多媒体重点技术教程课后习题答案

第1章多媒体技术概要

1.1多媒体是什么？

多媒体是融合两种或者两种以上媒体的一种人-机交互式信息交流和传播媒体。使用H勺

媒体涉及文字、图形、图像、声音、动画和视像(video)。

1.4无损压缩是什么？

无损压缩是用压缩后的数据进行重构(也称还原或解压缩)，重构后的数据与本来的数据

完全相似的数据压缩技术。

无损压缩用于规定重构的数据与原始数据完全一致的应用，如磁盘文献压缩就是一种应

用实例。根据目前的技术水平，无损压缩算法可把一般文献口勺数据压缩到本来的1/2〜1/4。

常用H勺无损压缩完法涉及哈夫曼编码和LZW等凫法。

1.5有损压缩是什么？

有损压缩是用压缩后的数据进行重构，重构后的数据与本来口勺数据有所不同，但不影响

人对原始资料体现的信息导致误解的数据压缩技术。

有损压缩合用于重:构数据不一定非要和原始数据完全相似的应用。例如，图像、视像和

声音数据就可采用有损压缩，由于它们涉及口勺数据往往多于我们的视觉系统和听觉系统所能

感受日勺信息，丢掉某些数据而不至于对图像、视像或声音所体现的意思产生误解。

1.9H.261-H.264和G.7U~G.731是哪个组织制定的原则?

国际电信联盟(ITU)。

1.10MPEG-I,MPEG-2和MPEG-4是哪个组织制定的原则？

ISO/IEC,即国际原则化组织(ISO)/国际电工技术委员会(IEC)。

第2章无损数据压缩

2.1假设(a.4c｝是由4个事件构成的集合，计算该集合口勺决策或.(分别用&h.N；。和Hm

作单位)。

Ho(log23)Sh1.580Sh

(logc3)Nat1.098Nat

(Iogio3)Hart0.477Hart

2.2既有一幅用256级灰度表达的图像，如果每级灰度浮现日勺概率均为〃（巧）=1/256,

i=0,…,255,计算这幅图像数据的隔。

〃（X）=-£p（玉）log?〃（若）=-256x（—xlog2—）=8（位）,

f=i236236

也就是每级灰度的代码就要用8比特，不能再少了。

2.3既有8个待编码的符号叫，…,g,它们的概率如练习一表2/所示,计算这些符号的霍

夫曼码并填入表中。答案不唯■）0

练习表2“

待编码符号概率分派口勺代码代码长度（比特数）

0.411

0.2（XX）3

0.15（X）l3

0.10Oil3

0.0701014

0.04010005

0.030100106

0.010100116

2.4既有5个待编码的符号，它们的概率见练习表2-2。计算该符号集的：（1）燧；（2）龙夫

曼码；（3）平均码长。

练习表2・2

符号026%4a5

概率0.40.20.20.10.1

⑴燧

〃（4）=P（^）log2P（«,）=-0.4Xlog,（0.4J-2X0.2*log2（0.2）-2X0.llog2（0.l）

=0.4X1.3219+0.4X2.3219+0.2X3.3219=0.5288+-0.9288+0,6644=2.1220（位）

（2）编码树和霍夫曼码

出(0.4)------------------->1

'n()--------

-----------►'PKl.O)

qQ2)_____!_h

《(0.2)—!——心(().6)

0

7七(

&。1)马00.4)

0A率0.2)

^(0.1)—

练习图2-1编码树

编码表

符号概率施夫曼码*码长所需位数

“20.4010.4

40.2II20.4

%0.210130.6

(0.1100140.4

%0.1100040.4

*代码分派不唯一

(3)平均码长

工=0.4+0.4+0.6+0.4+0.4=2.2(位/符号)

