中科院分布式多媒体计算系统复习题_2_参考答案

第6章

1.分布式多媒体的以下特点哪些是多媒体应用本身的要求所带来的?

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(1)多媒体传输数据量大;

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(2)网络要保证多媒体的实时可靠传输;

(3)

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(4)

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(5)媒体间协调

PPT4 PAGE1

答:1、2、3、5.

2.MPEG-4基于传统块DCT变换的压缩类中,使用了哪些新技术?试说出2-3例。

答:改善DC预测、加入AC预测、四个运动矢量,全局运动补偿、1/4像素运动补偿等,对CIF视频、800Kb/s码率可获得“很好”再现。

MPEG-4的可分级使用了分层可扩展和精细的可扩展性编码FGS (fine granular scalable coding)技术。

PPT4 PAGE26

3.简述以下技术。这些技术将传统的视频编码用于分布式多媒体中,但在多媒体传输时,可以一定程度地适应接收端的能力或网络的动态变化。

(1)自适应编码。

(2)代码转换

(3)码流切换

解答:

①自适应编码:发送方根据反馈信息估计发送码率,采用码率控制技术生成适当码流。如MPEG-4和H.263+,允许通过跳幀(frame-skip)、调整量化参数来改变码率。EVRC、AMR 等音频编码(编码与传输不能分离)。

②代码转换:服务器保存一个质量足够好的压缩视频,当需要降低输出码率时,服务器只需进行部分的解码和编码就可实现,如选择性丢幀、丢弃DCT系数的高频部分或再进行一次量化等。

③码流切换:服务器保存同一节目的不同质量的多个拷贝,这些码流的I幀是对齐的。当网络带宽发生变化时,服务器选择一个适当的码流传送给用户;或者,使用联播(simulcast)同时发送不同码率的码流,由用户根据条件在不同的组播通道间切换。

PPT4 PAGE27

4.可扩展性编码在多媒体传输中具有重要的应用。试结合下面其中的一种可扩展性编码技术的原理,说明其在一个具有不同接收能力的组播组中进行视频流传输和接收的过程。

(1)时域可扩展

(2)空域可扩展

(3)质量可扩展(SNR可扩展)

PPT4 PAGE29+PAGE32,传输和接收过程。

解答:

①时域可扩展:通过在码流中添加B幀来实现。

②空域可扩展:通过为视频中的每一幀都创建多分辨率的表示来实现。原始幀通过下采样得

到低分辨率的视频,编码得到基本层码流,然后编码原始幀和基本层的差生成增强层码流。

③质量可扩展(SNR可扩展):先进行一次很粗的量化形成基本层,然后对原始视频和基本层视频的差再进行一次量化,生成增强层码流(逐位逼近)。

5.下图例子解释了FGS编码的思想和过程。试对该系数块的第1行第4个系数上升1个位平面后进行编码。

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答:(0,1)(6,0)(21,1)(9,0)(31,1)(0,0)(0,0)(26,1)

补充:要画出锯齿形变换后的位平面图,即上图左下角的那个。

6.多描述码与分层可扩展编码有何异同?它适合应用在什么场合?

答:多描述码是一种能产生多个同等重要的描述的技术,每个描述都给出一个较低的但可以接受的视频质量。

分层扩展编码每个描述的重要性不同,高层的编码需要低层编码的支持,只获得高层编码无法获得图像。

多描述码适合多跳无线网络,分层编码适合多受众组播、因特网等带宽变化的网络中。

相同点:都是把一个数据流编码为几个部分,每个部分的码率更低。

7在基于流媒体服务器的分布式多媒体应用中,如V oD,下面所列的影响服务器性能的瓶颈环节有_存储子系统。

PPT5 PAGE1

8.目前解决流媒体服务器存储容量的技术有(2)磁盘阵列(3)存储服务器阵列(4)层次存储

答案:2、3、4.

9减少流媒体服务器I/O次数的技术有(3)间隔缓存(4)分组存储

答案:3、4.

