1、1多媒体技术基础课程课外实践题目姓名：黄宁宁 学号：1109070112 专业：软件工程 班级：11 级 java2一、香农-范诺编码有一幅 40 个像素的组成的灰度图像，灰度共有 5 级，分别用符号A、B、C、D、E 表示。40 个像素中出现灰度 A 的像素有 15 个，出现灰度 B 的像素有 7 个，出现灰度 C 的像素有 7 个，出现灰度 D 的像素有 6 个，出现灰度 E的像素有 5 个。 （1）对 5 个符号用香农-范诺算法进行编码。 （2）计算该图像可能获得的压缩比的实际值。【实验目的】综合考察学生对香农-范诺编码的使用。解：根据题意，可得符号的编码图 1-1 及每个符号在图像中出
2、现的次数表 1-2。 A B CD E0 10 1 0 10 1图 1-1表 1-2符 号 出现的次数 分配的代码 需要的位数A 15 00 30B 7 01 14C 7 10 142（1）用香农范诺算法对 5 个符号 A、B、C 、D、E 的编码分别为00、01、10、110、111；（2）按照常规编码方法，表示 5 个符号最少需要 3 位，如用 000 表示 A，001 表示 B，010 表示 C，011 表示 D，100 表示 E，其余 3 个代码（101,110,111）不用。这就意味每个像素用 3 位，编码这幅图像总共需要 120 位；而用香农范诺算法进行编码需要的总 30+14+1
3、4+18+15=91；因此，实际的压缩比为 120 : 91 1.32 : 1。二、霍夫曼编码1.有一幅 40 个像素的组成的灰度图像，灰度共有 5 级，分别用符号A、B、C、D、E 表示。40 个像素中出现灰度 A 的像素有 15 个，出现灰度 B 的像素有 7 个，出现灰度 C 的像素有 7 个，出现灰度 D 的像素有 6 个，出现灰度 E的像素有 5 个。 （1）对 5 个符号用霍夫曼算法进行编码。 （2）计算该图像可能获得的压缩比的实际值。2.字母 A,B,C,D,E 已被编码，相应的出现概率如下：p(A)=0.16,p(B)=0.51,p(C)=0.09,p(D)=0.13, p(E
4、)=0.11，求霍夫曼编码及平均码长。【实验目的】综合考察学生对霍夫曼编码的使用。解：1.每个符号在图像中出现的次数如表 2-1，霍夫曼编码如图 2-2。D 6 110 18E 5 111 153表 2-1A(15)B(7)E(5)D(6)C(7) 1010101图 2-2(1)用霍夫曼算法对 5 个符号 A、B、C、D、E 进行编码分别为0、100、101、110、111；（2）按照常规编码算法，5 个符号至少要用 3 位组成的代码表示，编码 40 个像素需要 403=120（位） ；而实际使用的总位数为15+21+21+18+15=90（位） 。因此，压缩比的实际值为 120 : 90 1
5、.33。2.符号的霍夫曼编码如图 2-2-1：符 号 出现的次数 分配的代码 需要的位数A 15 0 15B 7 100 21C 7 101 21D 6 110 18E 5 111 1504B(0.51)1)A(0.16)C(0.09)E(0.11)D(0.13)01010101图 2-2-1符号 A、B、C、D、E 的霍夫曼编码分别为100、0、111、101、110；平均码长为：（51+48+39+33+27） 100 = 1.98（位符号）三、算术编码1符号 00 01 10 11概率 0.1 0.4 0.2 0.3初始区间 0, 0.1) 0.1, 0.5) 0.5, 0.7) 0.7
6、, 1)已知信源概率如上表，输入 01 11 11 00 10，求编码输出是多少？2. 符号 00 01 10 11概率 0.1 0.4 0.2 0.3初始区间 0, 0.1) 0.1, 0.5) 0.5, 0.7) 0.7, 1)已知信源概率分布如上表，输出值为 0.134，求译码消息是多少？【实验目的】 综合考察学生对算术编码的使用。解：1.5编码输出为 0.46582.译码消息为 01，00，11，10四、词典编码中的 LZ77 算法待编码的数据流 ，用 LZ77 算法对数据流进行编码。1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12E A T A T E A T E A T A【实