2.5使用算术编码生成字符串即mesH勺代码。字符g,a,m,e,saJ概率见练习表2-3。

练习表2・3

符号games

概率0.40.20.20.10.1

1.00.840.7920.77920.77776

练习图2-2gamesH勺算术码

2.10你与否批准“某个事件的信息量就是某个驿件的燧”的见解？

参照解答：”信息量(informalioncontent)是具有拟定概率事件口勺信息口勺定量度量”，而“烙

(entropy)是事件的信息量H勺平均值，也称事件的平均信息量(meaninfonnationcontent)”。

第3章数字声音编码

3.1音频信号口勺频率范畴大概是多少？话音信号频率范畴大概是多少？

(1)Audio:20-0Hz

(2)Speech:300〜3400Hz

3.2什么叫做模拟信号？什么叫做数字信号？

(1)幅度或频率发生持续变化H勺一种信号。

(2)以二进制代码形式表达有无或高下H勺一种信号。

3.3什么叫做采样？什么叫做量化？什么叫做线性量化？什么叫做非线性量化？

(1)采样：在某些特定口勺时刻对模拟信号进行测量的过程。

(2)量化：幅值持续H勺模以信号转化成为幅值离散的数字信号H勺过程。

(3)线性量化：在量化时，信号幅度的划分是等间隔H勺量化。

(4)非线性量化：在量化时，信号幅度口勺划分是非等间隔的量化。

3.4采样频率根据什么原则来拟定？

奈奎斯特理论和声音信号自身H勺最高频率。采样频率不应低于声音信号最高频率的两

倍，这样就能把以数字体现的声音还原成本来的声音。

3.5样本精度为8位的信噪比等于多少分贝？

48分贝。

3.7选择采样频率为22.050kHz和样本精度为16位的录音参数。在不采用压缩技术的状况

下，计兜录制2分钟的立体声需要多少MB(兆字节)H勺存储空间(IMB=IO24XI024B)

(22050X2X2X2X60)/(1024X1024)=10.09MB

3.8什么叫做均匀量化？什么叫做非均匀量化?

