动图像，其伴音速率为1.5Mbps的压缩编码。

5、我国国家信息产业部批准成立的数字音频视频的编码技术标准工作组（AVS）的主要工作是什么？ 答：开展具有自主产权的数字音视频产业的共性基础标准的研究。并面向我国的信息产业需求，制定数字音视频的压缩、解压缩、处理和表示等共性技术标准AVS，服务于数字音视频产业应用。

第二章 多媒体数据压缩技术复习思考题答案

填空题：

1、多媒体数据能不能被压缩，关键是多媒体数据中是否存在“数据冗余”,即“多媒体数据压缩的可能性”。

2、“信息量”与“数据量”之间的关系是信息量＝数据量－冗余量。

3、多媒体数据冗余信息包括空间冗余、时间冗余、信息熵冗余(编码冗余)、结构冗余、知识冗余、视觉冗余、听觉冗余、图像区域的相同性冗余、其它冗余。

4、根据香农的信息论概念，信息量的度量公式可描述I = log (后验概率 / 先验概率)。第 i个消息可能有n种状态,那么输出这个消息的总信息量期望值,即平均信息量 H 为：H＝－∑ Pi × logPi。

5、三大经典编码方案是指预测编码、变换编码和统计编码。 6、“第二代”编码方法主要有基于分形的编码、基于模型的编码、基于区域分割的编码和基于神经网络的编码等。 7、“第二代”编码方法充分利用计算机图形学、计算机视觉、人工智能与模式识别等相关学科的研究成果，为视频(图像)压缩编码开拓了广阔的前景。

8、一般来说，评价数据压缩方案优劣的三个重要指标是压缩比大、算法简单,速度快、视听恢复质量好。

9、数据压缩方法划分为两类，即可逆编码(也称作 无失真编码 ,无损压缩, 信息熵编码 ,冗余压缩法)、不可逆编码(也称为 有失真编码 ,有损压缩,信息熵压缩法)。

10、统计编码包括行程编码 (Run Length Coding)、LZW编码、霍夫曼(Huffman)编码等,属于无失真编码，它是根据信息出现概率的分布特性而进行的压缩编码。 11、变换编码系统中压缩数据有三个步骤，分别是变换、变换域采样和量化。 12、JPEG标准的主要内容包括空间方式（可逆编码）、DCT方式（非可逆编码）。 13、VOD视频会议系统中视频信号在不同国家之间进行传输，传输端要将NTSC制式的YIQ色彩空间视频信号转换为RGB色彩空间，接收端再将RGB色彩空间转换成PAL制式的YUV色彩空间，实现视频信号的回放。

14、JPEG标准中量化过程是通过参考量化表进行的。量化表就是给出了量化步长。

15、JPEG标准基本系统中，对量化后得到的64个频域系数的直流分量DC采用DPCM差分脉冲编码调制编码进行数据压缩，而交流系数AC采用行程编码进行数据的进一步压缩处理。

16、MPEG-1的标准号为ISO/IEC 11172,标准名称为用于高达大约1.5Mbit/s的数据传输速率的数字存储媒体的运动图像和伴音编码。

17、运动映像0.5秒内的传输的顺序为IPBBPBBPBBPBBIBB，那么它播放的显示顺序应为IBBPBBPBBPBBPBBI。

18、MPEG-2的标准号为ISO/IEC 13818，标准名称为运动图像及其伴音信息的通用编码。 19、MPEG-4的标准号为ISO/IEC 14496,标准名称为＿甚低速率视听编码＿。

20、MPEG-4标准的主要内容包括＿传输多媒体集成框架＿、＿场景描述＿、＿音频编码＿、＿视频编码＿、＿缓冲区管理和实时解码＿。

21、MPEG运动图像压缩标准中，MPEG-1标准的传输速率为1.5Mbps；MPEG-2的传输速率为＿1～10Mbps的可变速率，平均速率为4.69Mbps＿；MPEG-4的传输速率为＿＜64Kbps＿。

22、MPEG-1标准音频压缩算法是第一个高保真音频数据压缩国际标准，它完全可以独立应用，由它形成的音频文件通常被叫作＿MP3＿。采样率可以是＿32kHz＿、＿44.1 kHz＿、＿48 kHz＿。

