数字视频通信备考资料By XiongQQBYR.docx
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数字视频通信备考资料ByXiongQQBYR
数字视频通信
初稿ByXiongQQ@2008-01-03
第一章作业题
1．简述电视发展的基本过程。
第二次世界大战之后，电视进入了第一代——黑白电视时代。
这一时期的电视主要用来传送信息并提供低层次的娱乐。
随着科学技术日新月异的发展，电视进入第二代——彩色电视时代。
1928年，英国曾展览过彩色电视；1940年，美国开始了场顺序制彩色的电视，并于1954年正式开播——这标志着电视正式走进彩色世界。
如今电视正逐步进入第三代——数字电视时代。
所谓数字电视，就是将图像画面的每一个像素、伴音的每一个音节都用二进制数编成多位数码，并以非常高的比特率进行数码流发射、传输、接收的系统工程。
2．目前流行的三种电视制式分别是什么，并简述各自的主要技术特点。
1、NTSC彩色电视
一般用于60Hz国家
有影响的是525行电视系统
亮度和同步采用残留边带AM调制（VSB）（4.2MHz）
U&V色度采用AM正交调制（IQ）
色度副载波3.579545MHz
声音采用FM或数字子载波调制
2、SECAM彩色电视
625行50Hz彩色系统
亮度和同步采用AM调制
轮行顺序传送U&V色度分量
接收机需要1H色度延迟线
色度使用FM，副载波频率4.43361875MHz
声音使用FM
3、PAL彩色电视
一般用于50Hz国家
有影响的是625行系统
亮度和同步采用AM调制（5MHz）
UV色度分量采用AM正交调制，V（R-Y）分量逐行倒相。
色度副载波4.43361875MHz
声音FM或数字子载波调制
3．描述彩色光的三个基本分量是什么？
各是什么含义？
彩色的三个基本参量：
亮度（亦称明度）、色调和饱和度。
亮度是光作用于人眼时所引起的明亮程度的感觉。
一般来说彩色光的光功率大则感觉亮，反之则暗。
色调反映了颜色的类别。
通常所说红绿蓝等就是指的色调。
彩色物体的色调，决定于物体在光照射下所反射的光谱成。
不同波长的反射光使物体呈现不同的色调。
色调是决定彩色本质的基本参量，是彩色的重要属性之一。
饱和度是指彩色光所呈现彩色的深浅程度（或浓度）。
对于同一色调的彩色光，其饱和度越高，说明它的颜色越深，如深红。
饱和度较低，则说明它呈现较浅的颜色，如浅红等。
高饱和度的彩色光可以因掺入白光而被冲淡，变成低饱和度的彩色光。
色度是色调与饱和度的合称，它既说明彩色光的颜色类别，又说明颜色的深浅程度。
4．若水平方向上可分辨出200根红绿竖线，试问对于黑白、黑红、绿蓝各组竖线的分辨数是多少？
细节色别
黑白
黑绿
黑红
黑蓝
绿红
红蓝
绿蓝
分辨力
100%
94%
90%
26%
40%
23%
19%
本题
500
470
450
130
200
115
95
5．用物理三基色混配彩色光，其中红基色光20lm、绿基色光55lm、蓝基色光12lm．求合成彩色光在RGB与XYZ坐标制中的坐标数值。
1、配出等能白光的三个基色单位[R]、[G]、[B]的光通量之比为1：
4.5907：
0.0601
对于任意给定的彩色光F，其配色方程可写成F＝R[R]+G[G]+B[B]
若取1[R]的光通量为1lm，则：
R=20；G=55/4.5907=11.98；B=12/0.0601=199.67
由公式：
m=R+G+B=231.65得r=R/m=0.008651；g=G/m=0.0517
则在RGB坐标中（r,g）=（0.008651,0.0517）
2、根据公式在XYZ制中坐标为：
x=X/（X+Y+Z）=0.2006
y=Y/（X+Y+Z）=0.0385
6．写出物理三基色，计算三基色，显象三基色的配色方程，并说明物理含义及其区别。
物理三基色：
F=R[R]+G[G]+B[B]