(1)均匀量化：米用相等的量化间隔对来样得到的信号进行量化。它是线性量化的另一

种说法。

(2)非均匀量化：采用非用等的量化间隔对采样得到的信号进行量化。例如，对大的J输

入信号采用大H勺量化间隔，对小时输入信号采用小的)量化间隔。它是非线性量化的另一种说

法。

3.9什么叫做口率压扩？什么叫做A率压扩？

(1)在脉冲编码调制(PCM)系统中，一种模拟信号和数字信号之间进行转换的CCITT压

(缩)扩(展)原则。在北美PCMU话网中，使用日率压扩算法。

(2)在脉冲编码调制(PCM)系统中，一种模拟信号和数字信号之间进行转换的CQTT压

(缩)扩(展)原则。在欧洲电话网，使用A律压扩算法。

对于采样频率为8kHz,样本精度为13比特、14比特或16比特的输入信号，使用从律

压扩编码或使用A律压扩编码.通过PCM编码器之后每个样本的精度为8比特，输出的数据

率为64kbpso

3.11自适应脉冲编码调制(APCM)MJ基本思想是什么？

根据输入信号幅度大小来变化量化阶大小的一种波形编码技术。这种自适应可以是瞬时

自适应，即量化阶口勺大小每隔几种样本就变化，也可以是音节自适应，即量化阶的大小在较

长时间周期里发生变化。

3.12差分脉冲编码调制(DPCM)的基本思想是什么？

运用样本与样本之间存在的信息冗余度来进行编码的一种数据压缩技术。这种技术是根

据过去的样本去估算(esiimaie)卜.一种样本信号的幅度大小，这个值称为预测值，然后对实际

信号值与预测值之差进行量化编码，从而就减少了表达每个样本信号的位数。它与脉冲编码

调制(PCM)不同H勺是，PCM是直接对采样信号进行量化编码，而DPCM是对实际信号值与预

测值之差进行量化编码，存储或者传送口勺是差值而不是幅度绝对值，这就减少了传送或存储

的数据量。此外，它还能适应大范畴变化的输入信号。

3.13自适应差分脉冲编码调制(ADPCM)H勺基本思想是什么？

ADPCM综合/APCM的自适应特性和DPCM系统H勺差分特性，是一种性能比较好H勺波

形编码。它的核心想法是：(1)运用自适应的思想变化量化阶的大小，虽然用小的量化阶

(sicp-sizc)去编码小H勺差值，使用大的量化阶去编码大的差值：(2)使用过去H勺样本值估算下

一种输入样本的预测值，使实际样本值和预测值之间的差值总是最小。

第4章彩色数字图像基本

4.1什么叫做真彩色和伪彩色？

在一幅彩色图像中，每个像素值有R,G,B三个基色分量，每个基色分量直接决定显

示设备的基色强度，这样产生的彩色称为真彩色。例如用RGB5：5：5表达R勺彩色图像，R,

G,B各用5位，用R,G,B分量大小时值直接拟定三个基色的强度，这样得到的彩色是真

实的原图彩色。目前，•般把每个像素的颜色值用24位表达的颜色叫做真彩色。24位表达

的颜色总数：224=16777216种颜色。

4.3一种像素W'IRGB分量分别用3,3,2位表达的图像，问该幅图像日勺颜色数目最多是多少？

如果有一幅256色的图像，问该图的颜色深度是多少？

(1)256种：(2)8位

4.5JPEG压缩编码算法的重要计算环节是：①DCT变换，②量化，③Z字形编码，④使

用DPCM对直流系数(DC)进行编码，⑤使用RLE对交流系数(AC)进行编码，⑥燃编码。

假设计算机的精度足够高，问在上述计算措施中，哪些计算对图像的质量是有损的？哪

些计算对图像的质量是尢损的？

参照解答:

算法名称有损/无损算法名称有损/无损

①DCT变换无损④使用DPCM对直流系数(DC)进行编码无损

②量化有损⑤使用RLE对交流系数(A。进行编码无损

③Z字形编码无损@嫡编码无损

4.6什么叫做丫校正？

在屏幕上显示用离散量表达的色彩时采用的一种色彩调节技术。计算机显示屏和电视采

用的阴极射线管产生口勺光亮度与输入口勺电压不成正比，而是等于以某个常数为底，以输入电

压为指数的数，这个常数称为Y，它口勺值随显示屏口勺不同而变叱，一般在2.5左右。

4.7什么叫做a通道？它的作用是什么？

在每个像素用32位表达的图像表达法中的高8位,用于表达像素在一种对象中的透明

度。例如，用两幅图A和B混合成一幅新图New,新图H勺像素为：Newpixel=(alpha)(pixclA

color)+(alpha)(pixelBcolor)。在计算机环境下，通道可存储在帧缓冲存储器中的附加位

平而上。对于32位帧缓冲存储器，除高8位是通道外，其他24位是颜色位，红、绿和

蓝各占8位。

4.7什么叫做图形(graphics)、图像(image)、位图(bitm叩)和图形图像(graphicalimage)?