7、验目的】 综合考察学生对 LZ77 算法的使用。6解：LZ77 算法的编码过程如表 4-1：表 4-1步 骤 位 置 匹 配 串 字 符 输 出1 1 E （0，0）E2 2 A （0，0）A3 3 T （0，0）T4 4 AT E （2，2）E5 7 ATE A （3，3）A6 11 T A （3，1）A五、词典编码中的 LZSS 算法待编码的数据流 ，用 LZSS 算法对数据流进行编码。位置 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11字符 A A B B C B B A A B C【实验目的】 综合考察学生对 LZSS 算法的使用,并与 LZ77 算法作比较，发现LZSS 的优点。了解
8、 LZSS 算法在哪些文档压缩程序中使用。解：LZSS 算法的编码过程如表 5-1：表 5-1步 骤 位 置 匹 配 串 输 出1 1 A2 2 A A3 3 B4 4 B B5 5 C6 6 BB （3，2）7 8 AAB （7，3）8 11 C C六、词典编码中的 LZ78 算法LZ78 算法的译码消息为(0，A)(0，E)(1，C)(3，E)(4，A)(2，E) ，求编码字符流。 （要列出词典）【实验目的】 综合考察学生对 LZ78 算法的使用,并与 LZ77 算法作比较，发现LZ78 算法最大的优点是什么。7解：表 6-1步 骤 输 入 词 典1 （0，A） A2 （0，E） E3 （
9、1 ，C） AC4 （3，E） ACE5 （4，A） ACEA6 （2，E） EE编码字符流为：AEACACEACEAEE七、词典编码中的 LZW 算法1.待编码的数据流 ，用 LZW 算法对数据流进行编码。(要求列出词典)位置 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11字符 A B B A B C B A C B A2.译码消息为：1 2 2 4 7 3，用 LZW 算法对其进行译码，写出编码字符流与词典。【实验目的】 综合考察学生对 LZW 算法的使用,并与 LZ77 算法作比较，发现LZW 算法最大的优点是什么。并了解该算法在哪些图像文件中使用。解：1. LZW 算法的编码如表 7-
10、1：表 7-1步 骤 位 置 词 典 输 出（1） A（2） B（3） C1 1 （4） AB （1）2 2 （5） BB （2）3 3 （6） BA （2）4 4 （7） ABC （4）5 6 （8） CB （3）6 7 （9） BAC （6）7 9 （10） CBA （8）8 （1）2. LZW 算法的编码如表 7-2：表 7-28步 骤 输入代码 词 典 输 出（1） A（2） B（3） C1 （1） A2 （2） （4） AB B3 （2） （5） BB B4 （4） （6） BA AB5 （7） （7） ABA ABA6 （3） （8） ABAC C八、音频文件的数据量的计算方法1.
11、用 44.1kHz 采样频率采样，每个样本使用 16 位采样精度存储，则录制一分钟的立体声节目，音频 WAV 文件的存储量？ 2.使用 22.05kHz 的采样频率和 8 位采样精度，录制一分钟调幅音频的 WAV 文件存储量？【实验目的】 综合考察学生对音频文件的数据量的计算公式的的使用。解：1. WAV 文件的存储量是 44100162860=10.584MB/min2WAV 文件的存储量是 2205081860=1.323MB/min九、子带编码（SBC）写出子带编码的基本思想和工作流程。【实验目的】 综合考察学生对子带编码的使用和工作原理。答：基本思想：使用一组带通滤波器把输入声音信号的
12、频带分成若干个连续的频段，每个频段称为子带。对每个子带中的声音信号采用单独的编码方案去编码。在信道上传送时，将每个子带的代码复合起来。在接收端译码时，将每个子带的代码单独译码，然后把它们组合起来，还原成原来的声音信号。工作流程：首先用一组带通滤波器将输入信号分成若干子带信号，然后将这些子带信号通过频率搬移变成基带信号，再对它们分9别进行采样，量化编码后再将子带的信码合路成一个总信码传输到接收端。量化编码可以采用 PCM、DPCM 等方式。在接收端，把总信码分成各子带信码，再进行插值，频率搬移到原来的位置，带通滤波然后相加得到重建信号。各子带的带宽可以是相同的也可以是不相同的，相同的称为等带宽子
13、带编码，不同的称为变带宽子带编码。等带宽子带编码的优点是便于硬件实现。 变带宽编码中，常用的子带划分方法是令各子带的宽度随频率的增加而增加。也就是低频子带宽度较窄，高频宽度较大。这种划分方法不仅和语音信号的功率相匹配，也和语音信号的可懂度或清晰度随频率变化的关系相匹配。语音信号频带中具有相同带宽的子带对语音可懂度的影响不同，低频的影响大一些，高频的影响小一些。 在等带宽分割时，对不同子带分配不同的比特数，等带宽编码也能获得比较好的重建语音质量。十、真彩色、伪彩色与直接色写出三种色彩的定义与差别？并例举三种色彩分别应用到哪些图像中。【实验目的】 综合考察学生对三种色彩的使用并了解三种色彩分别应用