式中R、G、B为CIE规定的标准光谱三基色
计算三基色：
F=X[X]+Y[Y]+Z[Z]
[X][Y][Z]一组新的计算三基色单位，它们并不代表实际的彩色
显象三基色：
Fe=Re[Re]+Ge[Ge]+Be[Be]
它以红、绿、蓝三种荧光粉所发出的非谱色光作为显象三基色光
7、解释名词
（1）三基色原理：
合成彩色的亮度由三个基色的亮度之和决定，而色度（即色调与饱和度）则由三个基色分量的比例决定。
三个基色必须是相互独立的，也就是说，其中任一基色都不能由其它两基色混合产生，这样就能配出较多的彩色。
（2）格拉兹曼法则：
人眼的视觉响应应取决于红、绿、蓝三分量的代数和，即它们的比例决定了彩色视觉，而其亮度在数量上等于三基色的总和。
1.任何彩色可以用至多三种彩色光所匹配；
2.混合彩色的亮度是等于其混合分量的亮度之和;
3.人眼不能分解彩色混色的各分量;
4.在一个亮度水平上的彩色匹配将在很宽的亮度范围内保持;
5.匹配的彩色相加后仍然保持匹配;
6.匹配的彩色混合相减后仍然保持匹配;
7.彩色匹配的传递定理;
8.三种彩色匹配:
直接的和间接的。
第二章作业题
1．什么是奇数行隔行扫描？
为什么电视中普遍采用奇数行隔行扫描？
采用隔多行扫描可以吗？
隔行扫描是将一帧画面分成两场扫描，一场扫奇数行，称为奇数场；另一场扫偶数行，称为偶数场。
奇、偶两场光栅均匀相嵌，构成一帧完整的画面。
由于隔行扫描优于逐行扫描，所以广播电视中都采用隔行扫描方式。
隔行扫描分为奇数行隔行扫描和偶数行隔行扫描。
前者每帧取奇数行，即，式中n为整数；后者每帧取偶数行，即。
为了实现两场光栅均匀相嵌，前者场扫描波形简单，只要保证奇、偶两场周期相等即可。
而后者必须要求寄、偶两场锯齿波电流有一微小偏移。
对帧频矩形波的幅度要求极严，否则两场光栅就会出现局部或完全并行，使垂直清晰度下降，这增加了技术上实现的难度，所以世界各国的广播电视都采用奇数行隔行扫描。
可以采用隔多行扫描，这样每行每秒出现的次数就更少（在场频不变的情况下），当效果会变得更加不好。
出现行间闪烁效应、并行现象、“锯齿化”现象
2．电视系统的水平分解力和垂直分解力各与哪些因素有关？
垂直分解力直接取决于扫描行数，但是小于扫描行数。
在一帧周期内，扫描逆程包括的行数不能分解图象。
由于扫描行与图象间的相对位置的影响，不是所有的有效行都能代表垂直分解力
影响水平分解力的因素：
扫描电子束尺寸和视频信号带宽
3．某广播电视系统采用行频fH＝15750Hz，行正程TSH与行周期TH之比TSH/TH＝0.83，每帧图像总行数Z＝525，场频fv＝60Hz，屏幕宽高比为4:
3，垂直，水平分解力各为340线和453线。
试计算图像信号的频带宽度。
解：
Vf=fmax-fmin=1/2τ=4.3MHz
4．距离1.5m处观看26英寸电视时，根据人眼分辨力θ=1.5'，计算需要的最大扫描行数Zmax。
若场频fv＝60Hz，K=4/3，α=0.18，K1（1−β）=0.7，计算视频信号的最高频率。
解：
Zmax=15。
/1.5'=600fmax=1/2τ=NZfv/2*0.82=0.7αz2fv/2*0.82
5．说明恒定亮度原理，高频混合原理内容及在彩色电视中的实用价值。
恒亮度传输原理：
采用Y、R-Y、B-Y作为传输三基色信号时，被传送图象象素色光的亮度全部由Y信号代表，R-Y、B-Y色差信号的亮度为零。
高频混合原理：
利用人眼的视觉特性，在彩色电视中利用图像的黑白细节，代替某些较小的彩色细节。
实用价值：
恒定亮度原理使得彩色电视信号能很方便的兼容黑白电视机，高频混合原理可以有效的压缩带宽。
6．彩色电视传送色差信号比直接传送基色信号有什么优越性。
为了保持和黑白电视兼容用传输三基色Y、U、V代表全彩色图象，对于黑白，只传输亮度Luminance（Y）这样可以方便的实现两者的兼容，不用为黑白电视单独发送一路信号。