(1)图形：按照数学规则用绘图软件(如AdobeIllusiralor)或图形输入设备创立的图，如

工程图和构造图。(2)图像：用像素值阵列表达口勺人物或场景的图。(3)位图：用像素值阵

列表达日勺图。(4)图形图像：表达矢量图H勺位图。

第5章颜色的度量体系

5.2什么是颜色空间？对人、显示设备和打印设备，一般采用什么颜色参数来定义颜色？

(1)颜色空间：表达颜色的一种数学措施，人们用它来指定和产生颜色，使颜色形象化。

(2)对于人来说，可以通过色调、饱和度和明度来定义颜色；对于显示设备来说，人们

使用红、绿和蓝磷光体的发光量来描述颜色：对于打印或者印刷设备来说，人们使用青色、

品红色、黄色和黑色H勺反射和吸取来产生指定的颜色。

第6章颜色空间变换

6.1PAL制彩色电视使用什么颜色模型？NTSC制彩色电视使用什么颜色模型？计算机图像

显示使用什么颜色模型？

⑴PAL制彩色电视：YUV

(2)NTSC制彩色电视：YIQ

(3)计算机图像显示设备：RGB

6.2用YUV或YIQ模型来表达彩色图像的长处是什么？为什么黑白电视机可看彩色电视图

像？

(1)YUV表达法的长处：①它的亮度信号(Y)和色度信号(U,V)是用相独立的，因此可

以对这些单色图分别进行编码：②可以运用人眼的特性来减少数字彩色图像所需要的存储

容量。YIQ同样具有YUV的这两个长处。

(2)黑白电视能接受彩色电视信号的道理是运用了YUV/YIQ分量之间的独立性。

6.3在RGB颜色空间中，当R=G=B,且为任意数值时，问计算机显示屏显示的颜色是什么颜

色？

灰色

第8章小波图像编码

8.1什么叫做零树

“零树”是指小波变换系数之间的一种数据构造，由于离散小波变换是一种多辨别率的分

解措施，每一级分解都会产生表达图像比较粗糙(低频图像)和比较精细(高频图像)的小

波系数，在同一方向和相似空间位置上的所有小波系数之间口勺关系可用一棵树的形式表达，

如果树根和她H勺子孙的小波系数的绝对值不不小于某个给定的阈值T,那么这棵树就叫零

树。

第9章彩色数字电视基本

9.1电视是什么？电视制是什么？世界上重要的彩色电视制有哪几种？

(1)电视是捕获、广播和接受活动图像和声音的远程通信系统；(2)电视制(television

system)是传播图像和声音口勺措施；(3)目前世界上使用的彩色电视制式重要有PAL,NTSC,

SECAM三种，都是模拟彩色目视制式。

9.2隔行扫描是什么意思？非隔行扫描是什么意思？

(1)在隔行扫描中，一帧画面分两场，第一场扫描总行数的一半，第二场扫描总行数H勺

另一半。电子束扫完第I行后回到第3行开始的位置接着扫，然后在第5、7............行上

扫，直到最后一行。奇数行扫完后接着扫偶数行，这样就完毕J'一帧(frame)的扫描。隔行扫

描规定第一场结束于最后一行的一半,不管电子束如何折回，它必须回到显示屏顶部的中央,

这样就nJ以保证相邻H勺第二场打描止好嵌在第一场各扫描线H勺中同。止是这个因素，才规定

总的行数必须是奇数。

(2)在非隔行扫描中，电子束从显示屏日勺左上角一行接一行地扫到右下角，在显示屏上

扫一遍就显示一幅完整的图像。

9.3电视机和计算机H勺显示屏各使用什么扫描方式？

电视机一般使用隔行扫描：计算机的显示屏一般使用非隔行扫描。

9.6对彩色图像进行子采样口勺理论根据是什么？

人的视觉系统所具有的两种特性。一是人眼对色度信号H勺敏感限度比对亮度信号的敏感

限度低，运用这个特性可以把图像中体现颜色的信号去掉某些而使人不易察觉；二是人眼对

图像细节的辨别能力有一定的限度，运用这个特性可以把图像中的高频信号去掉而使人不易

察觉。子采样是压缩彩色电视信号的一种技术。

9.7图像子采样是在哪个彩色空间进行的？

在YCbCr颜色空间

9.8一幅YUV彩色图像的辨别率为720X576像素。分别计算采用4:2:2、4:1:1和4:2:0子采

样格式采样时的样本数。

(1)4:4:4这种采样格式不是子采样格式，它是指在每条扫描线上每4个持续的采样点取

4个亮度Y样本、4个红色差Cr样本和4个蓝色差Cb样本，这就相称于每个像素用3个样本

表达。

720X576X3=1244160

(2)4:2:2这种子采样格式是指在每条扫描线上每4个持续的采样点取4个亮度Y样本、

2个红色差Cr样本和2个蓝色差Cb样本，平均每个像素用2个样本表达。

720X576X2=829440

(3)4:1:1这种子采样格式是指在每条扫描线上每4个持续的采样点取4个亮度Y样本、

1个红色差Cr样本和I个蓝色差「h样木，平均每个像素用I5个样本表达。

720X576X1.5=622080