14、到哪些图像中。答：三种色彩的定义分别为：真彩色：真彩色是指图像中的每个像素值都分成 R、G、B 三个基色分量，每个基色分量直接决定其基色的强度，这样产生的色彩称为真彩色。伪彩色：伪彩色（Pseudo-color ）图像的每个像素值实际上是一个索引值或代码，该代码值作为色彩查找表 CLUT（Color Look-Up 10Table）中某一项的入口地址，根据该地址可查找出包含实际R、G、B 的强度值。这种用查找映射的方法产生的色彩称为伪彩色。直接色：(direct color)每个像素值分成 R， G，B 分量，每个分量作为单独的索引值对它做变换。也就是通过相应的彩色变换表找出基色强度，用变换后
15、得到的 R，G，B 强度值产生的彩色称为直接色。它的特点是对每个基色进行变换。三种色彩的差别：描述一幅图像需要使用图像的属性。图像的属性包含分辨率、像素深度、真/伪彩色、图像的表示法和种类等。搞清真彩色、伪彩色与直接色的含义，对于编写图像显示程序、理解图像文件的存储格式有直接的指导意义，也不会对出现诸如这样的现象感到困惑：本来是用真彩色表示的图像，但在 VGA 显示器上显示的图像颜色却不是原来图像的颜色。应用：真彩色：由 RGB 形成的图像；伪彩色：用于 65K 色以下的显示方式中; 直接色：通过相应的彩色变换表找出基色强度。十一、图像的种类什么是矢量图，什么是位图？并写出二者的区别？【实验目
16、的】 综合考察学生对图像种类了解。答：1.（1）矢量图是根据几何特性来绘制图形，矢量可以是一个点或一条线，矢量图只能靠软件生成，文件占用内在空间较小，因为11这种类型的图像文件包含独立的分离图像，可以自由无限制的重新组合。它的特点是放大后图像不会失真，和分辨率无关，适用于图形设计、文字设计和一些标志设计、版式设计等。（2）位图图像(bitmap), 亦称为点阵图像或绘制图像，是由称作像素（图片元素）的单个点组成的。这些点可以进行不同的排列和染色以构成图样。当放大位图时，可以看见赖以构成整个图像的无数单个方块。扩大位图尺寸的效果是增大单个像素，从而使线条和形状显得参差不齐。然而，如果从稍远的位置
17、观看它，位图图像的颜色和形状又显得是连续的。2. 矢量图与位图最大的区别是，它不受分辨率的影响。因此在印刷时，可以任意放大或缩小图形而不会影响出图的清晰度，可以按最高分辨率显示到输出设备上。位图由像素组成，只要有足够多的不同色彩的像素，就可以制作出色彩丰富的图象，逼真地表现自然界的景象；但是缩放和旋转容易失真，同时文件容量较大。矢量图由数学向量组成，文件容量较小，在进行放大、缩小或旋转等操作时图象不会失真；但是不易制作色彩变化太多的图象。十二、JPEG 压缩编码写出 JPEG 算法的主要计算步骤，并对每一步作出具体的说明。【实验目的】综合考察学生对 JPEG 算法的使用。答：JPEG 算法的主
18、要计算步骤：（1）正向离散余弦变换。使用正向离散余弦变换(FDCT)把空间域表示的图变换成频率域表示的图。（2）量化。使用加权函数对 DCT 系数进行量化，这个加权函数对12于人的视觉系统是最佳的。量化是对经过 FDCT 变换后的频率系数进行量化。量化的目的是减小非“0”系数的幅度以及增加“0”值系数的数目。量化是图像质量下降的最主要原因。（3）Z 字形编码。量化后的系数要重新编排，目的是为了增加连续的“0”系数的个数，就是“0”的游程长度，方法是按照 Z 字形的式样编排。（4）使用差分脉冲编码调制对直流系数进行编码。JPEG 算法使用了差分脉冲调制编码（DPCM）技术，对相邻图像块之间量化
19、DC系数的差值（Delta）进行编码。（5）使用行程长度编码对交流系数进行编码。量化 AC 系数的特点是 164 矢量中包含有许多“0”系数，并且许多“0”是连续的，因此使用非常简单和直观的游程长度编码(RLE)对它们进行编码。（6）熵编码。使用霍夫曼可变字长编码器对量化系数进行编码。十三、颜色空间写出颜色空间的定义，对人、显示设备和打印设备，通常采用什么颜色参数来定义？【实验目的】综合考察学生对颜色空间的了解，并掌握在实际生活中有哪些颜色空间。答：颜色空间的定义：颜色空间也称彩色模型(又称彩色空间或彩色系统）它的用途是在某些标准下用通常可接受的方式对彩色加以说明。颜色空间是表示颜色的一种数学方案，人们用它来指定和产生颜色，使颜色形象化。13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、黄色和黑色的反射和吸收来产生指定的颜色。
