作業(yè)2014秋至冬-多媒體試題

1、2014-2015 學(xué)年多期末題1.基于 JPEG 圖像壓縮原理，若考慮有多幅（超過 10000）相似的，如海邊景色照片，考慮設(shè)計一種更為高效壓縮的適合圖像群組方法？（10 分）2.如果在第一題中，將基于 JPEG 改為基于 H.261，又該如何考慮如何壓縮這組（10 分）？3.簡述 CCITT 的 1Dd/2D 壓縮原理？（10 分）4.5.6.基于 JPEG 壓縮的漸進(jìn)編碼的實(shí)現(xiàn)過程？（10 分）請給出一個結(jié)合動態(tài)和 LZW 的編碼方法的可能的應(yīng)用實(shí)例？（10 分）說明算術(shù)編碼編碼原理？并解釋為什么其能節(jié)省的編碼效率？（10 分）空間甚至比編碼有更高算術(shù)編碼，是圖像壓縮的主要算法之一。 是

2、一種無損數(shù)據(jù)壓縮方法，也是一種熵編碼的方法。和其它熵編碼方法不同的地方在于，其他的熵編碼方法通常是把輸入的消息分割為符號，然后對每個符號進(jìn)行編碼，而算術(shù)編碼是直接把整個輸入的消息編碼為一個數(shù)，一個滿足(0.0 n 1.0)的小數(shù) n。若有一個 a、b、c、d 四種符號的單符號信源，待編序列為 S=abda，已知：符號 a b c d符號概率 Pi 0100 0010 0001 0001（以二進(jìn)位小數(shù)表示）累積概率pi 0000 0100 0110 0111按照一定精度的數(shù)值作為序列的算術(shù)編碼，實(shí)質(zhì)上是分割 區(qū)間的過程。實(shí)現(xiàn)它，必須完成兩個遞推過程：一 碼字 C（），另一 區(qū)間寬度為 A（）。若

3、記 SXi 表示 S 的增長（即 S 后增加一個符號 Xi）序列。則有圖 1 。若記 為空序列，有 A（）=1，C（）=0，則有如圖 2 。在給定符號集和符號概率的情況下，算術(shù)編碼可以給出接近最優(yōu)的編碼結(jié)果。使用算術(shù)編碼的壓縮算法通常先要對輸入符號的概率進(jìn)行估計，然后再編碼。這個估計越準(zhǔn)，編碼結(jié)果就越接近最優(yōu)的結(jié)果。7.算術(shù)編碼是直接把整個輸入的消息編碼為一個數(shù)，知道當(dāng)消息太長的時候，考慮到計算機(jī)浮點(diǎn)數(shù)精度的限制，會超出最高精度的范圍，那么在工程中如何實(shí)現(xiàn)算術(shù)編碼來解決這個問題？（10 分）8.在 H.264 中，同一幀內(nèi)是否允許出現(xiàn)不同的 I 片、P 片和 B 片？如果允許會帶來什么優(yōu)勢？（

4、10 分）給出 H.264 中 4x4 整數(shù)離散余弦變換算法，并說明 4x4 整數(shù)離散余弦變換是不是正交變換，為什么？（10 分）9.10. 請給出 CD-ROM 中 CIRC 編碼的主要過程，并說明其依賴什么檢錯能力？（10 分）提高了糾錯和CIRC 的全稱是交叉交錯理德-編碼（Crosserleaved Read-Solomon Code），它的主旨是除了增加二維糾錯編碼外，還將源數(shù)據(jù)打散，根據(jù)一定的規(guī)則進(jìn)行擾頻和交錯編碼，使數(shù)據(jù)相互交叉交錯，從而進(jìn)一步提高糾錯的能力，因?yàn)檫@樣一來用戶數(shù)據(jù)的錯誤將很難連續(xù)起來，有利于提高整體的糾錯能力。第一步首先生成一個幀的原始數(shù)據(jù)，24 字節(jié)，可以稱之為

5、初始幀（在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中則叫Frame-1，簡稱 F1）并依次求得：C（abd）= 010111， A（abd）= 000001C（abda）= 0010111 ，A（abda）= 0000001 該編碼過程可以用圖 3 所示的區(qū)間劃分的過程來描述。譯碼為逆遞推過程，可以通過對編碼后的數(shù)值進(jìn)行比較來實(shí)現(xiàn)。即判斷 C（S）落入哪一個區(qū)間，最后得出一個相應(yīng)的符號序列 S=Ma=S。實(shí)際的編譯碼過程比較復(fù)雜，但原理相同，算術(shù)編碼的理論性能也可使平均符號代碼長度接近 符號熵，而且對二元信源的編碼實(shí)現(xiàn)比較簡單，故受重視。中國將它應(yīng)用于報紙傳真的壓縮設(shè)備中，獲得了良好的效果。第二步就是加入 CIRC 編碼，一