23、MPEG-1视频编码算法中采用两种基本技术，即为了减少时间上的冗余性采用＿基于块的运动补偿＿技术；为了减少空间上的冗余性采用＿基于DCT变换＿技术。

24、MPEG方案中运动补偿技术在宏块一级工作，主要用于＿消除P图像和B图像＿在时间上的冗余性，提高压缩效率。

25、MPEG-4标准主要由＿传输多媒体集成框架＿、＿场景描述＿、＿音频编码＿和＿视频编码＿构成。

26、根据采样定理规定，仅当采样频率大于原始信号频率>2倍再加10%时，才能保证采样后信号可被保真地恢复为原始信号。

27、由于多媒体信息具有海量性，所以多媒体数据的数字化处理的关键问题是数据压缩。 28、1988年，国际电信联盟ITU推荐的H.261标准，即P * 64 kbps方案中，P＝1或2时,支持QCIF分辨率为176 * 144格式，适于每秒帧数较低的可视电话；当P＞6时,则支持CIF分辨率为352 * 288格式,适于每秒帧数较高的活动图像的电视会议。 29、人说话的音频一般在20Hz~4kHz， 即人类语音的带宽为4kHz。 填图题：

1、如下图所示。JPEG标准FDCT方式中，基于DCT编码器处理过程中的三个步骤是（1）DCT正交变换、（2）编码器、（3）熵编码器。

2、如下图所示。P×64kbps视频压缩编码方案框图中（1）编码器（2）解码器。

3、DPCM系统原理框图如右图所示，其中（1）量化器（2）编码器（3）预测器（4）解码器（5）预测器。

简述题：

1、简述多媒体信息进行压缩的目的。

答：是为了减小存储容量和降低数据传输率，使得现有的通

信网络及PC机在指标与性能方面能够达到处理声音与图像信息的要求。 2、简述统计编码是方法。

答：方法是识别一个给定的流中出现概率最高的比特或者字节模式,并用比原始比特更少的比特数来对其编码,也就是说,出现概率越低的模式,其编码的位数就越多,出现概率越高的模式编码位数就越少。如果码流中所有模式出现的概率相等,则平均信息量最大,信源没有冗余。这种编码的宗旨在于,在消息和码字之间找到明确的一一对应的关系,以便在恢复时能准确无误地再现出来,并总是要使平均码长或码率压低到最低限度。 3、简述预测编码的原理。 答：预测编码是根据原始的离散信号之间存在着一定关联性的特点 ,利用前面一个或多个信号对下一个信号进行预测,然后对实际值和预测值的差(预测误差)进行编码。如果预测比较准确,那么误差信号就会很小。这样一来,在同等精度要求的条件下,就可以用比较少的位数进行编码,达到压缩数据的目的。两种典型的预测编码是差分脉冲编码调制DPCM和自适应差分脉冲编码调制ADPCM,它们适合于声音、图像数据的压缩。因为这些数据均由采样等到,相邻样值之间的差不会相差很大,可以用较少的位来表示差值。由于在差值编码时进行了量化,因此预测编码是一种有失真编码方法。

4、为什么说变换编码方案中变换过程中数据是可逆的。 答：变换是可逆的,本身并不进行数据压缩,它只把信号映射到另一个域,使信号在变换域里容易进行压缩,变换后的样值更独立和有序。

5、为什么在JPEG标准中FDCT中首先要将输入数据进行层平移处理，其目的是什么？

答：在计算FDCT之前，应对输入数据进行层平移处理，即把输入数据变成带符号的2的补码表示。对于8位输入精度，层平移通过减128来完成。图像数据值减去128，是因为DCT转换公式所接受的数字范围是在－128 ～ ＋127之间。在逆向离散余弦变换后，对重构图像的每个样本值数据要加上128。

6、MPEG-1标准的组成主要分为哪此组成分？

答：①MPEG-1系统（11172-1）:定义音频、视频及有关数据的同步；

②MPEG-1视频（11172-2）:定义视频数据的编码和重建图像所无原则的解码过程，其处理的是SIF(standard image format)格式，即NTSC制式为352×240×30像/秒，PAL制式为352×288×25像素/秒；

③MPEG-1音频（11172-3）:定义音频数据的编码和解码； ④MPEG-1测试（11172-4）: 定义一致性测试和验证； ⑤MPEG-1软件模拟（11172-5）:软件模拟的技术报告。 7、MPEG-2标准的主要应用领域？

