《多媒体技术与应用》(本)阶段练习二

华东理工大学网络学院《多媒体技术与应用》（本）阶段练习二（第2章）一、选择题1.下列哪种说法是正确的（C）。（A）信息量等于数据量与冗余量之和。（B）信息量等于信息熵与数据量之差。（C）信息量等于数据量与冗余量之差。（D）信息量等于信息熵与冗余量之和。2.以下压缩方法中属于无损压缩的是（D）。（A）预测编码（B）分形编码（C）变换编码（D）熵编码3.多媒体数据中存在哪些冗余信息。（D）（1）空间冗余（2）时间冗余（3）视觉冗余（4）知识冗余（A）仅（1）（B）（1），（2）（C）（1），（2），（3）（D）全部4.图像序列中的两幅相邻图像，后一幅图像与前一幅图像之间有较大的相关,这属于哪种冗余。（B）（A）空间冗余（B）时间冗余（C）信息熵冗余（D）视觉冗余5.有关数据冗余的描述正确的是（D）。（A）时间冗余仅是序列图像数据中所经常包含的冗余。（B）在任何情况下，去除冗余量对信息量的获取会产生很大的影响。（C）由图像的空间非定常特性所带来的冗余，称之为空间冗余。（D）有些图像的理解与某些基础知识有相当大的相关性。由此产生的冗余我们称之为知识冗余。6.衡量数据压缩技术性能的重要指标是（B）（1）压缩比（2）算法复杂度（3）恢复效果（4）标准化（A）（1）（3）（B）（1）（2）（3）（C）（1）（3）（4）（D）全部7.有关Huffman编码的描述不正确的是。（C）（1）Huffman编码属于熵编码（2）在Huffman编码中，概率大的符号编以短码字，概率小的编以长码字（3）当信源符号概率比较接近的时候，一般采用Huffman编码（4）Huffman码没有错误保护功能（A）（1）（4）（B）（2）（4）（C）（3）（D）（3）（4）8.下列哪些说法不正确（A）。（A）预测编码是一种只能针对空间冗余进行压缩的方法。（B）预测编码是根据某一模型进行的。（C）预测编码需将预测的误差进行存储或传输。（D）预测编码最终是对差值进行编码。9.下列哪些说法是不正确的。（C）（A）熵压缩法会减少信息量（B）熵压缩法是有损压缩法（C）熵压缩法可以无失真地恢复原始数据（D）熵压缩法的压缩比一般都比较大10.下列哪些说法是正确的?（A）(1)冗余压缩法不会减少信息量，可以原样恢复原始数据。(2)冗余压缩法减少冗余，不能原样恢复原始数据。(3)冗余压缩法是有损压缩法。(4)冗余压缩的压缩比一般都比较小。（A）(1)，(4)（B）(1)，(2)（C）(1)，(2)，(3)（D）全部11.常见的正交变换方法包括（C）。（1）离散傅立叶变换（2）离散余弦变换（3）小波变换（4）K-L变换（A）（1）（4）（B）（2）（4）（C）全部（D）（3）（4）12.预测编码典型的压缩方法包括（A）（1）DPCM（2）ADPCM（3）DCT（4）DFT（A）（1）（2）（B）（2）（4）（C）全部（D）（3）（4）13.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。这属于哪种数据冗余。（A）（A）空间冗余（B）时间冗余（C）信息熵冗余（D）视觉冗余14.对动态图像进行压缩处理的基本条件是：动态图像中帧与帧之间具有（A）（A）相关性（B）无关性（C）相似性（D）相同性15.在声音数据的数字化过程中，可以采用ADPCM编码的方法，ADPCM编码中的差分特性是指（C）。（A）信号值进行量化编码（B）对预测值进行量化编码（C）对实际信号值和预测值之差进行量化编码（D）对当前信号值和下一个信号值之差进行量化编码二填空题1.目前常用的压缩编码方法分为两类：有损压缩和无损压缩。2.哈夫曼编码是一种可变长编码，信源中某符号发生概率越低，其码长越长。3.预测编码有两种，一种称为DPCM，另一种为ADPCM。4.量化方法可分为：标量量化和矢量量化。5.标量量化可分为：均匀量化、非均匀量化和自适应量化。6.假定一幅灰度图像，第n行的像素值如图所示：其RLE编码为80315084180。