10.下图是描述使用间隔缓存调度的视频流服务过程的状态转换图。结合此图试说明间隔缓存的原理和一个流可能经历的状态。

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答:当视频流请求被接纳后,它处于磁盘服务状态,由磁盘服务。

检查与其最近的前向请求并与之配对,形成间隔。如果缓存资源允许,或替换算法允许该间隔进入,间隔被缓存。后继流进入变迁状态。

经过一段时间后,后继请求进入缓存服务状态。

后继请求完成,进入完成状态。

或者该间隔缓存被替换掉,解除了请求配对,则进入磁盘服务状态。

PPT5 PAGE14

11.时间戳同步法是分布式多媒体中经常使用的一种同步规范的传送技术。试举例加以说明。(提示:MPEG的RTP协议封装)。

答:在MPEG流的语法中,帧头有一个域PTS,是本帧的演示时间戳,这是用时间轴同步描述的同步规范。RTP的MPEG封装要求把PTS拷贝到其报头的时间戳域,从而实现了同步规范由信源到信宿的传送。而且,PTS本身也会被PES打包进去,传到信宿的。

12.有如图所示的多媒体信息查询系统,用户所需的信息由视频流和音频流按一定的时间关系复合而成,但这两类信息分别存储在不同的服务器或使用不同的逻辑信道传输。试问:(1)影响收端同步播放的因素有哪些?

(2)假设收、发端的时钟准确,相互无偏差,支路1,2的延时范围分别为 [△min, △max]和[δmin, δmax],且δmin<△min,δmax>△max,给出保证视频和音频数据流在接收端能同步播放的起始时间。

(3)如果在播放过程中,发现音频流超前于视频流,你建议如何调整?

答:

(1)延时抖动?

收、发时钟的频率偏差?

不同的采集起始时间、传输延时的不同(多个信源)?

不同的起始播放时间(多个信宿)?

网络传输过程中导致(数据丢失、传输条件变化等)

(2)假设收、发端的时钟准确,相互无偏差,支路1,2的延时范围分别为 [△min, △max]和[δmin, δmax],且δmin<△min,δmax>△max,给出保证视频和音频数据流在接收端能同步播放的起始时间。

答案:延迟δmax-δmin播放。

调整方法:以一条流为主流master加快/降低另外流(从流,slave)的时钟频率,或增加/删去另外流的数据

(3)答案:加快或延迟视频的播放速度。

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第7章

1.目前,在支持高质量分布式多媒体应用中,网络还存在哪些局限?

答:PPT6 PAGE2

BOOK PAGE185

①带宽仍然是高性能计算机互连,特别是Internet网和无线网上开展分布式计算、分布式多媒体服务的瓶颈。

②网络延迟时间难以预测。因采用存储转发机制和变长信息包,报文交换延迟长,等待延迟过长。

③共享信道网络,特别是局域网,带宽较充足(WLAN、3G等也不足),但难以保证传输实时性。

④电路交换电信网提供的带宽和代价不能开展高质量的多媒体传输,无法适配各种速率的业务。

⑤网络路由选择的限制。在IP网中,路由速度已经成为通信瓶颈。

⑥用户宽带接入仍不能满足高质量多媒体传输需要。

2.举例说明,分布式多媒体应用需要高速网络提供的支持。

答:BOOK PAGE186

解答:

多媒体传输需要高速网络提供支持:

1.带宽要求高:单声道CD质量音频,带宽128-192Kbps;VCD质量视频,带宽1.5Mbps。

2.实时性要求高:CD质量音频和VCD质量视频,网络传输延时与延时抖动:<100ms。即使有足够的带宽,也很难保证实时性。(包交换、共享、VBR突发)。

3.对于CSCW类的应用,端到端传输延时要求很高,而对V oD类应用,对主干网的带宽要求很高,如同时支持200路点播MPEG-1流的系统,其带宽要求为300Mbps。

4.传统的数据通信对性能保证考虑不多。分布式多媒体的应用要求高速交互式网络提供服务质量(QoS)的保证。

5.多媒体传输网必须是双向的且应支持多播。

6.允许一定的传输误差,但要求应用进行差错控制。

补充:PPT08 No.1。可举VCD视频:带宽、低延迟( 抖动)参数;性能:多播、双向。3.幀中继和X.25有何异同?其优缺点是什么?