7．为什么采用频谱交错原理的NTSC制和PAL制不能彻底消除亮度信号和色度信号之间的相互干扰。
由于亮度信号和色度信号共用频带，不仅色度信号对亮度产生光点干扰，而且亮度信号也会对色度产生干扰，称为亮度串色。
产生亮度串色的原因是位于色度通频带内的亮度信号，能顺利地通过色度带通滤波器，经同步检波后，变成低频信号，在屏幕上产生附加的彩色干扰。
8．画出VSB发射机原理框图，并说明为什么电视信号模拟传输时采用VSB。
双边带AM调制
PAL/D最高频率为6MHz，那么调幅以后整个频带宽度为12MHz。
使一定频段内能容纳的电视台数量减小。
对中心频率f0来说相对带宽（Δf/f0）太大，发射和接收电路很困难
单边带AM调制
单边带传送的信号用包络检波时，失真比较大。
视频信号含有0～6MHz的频率分量，因此，载波附近有很密的邻近频
率成分，要完全滤除下边带是很困难的，需要几乎理想的滤波器。
当采用单边带滤波器时，在载频处的幅频特性变化非常陡，相应地相频
特性的非线性也很大，而相位失真对视频信号是非常有害的
为了保持频谱，模拟TV使用了VSB调制
只保留下边带低频0.75MHz部分。
VSB截去下边带的高频部分。
0.75MHz以下的部分用双边带发送，而0.75MHz至6MHz用单边带发送。
因为VSB滤波器不能理想陡峭，所以，VSB部分的底宽为1.25MHz
9．画出超外差接收机原理框图，并说明用超外差接收比直接放大检波式接收有什么优点。
其优点是：
①容易得到足够大而且比较稳定的放大量。
②具有较高的选择性和较好的频率特性。
③容易调整。
缺点是电路比较复杂，同时也存在着一些特殊的干扰，如像频干扰、组合频率干扰和中频干扰等。
第三章作业
1．什么是4：
2：
2标准和4：
2：
0标准？
在制定这两个标准时考虑到了那些因素（依据）（标准需画出示意图）。
4：
2：
2标准用于电视演播室（StudioorContribution）标准
在水平扫描方向上，每2个Y样本有1个Cb样本和一个Cr样本，每个象素平均用2个样本表示。
4：
2：
0标准
在水平方向的2个样本和垂直方向上的2个Y样本，共4个样本有1个Cb样本和一个Cr样本。
每个象素平均用1.5个样本表示。
考虑到了人的视觉特性和带宽的有限：
一是人眼对色度信号的敏感程度比对亮度信号的敏感程度低，利用这个特性可以把图像中表达颜色的信号去掉一些而使人察觉不出
二是人眼对图像细节的分辨能力有一定的限度，利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。
三是这样采样的话可以大大的减少数据量，节约带宽
2．常用的视频格式有哪些，试列举一下H26×CIF和QCIF，以及MEPGSIF的一些具体参数。
3．假设一个8位灰度级图像，如何估算出该图像的熵？
1）假定为离散无记忆信源？
2）假定一阶马尔可夫信源？
哪种信源熵更小？
为什么？
4．假设一个离散无记忆心源，其字母集为A，A中每个符号的ai的概率p（ai）由下表决定
1）计算该信源的熵。
2）为该信源构造一个huffman码。
3）计算出平均码长。
4）评价该码性能如何。
6．假设随机变量X均匀分布在0和10之间，用N层均匀量化
1）计算所有判决和重构层。
2）求均匀量化误差。
没看懂题目=。
=
5．a,b,c,d四个符号，出现概率分别是1/2,1/4,1/8,1/8,求对aabc进行算术编码。
7．设3×1的随机变量u有以下的协方差矩阵。
Ru＝[2,-2,0;-2,1,-2;0,-2,0],对于某个均值为0的向量uT=[2,1,−0.1]，试求变换后的向量V，请分析此结果是否有问题？
若Ru=[2,-2,0;-2,3,-2;0,-2,5],再求变换后的向量V，观察将V降维后，重构的u^与u的差别有多大。
8．计算下面所列块的KL变换，DFT以及DCT，在能量压缩的基础上比较这些变换。
