宽带流媒体期末复习题

（不含密码学及SMIL编程）

1. 视频服务器设计时必须满足的要求是什么？

(1) 实时性：数据在传输时必须满足实时的要求，不能有抖动； (2) 大容量：服务器应能提供尽量多的服务数据； (3) 高带宽：服务器应能同时支持尽量多的用户； (4) 响应迅速：响应时间是系统性的一个重要指标，对于用户请求应能及时响应； (5) 访问控制：对用户请求进行允许控制； (6) 可靠性和可扩展性：可扩展性包括容量和带宽的扩展； （7) 价格：价格是影响系统设计成功的重要因素，设计时应着重考虑硬件的利用率，从而提高性能，降低价格。

2. 如何理解\"数据压缩\"的概念？

数据压缩就是以最少的数码表示信源所发的信号，减少容纳给定消息集合或数据采样集合的信号空间。理解这一概念的关键是要理解\"信源\"和\"信号空间\"以及\"最少\"的含义。\"信源\"可以是数据、静止图象、语音、电视或其他需要存储和传输的信号；\"信号空间\"是指信号集合所占的空域、时域和频域空间。空域、时域和频域空间是指：（1）物理空间：如存储器、磁盘、磁带、光盘等数据存储介质。（2）时间区间：如传输给定信源所需的时间。（3）电磁频谱区域：如传输给定信源所需的带宽。\"最少\"是指在保证信源的一定质量或者说是有效的前提下的最少。

3. 音频编码是如何分类的？

音频编码的分类如下： （1）基于音频数据的统计特性进行编码，其典型技术是波形编码。其目标是使重建语音波形保持原波形的形状。PCM（脉冲编码调制）是最简单最基本的编码方法。它直接赋予抽样点一个代码，没有进行压缩，因而所需的存储空间较大。为了减少存储空间，人们寻求压缩编码技术。利用音频抽样的幅度分布规律和相邻样值具有相关性的特点，提出了差值量化（DPCM）、自适应量化（APCM）和自适应预测编码（ADPCM）等算法，实现了数据的压缩。波形编码适应性强，音频质量好，但压缩比不大，因而数据率较高。 （2）基于音频的声学参数，进行参数编码，可进一步降低数据率。其目标是使重建音频保持原音频的特性。常用的音频参数有共振峰、线性预测系数、滤波器组等。这种编码技术的优点是数据率低，但还原信号的质量较差，自然度低。 将上述两种编码算法很好地结合起来，采用混合编码的方法。这样就能在较低的码率上得到较高的音质。如码本激励线性预测编码（CELP）、多脉冲激励线性预测编码（MPLPC）等。 （3）基于人的听觉特性进行编码：从人的听觉系统出发，利用掩蔽效应，设计心理声学模型，从而实现更高效率的数字音频的压缩。其中以MPEG标准中的高频编码和DolbyAC-3最有影响。

4. 波形编码的基本思想是什么？最简单的波形编码是什么？

波形编码的基本思想是，不利用生成语音信号的任何知识而是产生一种重构信号，它的波形与原始话音波形尽可能地一致。一般来说，这种编码方法的复杂程度比较低，数据率在16Kb/s以上，质量相当高。低于这个数据率时，音质急剧下降。 最简单的波形编码是脉冲编码调制(Pulse Code Modulation,简称PCM)，它仅仅对输入信号进行采样和量化。

5. 为什么要进行数据压缩？

（1） 数据压缩是必要的。多媒体信息包括文本、声音、动画、图形、图像以及视频等多种媒体信息。经过数字化处理后其数据量是非常大的，如果不进行数据压缩处理，计算机系统就无法对它进行存储和交换。 （2） 数据压缩是可能的。多媒体数据中存在存在大量的\"数据冗余\"。信息量\"与\"数据量\"之间的关系：信息量=数据量-冗余量，通常用\"I\"表示信息量；\"D\"表示数据量；\"du\"表示冗余量。信息量与数据量的关系：I = D - du。 例如：对语音数据来说，中文广播员一分钟读180个汉字,一个汉字存储两个字节,共需360个字节。若存储为音频数据文件，其采样频率为8kHz（人类语言带宽为4kHz）。采样1分钟,其数据量为：8K/s×60s = 480 K B/分，一分钟的数据冗余为480KB/360B=1000（倍）的冗余。

6. 实时处理视频信号有哪几种可行的方案?