6、共 8 個字節(jié)，可以稱之為校驗(yàn)幀（在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中則叫Frame-2，簡稱 F2），總字節(jié)數(shù)為 32 個。常說的，所謂的 C1 與 C2 糾錯碼就是在這一階段加進(jìn)去的，C1 與C2 的C 就是CIRC 編碼的縮寫。第三步就是加入控制碼，一個字節(jié)，可以稱之為數(shù)據(jù)幀（在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中則叫 Frame-3，簡稱 F3），此時幀的容量為 33 字節(jié)。之后每個 F3 幀再加入 3 個字節(jié)的同步信息碼就成為了最終用于刻錄的幀，總?cè)萘繛?36 字節(jié)。最后經(jīng)過 EFM 調(diào)制，基本上是以每字節(jié) 8bit 轉(zhuǎn)換成每字節(jié) 17 bit 的方式生成最終的信道脈沖（Channel bit）以控制刻錄激光的開與關(guān)。CIRC 編碼

7、流程上文已經(jīng)講過，每個 24 字節(jié)的原始數(shù)據(jù)幀都要附加上 8 字節(jié)的以保證幀數(shù)據(jù)的可靠性，而這個則分為兩個步驟來生成，來具體看一下。CIRC 編碼流程（第一步：交叉交錯后生成 C2在介紹CD 數(shù)據(jù)生成過程的時候，知道 CIRC 編碼處于 F2 生成階段，因此要先導(dǎo)入 F1原始數(shù)據(jù)幀，也就是 24 字節(jié)。要知道，之所以稱為 CIRC 編碼，是因?yàn)樵诰幋a的過程中，源數(shù)據(jù)有交叉和交錯的過程。首先，源數(shù)據(jù)要按兩個字（圖中的 A、B）一組分成 6 個大組，偶數(shù)組進(jìn)行兩個字節(jié)的延遲，從而形成擾頻交錯編碼。這里要解釋一下所謂的延遲，兩個字節(jié)的延遲意味著延遲兩幀。也就是說，當(dāng)進(jìn)行交錯之后，偶數(shù)組已經(jīng)不再是原來

8、 F1 幀中的源數(shù)據(jù)，而是當(dāng)前幀的前兩幀中的偶數(shù)組數(shù)據(jù)（相對于前兩幀，當(dāng)前幀就意味著兩個字節(jié)的延遲），原始的偶數(shù)組將在后兩幀的交錯編碼中出現(xiàn)。另外，從圖中可以看出，字的順序在交錯后發(fā)生了很大不同，這種前后幀數(shù)據(jù)交叉并且順序交錯的過程就是擾頻交錯編碼。此后，擾頻交錯后生成的新數(shù)據(jù)進(jìn)入 C2 編生成 Q。Q為 4 字節(jié)，最后生成的新數(shù)據(jù)為 28 字節(jié)，因此 C2 也被稱為（28，24）編碼，意思是指輸入 24 個字節(jié)，輸出 28 個字節(jié)。由此可見，C2 編碼并是針對原始 F1 幀的數(shù)據(jù)進(jìn)行，但為什么要進(jìn)行如此復(fù)雜的交叉交錯的編碼呢？這是為了保證糾錯效率而設(shè)計，下文將有更詳細(xì)的講述。第二步：字節(jié)依次

9、延遲 4 幀后生成 C1 編碼將 C2 編碼完成后，將進(jìn)行大規(guī)模的字節(jié)延遲交錯編碼，執(zhí)行這個操作的就是延遲線，延遲為 4 字節(jié)，也就是說 4 幀，操作是每個字中的單個字節(jié)。這個要怎么理解呢？比方說，C2編碼后的的第一個字節(jié)不延遲，第二個字節(jié)則將延后 4 幀，第三字節(jié)將延后 8 幀如此反復(fù)直至第 28 個字節(jié)，將被延后 108 幀。也就是說，C2 編碼后的 28 個字節(jié)，將被有規(guī)律的分散到 109 個幀中（第一個字節(jié)延后 0 幀，加上最后一個字節(jié)延后 108 幀，一共是 109 幀）。延遲操作之后則進(jìn)入了 C1 編，顯然此時的數(shù)據(jù)與原始的 F1 幀數(shù)據(jù)差別更大了，C1 編將在 28 個字節(jié)的基礎(chǔ)