三、问答题1.为什么要压缩多媒体信息？答：数字化后的视频和音频等多媒体信息数据量巨大不利于存储和传输，所以要以压缩的方式存储和传输数字化的多媒体信息2.数据冗余为数据压缩提供了可能性，试列举三种以上的数据冗余类型，并对每一种进行简单的阐述。答：(1)空间冗余。例如，在静态图像中有一块表面颜色均匀的区域，在此区域中所有点的光强和色彩以及饱和度都是相同的，由此我们说数据有很大的空间冗余。它是由于基于离散像素采样的方法不能表示物体颜色之间的空间连贯性导致的。(2)时间冗余。对于像电视图像、动画等序列图片，当其中物体有位移时，后一帧的数据与前一帧的数据有许多共同的地方，如背景等位置不变，但只有部分相邻帧改变的画面，显然是一种冗余，这种冗余称为时间冗余。(3)结构冗余。在有些图像的纹理区，图像的像素值存在着明显的分布模式。例如，方格状的地板图案等。我们称此为结构冗余。如已知分布模式，就可以通过某一过程生成图像。(4)知识冗余。对于图像中重复出现的部分，我们可以构造其基本模型，并创建对应各种特征的图像库，进而图像的存储只需要保存一些特征参数，从而可以大大减少数据量。知识冗余是模型编码主要利用的特性。(5)视觉冗余。事实表明，人类的视觉系统对图像的敏感性是非均匀和非线性的。在记录原始的图像数据时，对人眼看不见或不能分辨的部分进行记录显然是不必要的。因此，我们可以利用人类视觉的非均匀性和非线性，降低视觉冗余。3.简述预测编码的基本原理？答：根据算法模型，用原有的样本值对新样本进行预测。得到新样本的预测值。接着，取新样本的实际数值，然后和预测值进行比较，二者相减得到差值，最后对差值进行编码。4.按解码后数据与原始数据是否完全一致来划分，数据压缩编码可以分为哪两类？并举例说明。答：无损编码(可逆压缩、无失真编码)：解码图像与原始图像严格相同。压缩比大约在2：1到5：1之间。示例：Huffman编码、算术编码、行程长度编码等。有损编码(不可逆压缩、有失真编码)：还原图像与原始图像存在一定的误差，但视觉效果一般可以接受。压缩比可以从几倍到上百倍来调节。示例：变换编码、预测编码。5.数据压缩编码的选择标准？答：（1）压缩比要大；压缩过程中输入数据量和输出数据量之比（2）算法要简单，压缩/解压缩速度快，以满足实时性要求；（3）压缩损失要少，失真小，即解压恢复的效果要好。当三者不能兼得时，要综合考虑。6.什么是量化？量化有哪些特点？量化器的设计要求？答：量化：将具有连续幅度值的输入信号转换为只具有有限个幅度值的输出信号的过程。•特点：（1）每个量化输入被强行归一到与其接近的某个输出，即量化到某个级；•（2）量化处理是一个多对一的处理过程（量化处理总是把一批输入，量化到一个输出级上）；•（3）量化处理是个不可逆过程，量化处理中有信息丢失，或者说，会引起量化误差(量化噪声)。•量化器的设计要求：•(1)给定量化分层级数，满足量化误差最小。•(2)限定量化误差，确定分层级数，满足以尽量小的平均比特数，表示量化输出。•显然，这是一对相互矛盾的要求，设计量化器时只能折衷处理。7.数据压缩的原理是什么?有些什么方法？数据压缩的原理就是去掉信号数据的冗余性。方法主要包括：预测编码、变换编码、量化和向量量化编码、信息熵编码、子带编码、模型编码等。8.什么是游程编码？游程编码的特点？答：游程编码：在存储色彩时，只需存储一个像素的颜色，然后再存储具有相同颜色的像素数目或者相同颜色的行数，大大压缩数据量。•游程编码特点：•（1）无损压缩技术的一种；•（2）压缩比取决于图像本身的特点；（如果图像中具有相同颜色的图像块越大，图像块数目越少，获得的压缩比就越高。反之，压缩比就越小）（3）RLE编码方法不适合于重复色彩特别少的图像。（如果仍然使用RLE编码方法，不仅不能压缩图像数据，反而可能使原来的图像数据变得更大，不过RLE编码技术仍可以和其他编码技术联合应用）9.Huffman编码的基本原理是什么？编码的方法？答：Huffman编码的主要原理：在变长编码中，对出现概率低的信源符号采用长码字，对出现概率大的信源符号采用短码字。