解答略去
9．说明为什么在DPCM中传输端是用先前重构值作为预测的基础，而不是用原始值。
DPCM的一个重要方面是预测基于输出（量化后的样值）而不是输入（未量化的样值）。
预测器位于量化器所在的反馈环中，以便量化误差在随后的处理中反馈给量化器，防止重建信号的DC漂移和误差积累。
10．阐述DCT中Z扫描的目的。
使变换系数所代表的频率分量由高到低排列，增加连零的个数，提高变字长游程编码效率，将二维8×8变换系数排列成一维1×64数据串。
对于隔行扫描图象，可以采用交替的“之”字形扫描。
11．画出运动补偿编码器示意图，简要说明一下运动补偿预测的内容。
对于静止或运动缓慢的图象时，帧间差值信号比帧内相邻象素间的差值信号的直方图具有更为尖锐的，以零为中心的Laplace分布，表现出更强的相关性。
对于运动剧烈的物体，其帧间差值信号的幅度剧烈变化。
如果能对运动物体的位移量进行运动补偿后再求差值，由于两帧间的相关性增大，差值信号减小，从而提高压缩比。
12．说明一下MEPG中，什么是I帧P帧B帧，画出示意图。
I帧:
帧内编码帧
它是一个全帧压缩编码帧。
它将全帧图像信息进行JPEG压缩编码及传输;
P帧:
前向预测编码帧
P帧的预测与重构:
P帧是以I帧为参考帧,在I帧中找出P帧“某点”的预测值和运动矢量,取预测差值和运动矢量一起传送。
B帧:
双向预测内插编码帧。
B帧以前面的I或P帧和后面的P帧为参考帧,“找出”B帧“某点”的预测值和两个运动矢量,并取预测差值和运动矢量传送。
13．简要说明一下H。
261基本技术特点，画出一个典型的MC＋DCT混合视频编码器的示意图。
1988年制定，它奠定了现在典型的视频编码结构：
运动补偿DCT混合编码
包括16×16宏块运动补偿、8×8DCT、标量量化和变字长编码。
环路滤波器、整数运动补偿、2DVLC、包头等。
图象格式：
CIForQCIF，帧率29.97
码率为n×64Kb/s（64-2048kbps），典型为128Kb/s
14、对如下的矩阵，分别做整数变换和DCT变换，并对这两种变换的结果进行比较。
解答略去
第4、5章作业
1．简述移动信道中电波传播方式
在实际的无线信道中，影响电磁波传播的传播机制主要包括三种——反射、衍射和散射
˜反射（Reflection）：
当电磁波在传播过程中碰到尺寸远大于自身波长的
物体表面时，就会出现反射现象。
˜衍射（Diffraction）：
当电磁波传播路径中存在棱角分明、形状不规则的
障碍物时，会出现衍射现象，使电磁波得以绕过障碍物继续传播。
˜散射（Scattering）：
当电磁波在传播过程中遇到大的、粗糙的表面，
或者在电磁波传播的单位空间中存在大量尺寸较小（相对于电磁波波长）
的物体时，就会发生散射现象。
2．何谓衰落，什么时候会发生多径快衰落。
电波在VHF、UHF移动信道中传播时，传播方式除了直射波和地面反射波之外，还需要考虑传播路径中各种障碍物所引起的散射波。
移动台（MS）接收信号的场强有上述三种电波的矢量合成。
而在实际信道中，散射体很多，信号是由多个电波合成的。
微波在所以接收空间传输中将受到这些效应的影响，导致接收机接收的电平随着时间的变化而不断起伏变化，我们把这种现象称为衰落。
由移动体周围的局部散射体引起的多径传播，表现为快衰落。
直射波或散射波在接受地点形成干涉场，是信号产生深度且快速的衰落，称作快衰落。
3．已知x10+x8+x5+x4+x2+x+1为（15，5）循环码的生成多项式。
求出该码的生成矩阵，并写出消息码为m（x）=x4+x+1时的码多项式。
5．Turbo码译码器采用一种全新的译码思想，即迭代译码。
太长了，pass～（￣▽￣）～
6．试简单说明一下频谱效率和滚降系数的概念和意义。
频谱效率定义为每赫兹（Hz）带宽的传输频道上每秒可传输比特数，单位是bit/s/Hz，表示通信系统的有效性。