10、上再生成 4 個字節(jié)的 P，從而完成了建立了 F2 幀的操作。由于輸出 28 個字節(jié)，輸出 32 個字節(jié)，因此 C1 也被稱為（32，28）編碼。從這個過程中不難看出，C1 編碼的對象中包含了 C2 編碼（雖然是交錯延后的），也承擔(dān)了對 Q進(jìn)行保護(hù)的任務(wù)?，F(xiàn)在的 F2 幀已經(jīng)與 F1 幀有了很大不同，如果幀為 n，那么 F2-n 幀中只有一個字節(jié)來自于 F1-n 幀。所以，嚴(yán)格的講，C1、C2 并不是對 F1 幀的校驗(yàn)編碼，因?yàn)閺?C2 編碼開始，對象就已經(jīng)不再是 F1 幀中的原始數(shù)據(jù)。這樣（交叉交錯）的目的就在于防止一幀中出現(xiàn)連續(xù)大量的錯誤而無法糾正，如果原原本本地按原始 F1C2 編碼C1

11、 編碼的過程生成，將是非常脆弱的，如果這一幀的 24 個字節(jié)中出現(xiàn)連續(xù)大量的錯誤碼，僅憑 CIRC 的設(shè)計，糾錯能力仍然有限。若將源數(shù)據(jù)分散到不同的數(shù)據(jù)幀中，然后再進(jìn)行校驗(yàn)，將大大提供單個數(shù)據(jù)幀的糾錯能力。理論上即使 24個字節(jié)原始數(shù)據(jù)全有問題，但由于每個字節(jié)最終分布在間距為 4 的 28 個幀（跨度為 109 幀）中，也有可能被完全修復(fù)。顯然，如果不進(jìn)行交叉交錯的話，這種可能性是不會存在的。C1 與 C2糾錯好啦，當(dāng)了解了 CD 光盤的 CIRC 編碼過程之后，就不難理解 CD 的過程，而過程就涉及到了糾錯，糾錯的效果將體現(xiàn)刻錄的質(zhì)量，或者說是驅(qū)動器的讀盤能力。CD 光盤中的 C1 與 C2

12、流程在時，其實(shí)就是 CIRC的反過程，原先 C2 先編碼，現(xiàn)在是 C1 先，原先延遲的，時不延遲，而原先不延遲的則會根據(jù)規(guī)則進(jìn)行延遲以反交叉交錯進(jìn)行數(shù)據(jù)還原。從流程圖中，可以發(fā)現(xiàn)，C1、C2是必經(jīng)的過程，而并不像某些文章中所說的，C1應(yīng)付不了的錯誤才會交給 C2。事實(shí)上，不管 C1過程中有沒有錯誤，都要 C2。從編碼過程中，可以知道，兩者所的對象完全不同，這也是為什么 C1 糾正不了的錯誤，C2 反而能糾正，其實(shí)就是這個道理，而并不是說 C2 的糾錯級別比 C1 高。言歸正傳，C1 與 C2 的糾錯標(biāo)準(zhǔn)是怎樣的呢？這里，業(yè)界使用了錯誤等級來對 C1 與C2 解碼進(jìn)行了規(guī)定，可簡寫為 En1 和

13、 En2，其中 E 代表 Error（錯誤），n 代表出現(xiàn)錯誤的次數(shù)，1 代表一次 C1過程，2 代表一次 C2過程。如果在一次 C1中，發(fā)現(xiàn)了一個錯誤字節(jié)，即為 E11，如果發(fā)現(xiàn)了兩個錯誤字節(jié)即為 E21，如果發(fā)現(xiàn) 3 個或的錯誤字節(jié)即為 E31。其中，E11 與 E21 都可以在 C1 階段糾正，而 E31 則。了延遲交錯的設(shè)計，當(dāng)前幀（F2）的錯誤字節(jié)是分散在跨度為 109 幀的 28 個幀中，經(jīng)但是，過反延遲后，這些錯誤的字節(jié)肯定不會再在同一幀中了，所以通過 C2 編碼仍然有可能被糾正。此時，如果在一次 C2中，發(fā)現(xiàn)了一個錯誤字節(jié)，即為 E12，如果發(fā)現(xiàn)了兩個錯誤字節(jié)即為 E22，如果發(fā)現(xiàn)了 3 個或的錯誤字節(jié)，即為 E32。與 E31 一樣，E32 也不能在