1

常用的有下述三种方法：

①基于查找表LUT(Look up table)实时处理法； ②基于DSP的视频信号快速处理器； ③流水线结构的图像处理机。

7. 设一个均匀量化器的输出阶层数为L，它的输出值的位数为n，那么当确定输出阶层数为L的量化器，

则它的输出值的位数n为多少？确定输出量化位数为n的量化器，则它的输出阶数L为多少？

确定输出阶层数为L的量化器，则它的输出值的位数n=log2L（位）。 确定输出量化位数为n的量化器，则它的输出阶数L=2（位）。

n

8. 音频波形编码的三种基本的编码算法是什么？

三种基本的编码算法是： 脉冲编码调制(Pulse Code Modulation,简称PCM) 瞬时压扩（非均匀量化器 对数瞬时压扩） 自适应差值脉冲编码(APCM)

9. 什么是脉冲编码调制PCM？

脉冲编码调制(Pulse Code Modulation,简称PCM)，它是概念上最简单、理论上最完善的编码系统；是最早研制成功、使用最为广泛的编码系统；但也是数据量最大的编码系统。 PCM的编码原理比较直观和简单，如下图所示。 在这个编码框图中，输入的是模拟声音信号，输出是PCM样本。其中的\"滤波器\"是一个低通滤波器，用来滤除声音频带以外的信号，\"编码器\" 是一个波形编码器，可以理解为一个采样器。 我们知道，声音数字化的两个步骤是采样和量化，采样就是每间隔一段时间就读一次声音信号的幅度，量化就是把采样得到的声音信号幅度转换为数字值。

10. 什么是自适应量化PCM？改变量化阶距有哪两种方法？

自适应量化PCM (adaptive pulse code modulation , APCM)是一种根据输入信号幅度大小来改变量化阶距大小的一种波形编码技术。这种自适应可以是瞬时自适应，即量化阶距的大小每隔几个样本就改变，也可以是音节自适应，即量化阶距的大小在较长时间周期里发生变化。 改变量化阶距的大小有两种方法：一种称为前向自适应（forward adaptation），另一种称为后向自适应（backward adaptation）。 前向自适应是根据未量化的样本值的均方根值来估算输入信号的电平，以此来确定量化阶距的大小，并对其电平进行编码作为边信息传送到接收端。 后向自适应是从量化器刚输出的过去样本中来提取量化阶距信息。由于后向自适应能在发和收两端自动生成量化阶距，所以它不需要传送边信息。

11. 什么是差值量化编码DPCM？

差值量化编码DPCM是利用样本与样本之间存在信息冗余度来进行编码的一种数据压缩技术。差值量化编码是根据过去的样本去估计下一个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间的差进行量化编码，从而就减少了表示每个样本信号的位数。它与脉冲编码调制(Pulse Code Modulation,简称PCM)不同的是，PCM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，存储或传送的是差值而不是幅度绝对值，这样就降低了传送或存储的数据量。此外，它还能适应大范围变化的输入信号。

12. 什么是自适应差值量化编码(ADPCM)？

自适应差值量化编码(ADPCM)综合了APCM的自适应性和DPCM系统的差分特性，是一种性能比较好的波形编码。它的核心思想是： 利用自适应改变量化阶距，即使用小的量化阶距去编码小的差值，使用大的量化阶距去编码大的差值。 使用过去的样本值估算下一个输入样本的预测值，这样，可以使实际样本值和预测值之间的差值总是最小。

13. 已知信源：并计算其平均码长。

对其进行Huffman编码，

2

哈夫曼编码 X1 01 X2 11 X3 10 X4 001 X5 0001 X6 0000

14. 已知信源：0100，对其进行算术编码，写出最终编码的结果。

\"0\"为大概率符号，Pe=3/4 \"1\"为小概率符号，Qe=1/4 符号 C A 0 ? ? 1 ? 3/16 0 19/64 9/64 0 85/256 27/256 （头） C=85/256=（0.01010101）b （区间长） A=27/256=（0.00011011）b （尾） W=C+A=（0.0111）b 在头尾之间的取值：（0.011）b 最终编码为：011

15. MPEG图像的三种类型：I帧、P帧、B帧，其显示顺序和传输视频流顺序不一致的，若显示的顺序： 1

2 3 4 5 6 7 I B B P B B P 传输的顺序应如何？ 1 4 2 3 7 5 6 I P B B P B B

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