答:PPT6 PAGE7

BOOK PAGE192

解答:

帧中继是以X.25分组交换为基础,面向连接的分组交换和统计复用的主流组网技术,特别适合基于IP的LAN间互联,是一种相对较新的广域网技术。

(1)对用户数据采用透明传输,对用户数据进行错误CRC检验,一旦出错,帧丢弃,但不提

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(2)

(3)网内提供带宽管理、拥塞管理和PVC

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(4)帧中继业务是在用户—网络接口(UNI)之间提供用户信息流的双向传送,并保持原顺序不变的一种承载业务。

(5)用户信息流以帧为单位在网络内传送,UNI之间以虚电路进行连接,对用户信息流进行

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(6) 提供永久虚拟电路(PVC)和交换虚拟电路(SVC)。PVC在帧中继终端用户间建立固定的虚拟电路连接,在其上提供数据业务。

补充:优:协议简单,有带宽管理和拥塞控制。缺:无差错控制、带宽稍低。

4.光纤的下述优点_(1)(2)_使其成为发展支持分布式多媒体应用的高速网络的最具潜力的技术。

(1)高速、宽带 (2)低衰减(3)无电磁泄漏,保密性好 (4)体积小,重量轻。

BOOK PAGE187

答案:1、2.

5.子速率汇集和光接口转换是(1)OUT的功能,光波长上/下路和光分插复用是(3)OADM的功能。

PPT6 PAGE18

6.全光IP是将来的发展方向。目前,IP Over 交换WDM主要有哪些交换技术?目前还难以实现的是什么?

答:光突发交换OBS:交换粒度介于电路交换(波长)与包交换之间,以突发分组为单位,交换时间豪秒级。承载的是大型数据分组。

光标签交换OLS:与MPLS相似,通过提取、更换光标签来实现用户光信息的路由选择或交换,将路由计算和光负载传输分开。但它不支持基于目的地址的分组转发。

光分组交换OPS:与传统的IP路由一致,交换粒度小,要求光开关的时间达到纳秒级,光逻辑器件和缓存器件也不成熟。PPT6 PAGE22

补充:目前光分组交换难以实现。

7. IP交换是IP网络的_(3) 路由_ 技术.

8.ATM网络对保障QoS有重要意义的流量控制功能,主要由_连接接纳控制CAC_和_用户参数UPC_实现。PPT7 PAGE11

9.实现ATM的CBR服务的适配层是_AAL1_,实现VBR-RT业务的适配层是_AAL2_。PPT7 PAGE14

10.ADSL使用普通电话线传输高速数据信号,它主要使用了自适应数字滤波技术对信号进行_回波抑制__和_均衡_ 处理。

11.TD-LTE使用了_传输使用OFDM正交频分复用_和_MIMO多入多出智能多天线技术_等

关键技术, 使4G无线通信的下行通信速率达到了_100Mbps_。PPT7 PAGE36

12.解释下述术语:AdHoc、WiFi、Mesh。

答:Ad hoc网络是一种特殊的无线移动网络。网络中所有结点的地位平等,无需设置任何的中心控制结点。网络中的结点不仅具有普通移动终端所需的功能,而且具有报文转发能力。Wi-Fi是一种能够将个人电脑、手持设备(如Pad、手机)等终端以无线方式互相连接的技术。Wi-Fi是一个无线网路通信技术的品牌,由Wi-Fi联盟(Wi-Fi Alliance)所持有。目的是改善基于IEEE802.11标准的无线网路产品之间的互通性。

Mesh网络即”无线网格网络”,它是一个无线多跳网络,是由ad hoc网络发展而来,是解决“最后一公里”问题的关键技术之一。

百度百科

第8章

1.试述多媒体网络通信的特点是什么?多媒体通信对网络有哪些要求?

答:BOOK PAGE223,PPT06,No.1。

(1)现有网络协议的特点

1、分层体系结构:有利于简化不同系统之间数据通信的实现,但增加了信息传输的延时。PDU与应用无关。

2、基于数据包的信息传递。协议中包有一定限制,一般不超过几千字节。因为:

(1)

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(2) 一个站点占用线路时间过长,其他站点出现长时延;