(4)4:2:0这种子采样格式是指在水平和垂直方向上每2个持续的采样点上取2个亮度Y

样本、1个红色差Cr样本和1个蓝色差Cb样木，平均每个像素用1.5个样本表达。

720X576X1.5=622080

9.11高清晰度电视(HDTV)是汁么？

高清晰度电视(highdefinitiontelevision,HDTV)是具有正常视力的观众可得到与观看原

始景物时的感受几乎相似的数字电视。一般觉得，在观众与显示屏之间的距离等于3倍显示

屏高度的状况下就可获得这种感受。

MPEG-1,MPEG-2,MPEG-4,MPEG-7,MPEG-21分别是什么原则，各自要达到的目

的是什么？

MPEG-I是数字电视原则，MPEG-1解决的原则图像互换格式口勺电视，即NTSC制为352

像素X240行/帧X30帧/秒，PAL制为352像素X288行/帧X25帧/秒，压缩的输出速率定义

在L5Mbi(/s如下。这个原则亘要是针对当时具有这种数据传播速率口勺CD-ROM和网络而开

发的，用于在CD-ROM上存储数字影视和在网络上传播数字影观。

MPEG-2是数字电视原则。MPEG-2原则是一种直接与数字电视广播有关的高

质量图像和声音编码原则，是MPEG-1口勺扩大。MPEG-2提供位速率口勺可变性能功

能，其基本目的是：位速率为4〜9Mbit/s,高达15Mbit/so

MPEG-4是视听对象编码原则。MPEG-4是为视听数据R勺编码和交互播放开发

算法和工具，是一种数据速率很低的多媒体通信原则。MPEG-4的目的是要在异

构网络环境下可以高度可靠地工作，并且具有很强的交互功能。

MPEG-7是多媒体内容描述接口原则。MPEG-7的名称叫做多媒体内容描述接

口，目H勺是制定一套描述符原则，用来描述多种类型H勺多媒体信息及它们之间的

关系，以便更快更有效地检索信息。这些媒体材料可涉及静态图像、图形、3D

模型、声音、话音、电视以及在多媒体演示中它们之间的组合关系。在某些状况

下，数据类型还可涉及面部特性和个人特性时体现。

MPEG-21是多媒体框架原则.MPEG-21企图描达多媒体的J元数据

(metadata)1,用于全球多媒体对象的集成、创立、使用、操作、管理和传送等

操作，便于不同人群在异构网络环境下使用多种多媒体资源，它口勺目口勺是为将来

多媒体叫应用提供一种完整的平台。MPEG-21要解决内核心问题是资源共享、

知识产权和版权H勺管理与保护。

第11章MPEG声音

H.1列出你所懂得日勺听觉系统的特性。

响度感知，音高感知，掩蔽效应

11.2什么叫做听阈？什么叫做痛阈？

(1)当声音弱到人的耳朵刚刚可以听见时，称此时的声音强度为“听阈”

(2)当声音强到人的耳朵刚刚感到疼痛时，称此时的声音强度为''痛

阈”。实验表白，如果频率为IkHz的纯音的声强级达到120dB左右时，人的|耳朵

就感到疼痛，这个阈值称为“痛阈”。

11.3什么叫做频域掩蔽？什么叫做时域掩蔽？

(I)强纯音掩蔽在其附近同步发声的弱纯音，这种特性称为频域掩蔽。

(2)在时间方向上相邻声音之间的掩蔽，这种特性称为时域掩蔽。

11.4MPEG-1的层1、2和3编码分别使用了听觉系统的什么特性？

层1：频域掩蔽特性；

层2：频域掩蔽特性+时间掩蔽特性：

层3：频域掩蔽特性+时间施蔽特性+临界频带特性(声音频率与掩蔽曲线不是线性关

系)：

11.6MPEG-1的声音质量是：AMFM电话near-CDCD-DA

□AM□FM□电话near-CD□CD-DA

第11章MPEG视像

12.1电视图像数据中有哪些冗余数据可去掉，目前分别采用什么措施减少冗余数据？

电视图像数据中H勺冗余数据nJ归纳成两类：人H勺视觉特性感觉不到的冗余数据和电视图

像数据自身的冗余数据，针对不同类型的冗余采用不同措施减少冗余，详见下表。

视像压缩运用的多种冗余信息

种类内容目前用H勺重要措施

空间冗余像素间的有关性变换编码，预测编码

时间冗余时间方向上的有关性帧间预测，移动补偿

图像构造冗余图像自身的构造轮廓编码，区域分割

知识冗余收发两端对人物的共有结识对象编码，知识编码

视觉冗余人的视觉特性非线性量化，位分派

其她不拟定性因素

12.2在MPEG视像数据压缩技术中，目前运用了视觉系统的哪两种特性？

人的视觉系统具有的两种特性可以用来压缩电视图像数据.一是人眼对色度信号的敏感

限度比对亮度信号的敏感限度低，运用这个特性可以把图像中体现颜色的信号去掉某些而使

人不易察觉；二是人眼对图像细节的辨别能力有一定的限度，运用这个特性可以把图像中H勺

高频信号去掉向使人不易察觉。

12.3MPEG-I编码器输出H勺电视图像的数据率大概是多少？

1.15Mbps

12.4M