北邮数字音视频原理第四章习题及答案.pdf

北京邮电大学 数字电视 1 第五 第五章章 数字视频音频压缩数字视频音频压缩 习题 习题答案答案 1 设亮度信号 Y 的采样频率为 13 5MHz s 每个样本用 8 比特量化 当采用 4 1 1 的采样 格式时 求色差信号 r C与 b C的码率 以及电视图像信号总码率 答 亮度信号 Y 的码率 13 5 兆样本 秒 8 比特 样本 108 Mbit s 由于是 4 1 1 采样格式 那么色差信号采样频率为 13 5 4Mhz 所以两个色差信号码率 都是 13 5 4 兆样本 秒 8 比特 样本 27 Mbit s 所以电视图像信号总码率为 162 Mbit s 2 假设一个离散无记忆信源 其全部符号及对应概率如下表 1 为其构造一个 huffman 码表 2 计算出平均码长以及编码效率 答 3 正交变换有很多种 通常普遍采用了 DCT 变换 1 试画出带帧间运动补偿的 DCT 混合编码器的原理框图 2 经上述编码器压缩的图像 在解压缩之后会出现 方块效应 产生 方块效应 的根源是什么 3 在 DCT 变换之后进行 之 字形扫描的目的是什么 答 1 北京邮电大学 数字电视 2 2 方块效应产生的根源 由于视频在压缩编码的时候用到的 DCT 变换是基于块的 以及 帧内帧间编码都是基于宏块划分的 3 使变换系数所代表的频率分量由高到低排列 增加连零的个数 提高变字长游程编码 效率 将二维 8 8 变换系数排列成一维 1 64 数据串 对于隔行扫描图象 可以采用交 替的 之 字形扫描 流程图 4 MEPG 标准为了更有效的去除空间 时间 符号间冗余 定义了三种图像类型 I 帧 P 帧 B 帧 1 对比 I 帧 P 帧 B 帧压缩编码方式的相同和不同 2 画出三种帧的排列顺序示意图 答 1 I 帧是帧内编码帧 它是一个全帧压缩编码帧 它将全帧图像信息进行 JPEG 压缩编码 及传输 它与 B 帧 P 帧不同之处在于 I 帧是传送的是原始参考图像 数据量较大 而 B 帧 P 帧是预测帧 传送的是预测差值和运动矢量 P 帧是前向预测编码帧 P 帧是以 I 帧为参考帧 在 I 帧中找出 P 帧 某点 的预测值和运动 矢量 取预测差值和运动矢量一起传送 B 帧是双向预测内插编码帧 它与 P 帧的共同点在于都是预测帧 不同点在于 B 帧以前面 的 I 或 P 帧和后面的 P 帧为参考帧 找出 B 帧 某点 的预测值和两个运动矢量 并取预 测差值和运动矢量传送 2 典型排列示例 北京邮电大学 数字电视 3 5 图中给出帧内编码宏块和帧间编码宏块的量化矩阵 1 试分析其不同的原因 2 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 8 16 19 22 26 27 29 34 16 16 22 24 27 29 34 37 19 22 26 27 29 34 34 38 22 22 26 27 29 34 37 40 22 26 27 29 32 35 40 48 26 27 29 32 35 40 48 58 26 27 29 34 38 46 56 59 27 29 35 38 46 56 69 83 帧内编码宏块量化矩阵 帧间编码宏块量化矩阵 答 1 帧内编码 由于相邻块的直流分量直接具有很强的相关性 因而相邻块的 DC 分 量在采用 DPCM 后用 8bit 均匀 最小熵 量化器量化 其他 DCT 系数根据其重要程度的不 同采用不同大小的量化台阶 2 帧间编码 由于帧间预测误差的 DCT 系数与原图像的空间频率谱关系不大 所以 直流和交流分量均采用相同的量化器量化 6 对运动矢量的估计 通常使用块匹配算法 常用的算法有三步法 二维对数法 正交搜 索法等 1 试以三步法为例 说明其块匹配搜索算法 并画图示意 2 如果运动矢量估计不准确 产生的后果是什么 是否会产生图像失真 为什么 答 1 以 8 个邻近点进行计算 而且搜索步长随着搜索步骤的增加而减少 以图为例 第一步 以起始点 0 0 为中心 搜索步长为 4 个象素 4 0 是判决函数 值最小的点 第二步 以该点 4 0 为中心 搜索步长为 2 个象素 找到第二级近似点 4 2 第三步 对距离中心为 1 个象素点的邻近点进行搜索 得到最终的运动矢量 3 1 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16