答：MPEG-2国际标准的制订主要针对高清晰度电视(HDTV)，所以它是面向演播级的视频和音频的压缩标准。它的分辨率是MPEG-1的4倍，更为重要的是其可交互性的特点。使得工业界、有线和卫星网络以及广播部门都一致采用这个标准，数字广播电视、DVD、收费电视(Pay TV)、VOD视频点播、交互式电视及其他视频服务方式也采用了MPEG-2。由于其需求量越来越大，集成电路技术的飞速发展，MPEG-2芯片成本降低，各硬件生产厂商也纷纷推出了各种型号的MPEG功能卡(如C-Cube公司CL450解码器系列),然而MPEG-2标准会得到更大范围的普及和应用。 8、MPEG-4标准的主要应用领域？ 答：：因特网多媒体应用；交互式视频游戏；实时可视通信(可视电话、电视会议)；交互式存储媒体应用(光盘、DVD等)；广播电视，演播室技术及电视后期制作；多媒体邮件，移动通信条件下的多媒体应用；远程视频监控等等。

9、简述MPEG-1音频压缩标准3个层次的传输速率，及各自的适用范围。

答：MPEG-1音频标准提供了3个独立的压缩层次，可由用户选择。层1最简单，使用适应掩蔽模式模式的通用子带综合编码和复合技术算法，编码速率384kbps，主要用于数字盒式磁带。层2复杂度中等，使用MUSICAM算法，编码速率192kbps左右，主要应用于数字广播的音频编码、CD-ROM上的音频信号以及CD-I和VCD。层3最复杂，使用质量音乐信号自适应感知熵编码算法，编码速度64kbps，尤其适用于ISDN上的音频传输。 10、简述MPEG-1标准中运动补偿技术的块匹配方法。 答：基于块的运动补偿技术就是在其参照帧中寻找符合一定条件限制，与当前被预测块的最佳匹配块。找到匹配块后，采用两种处理方法：

（1）在恢复被预测块时，用匹配块代替；

（2）对预测的误差采用DCT技术编码，在恢复被预测块时，用匹配块加上预测误差。 11、简述多媒体数据压缩的必要性。

在多媒体系统中，要处理、传输、存储多媒体信息，主要包括数字、文本、图形、图像、视频等媒体类型，由于这些媒体的表示在计算机系统中是以大量数据存在，如果不对它进行数据压缩，是无法在计算机中存储和传输的，也无法在多媒体系统中进行处理。所以数据压缩是非常必要的。

12、简述数据压缩中都有哪些数据压缩的可能性。

数据压缩的根本就是找到信息数据中所存在的信息熵，即数据冗余。也就是去除在听觉和视觉允许范围内的多余信息量。这些数据冗余包括：空间冗余、时间冗余、信息熵冗余、结构冗余、知识冗余、视觉冗余、听觉冗余、其他冗余。

13、什么是空间冗余？时间冗余？

在同一幅图像中，规则物体和规则背景的表面物理特性具有相关性，这些相关性的光成象结构在数字化中就表现为数据的空间冗余。

图像序列中的两幅相邻的图像之间有较大的相关性，这反映为时间冗余。 14、根据描述“有用信息=数据量-冗余信息”，冗余都是多余的信息吗？

有时冗余的存在是必须要的。譬如，人说话过程中总是要是停顿或间歇，形成语气和语感。那么，单从有用信息数据而言，它们数字化后都以数据的形成存储在媒体中，占用一定的数据量，但是这种听觉冗余的存在是必要的。 15、简述JPEG标准。

答；它是联合图像专家组 JPEG(Joint Photographic Experts Group)建立的适用彩色和单色、灰度连续色调、静态图像压缩国际标准。该标准在1991年通过ISO组织认定,成为ISO/IEC10918标准,全称为多灰度静态图像的数字压缩编码标准。 16、简述MPEG标准。

答：为了制定有关运动图像压缩标准，ISO标准化委员会，1990年建立一个运动图像专家组MPEG(Moving Picture Experts Group)，从事关于运动图像音/视频压缩标准的研究工作。MPEG提交的MPEG-1标准用于数字运动图像,其伴音速率为1.5Mbps的压缩编码,作为ISO/IEC11172号标准,于1992年通过鉴定。MPEG-1平均压缩比为50:1。MPEG系列的其他标准还有MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7和MPEG-21。 计算题：

1、已知信源符号的概率分别为：

对该信源序列做霍夫曼编码，并计算其平均信息码字长度。 答：信源序列做霍夫曼编码为

平均信息码字长度：

= 2×0.20 + 2×0.19 + 3×0.18 + 3×0.17 + 3×0.15 + 4×0.10 + 4×0.01

= 0.40 + 0.38 + 0.54 + 0.51 + 0.45 + 0.40 + 0.04= 2.72 bit/字符

2、已知信源 按以上规则，对一个\符号串进行算术编码。 答：对1011\符号串算术编码计算如下

序符小概率大概率子区间的起始位置 C= 子区间的长度 A=