对于带通调制信号，那么奈奎斯特带限定理表明，理论上没有码间串扰的最大频谱效率为1符号（码元）/s/Hz。
频谱效率主要用于衡量各种数字调制技术的效率，在数量上等效于每个调制符号所映射的比特数。
滚降系数:
α=ω2/ωN其中ωN由是滚降时截止频率,ω2为滚降段的截止频率,而将比值称为滚降系数。
滚降系数а影响着频谱效率，а越小，频谱效率就越高，但а过小时，升余弦滚降滤波器的设计和实现比较困难，而且当传输过程中发生线性失真时产生的符号间干扰也比较严重。
在实际工程中，а的范围一般定在0.15～0.5之间。
7．说明一下什么是OFDM，并画出OFDM调制实现框图，并简单列举一下OFDM的优点和缺点。
OFDM——OFDM（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing）即正交频分复用技术，实际上OFDM是MCMMulti-CarrierModulation，多载波调制的一种。
其主要思想是：
将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。
正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰ICI。
每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。
而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。
„优点
˜抗多径干扰
˜支持移动接收
˜构建单频网SFN，易于频率规划
˜陡峭（高效）的频谱，便于SpectrumMask
˜便于信道估计，易于实现频域均衡
˜灵活的频谱应用
˜有效的实现技术，利用FFT算法用单载波调制实现OFDM
˜OFDM易于实现天线分集和MIMO系统
˜OFDM实验室和场地测试表现良好
˜OFDM在众多新制定的国际标准中得到采用，具有广阔的前景
„缺点
˜对频率偏移和相位噪声敏感
˜高的峰均比PAPR
˜插入保护间隔降低了传输的有效码率
8．简单列举一下DVB-T系统参数，并画出DVB－T传输系统框图。
美国的ATSC标准
欧洲的DVB-T标准
日本的ISDB-T标准
频道宽度
6MHz
6MHz、7MHz、8MHz
6MHz、7MHz、8MHz
视频压缩
MPEG-2视频编码
MPEG-2视频编码
MPEG-2视频编码
图像格式
HDTV1920×108016∶9
HDTV1920×108016∶9
HDTV1920×108016∶9
SDTV704×4804∶3
SDTV704×5764∶3
SDTV720×5764∶3
音频压缩
DolbyAC-3
MPEG-2层Ⅱ，MUSICAM
MPEG-2层Ⅲ，AAC
音频编码
音频编码
音频编码
复用方式
MPEG-2系统TS码流
MPEG-2系统TS码流
MPEG-2系统TS码流
数据随机化
16位PRBS
15位PRBS
15位PRBS
信道外码
RS码（207，187，T＝10）
RS码（204，188，T＝8）
RS码（204，188，T＝8）
外码交织
52RS块交织
12RS块交织
12RS块交织
信道内码
网格编码（TCM）
卷积编码
卷积编码
内码交织
网格交织
卷积交织
卷积交织
调制技术
8-VSB调制
16QAM/32QAM/64QAM
OFDM调制
总码率
19～28Mb/s（6MHz）
4.98～31.67Mb/s（8MHz）
3.68～23.42Mb/s（5.6MHz）
载波数
单载波
2K、8K
2K、4K、8K
接收门限
15dB
19dB
19dB
传输方案
8VSB传输方案
OFDM传输方案
分频段OFDM传输方案
特征
抵御电气干扰能力强
克服多径干扰能力强
克服多径干扰能力强
有效的覆盖区域
可做单频网
可做单频网
不考虑移动接收
可用于移动接收
可用于移动接收
升级会员 