编码方法：（a）将信源符号按概率递减顺序排列；（b）把两个最小概率相加作为新符号的概率，并按前一个步骤重排；（c）重复前两个步骤，直到概率为1；（d）在每次合并信源时，将合并的信源分别赋“0”和“1”；（e）寻找从每一个信源符号到概率为1处的路径，记录路径上的“1”和“0”；（f）写出每一个符号的“1”、“0”序列（从树根到信源符号结点）10.Huffman编码的主要优点和缺点。答：Huffman编码的优缺点：（1）哈夫曼编码的构造顺序明确，但码不是唯一的(因以大赋1还是小的赋1而异)；(2)哈夫曼编码的字长参差不齐，硬件实现不方便；(3)只有在概率分布很不均匀时，哈夫曼编码才有显著的效果，而在信源分布均匀时，一般不使用哈夫曼编码。11.设一组信源符号为{X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7，X8}，这些符号出现的概率分别为{0.40，0.18，0.10，0.10，0.07，0.06，0.05，0.04}，求其Huffman编码及平均码长。解：编码如下•上述编码的平均码子长度：•R=•=0.40×1+0.18×3+0.10×3+0.10×4+0.07×4+0.06×4+0.05×5+0.04×5•=2.6112.设一组信源符号为{a1，a2，a3，a4，a5，a6，a7}，这些符号出现的概率分别为{0.20，0.19，0.18，0.17，0.15，0.10，0.01}，求其Huffman编码及平均码长。解：编码如下：•上述编码的平均码子长度：13344455信源符号概率编码过程码字x1x2x3x4x5x6x7x80.400.180.100.100.070.060.050.04100101100000100010100010000110101010.090.130.190.230.370.60101001181iiiP71iiiP•R=•=0.20×2+0.19×2+0.18×3+0.17×3+0.15×3+0.10×4+0.01×4•=0.40+0.38+0.54+0.51+0.45+0.40+0.04•=2.7213.多媒体数据存在哪些冗余？常用的图像压缩方法有哪些？答：主要的冗余有：时间冗余、空间冗余、信息熵冗余、结构冗余、知识冗余、视觉冗余、其他冗余。常用的图形压缩方法有：基于DPCM、基于DCT、小波变换14.有损压缩与无损压缩各自适用的场合？答：有损压缩主要包括变换和预测编码，主要应用在解码图像与原始图像不需要严格相同，压缩比要求高的场合。无损压缩主要包括算术、行程以及Huffman编码，主要应用在解码图像与原始图像需要严格相同，压缩比要求低的场合。15.为什么数据压缩编码技术是多媒体技术的核心？答：因为这些多媒体信息在计算机中的表示是以大量的数据存在的，因此没有压缩技术，那么这些数据的表示、传输等十分困难，因此数据压缩技术是多媒体技术的关键技术。16.什么是变换编码？在变换编码中为什么都采用DCT变换？答：将空域图像信号映射变换到另一个正交矢量空间（变换域或频域），产生一批变换系数，然后对这些变换系数，进行编码处理。变换编码是利用频域中能量比较集中的特点，在频域上进行的。采用DCT变换主要是将协方差矩阵变换为一个类似对角阵，提高压缩比。17.简述算术编码的基本原理及特点。答：基本原理：将编码的信息表示成实数0和1之间的一个间隔，信息越长，编码表示它的间隔就越小，表示这一间隔所需的二进制位就越多。特点：不必预先定义概率模型，在信源符号概率接近时，效率高于Huffman编码18．采用固定模式符号概率分配如下：字符:aeiou概率:0.20.30.10.20.2范围:［0,0.2)［0.2,0.5)［0.5,0.6)［0.6,0.8)［0.8,1.0)试用算术编码对字符串eai进行编码。具体编码过程：初始high=1,low=0,range=high-low,每个字符编码后新的low