(3) 接收器缓冲区的大小可能有限制。

数据在传输时进行打包、拆包,选择路径,产生一定的时延,对大数据量的多媒体数据不适合。

3、无差错的信息校验:差错校验和校正要求很高,以增加网络延时和消耗带宽为代价。

4、流量控制:为了避免发生“拥塞崩溃”,TCP类的协议使用往返时间延迟方差估计、指数重传定时器后退、慢启动、拥塞时动态窗口调整等算法进行流量控制。

IP的流量控制基于网络传输率及可用带宽,基本上取决于网络性能。多媒体通信也要实现TCP友好,但音频、视频等连续媒体的传输速率是有一定要求的,在这种情况下,流量控制就需要新的方法。

5、超时重发的可靠性机制:多媒体没有必要(意义)。

(2)多媒体通信对网络的要求:

1.吞吐要求

网络的吞吐量就是它的有效比特率或有效带宽。多媒体通信对网络的吞吐需求具体有以下三个方面:

(1) 传输带宽要求。

(2) 存储带宽的要求。

(3)流量要求。就是网络必须有足够的吞吐能力来确保大带宽信道在延长的时间段内的有效性。

2.实时性和可靠性要求

多媒体通信的实时性要求,除了与网络速率相关,还受通信协议的影响。

3. 时空约束

在多媒体通信系统中同一对象的各种媒体之间是相互约束、相互关联的,它包括空

间上和时间上的关联及约束,多媒体通信系统必须正确反映它们之间的这种约束关系。4. 分布处理要求

从用户角度出发,对通信网期望是高速率和高带宽、多媒体化、个人通信、可靠和保密、智能化等诸多方面。

从技术角度出发,未来通信是多网合一,业务综合和多媒体化是其发展重点,但目前的现状是多网共存(如电话网、计算机网、广播电视网等),媒体各异(声、图、文等),必须针对这种情况研究如各种媒体信息分布环境下的运行,通过分布环境解决多点多人合作、远程多媒体信息服务等问题。

2.在下面列出的网络上,可以开展什么类型的分布式多媒体应用?有什么限制?

答:BOOK PAGE228。补充:会议电视。

(1)DDN数字数据网

DDN利用电信数字网的数字通道传输,提供固定或半永久连接的电路交换型链接,传输速率为n×64 kb/s(n=1~31)或更高。它的延时低,带宽较宽,适于多媒体的实时传输。但是,无论开放点对点、还是点对多点的通信,都需要网管中心来建立和释放连接,这就限制了它的服务对象必须是大型用户。

(2)100Base-T以太网。带宽高,可以开展大多数分布式多媒体应用,但是由于冲突检测,所以在高负载情况下效率严重下降。

(3)Internet网

Internet网是路由器和专线构成的数据网,它可以通过电话网、分组网和局域网接入。

Internet以其丰富的网上资源、方便的游览工具和快捷的电子邮件等特点在世界范围内迅速发展与普及。另一方面,Internet在发展初期并没有考虑在其网络中传输实时多媒体通信业务,其使用的通信协议为TCP/IPI。但是不能提供QoS保障,不适用于对实时性要求高的应用。

补充:低带宽、视频片段类应用,如IP电话、流媒体、即时通信、多媒体下载等。

3.试述为什么组播是分布式多媒体的关键技术?

答:BOOK PAGE229

答:多媒体应用一般是组通信类型,如直播、点播(通过流调度并组)、会议、协同工作。

多媒体数据量大,不适合点对点传输。

4.I Pv6在许多方面对IPv4进行了改进。其中为更好地支持实时媒体传输的改进主要有哪些?

1、扩展了地址空间(128bit)。

2、寻径更加灵活和高效。地址结构分层,减少了寻径表大小;选路扩展头使选路更有效;

3、流标签可以使一个流中的分组被区分出来,以便进行特殊处理。

4、简化了头格式。IPv6域减为6加2个地址。(IPv4:10+2)。

5、流标签:需要路由器作某种特殊处理的数据包可以通过业务等级域和流标志域来进行区分。

PPT7 PAGE4

5.R SVP协议由接收端通过预留消息信令请求各级节点预留资源。预留消息主要由Flowspec 和Filterspec组成。Flowspec用来_描述流过滤后所需通信路径的属性_,Filterspec用来_指定能够使用预留资源的数据分组_。

PPT7 PAGE14

BOOK PAGE239

6. R SVP 设计目标是工作在非连接的IP 网络上。协议是如何适应网络拓扑的动态变化的? 答:RSVP 是软状态的,必须周期性地产生PATH 和RESV 刷新消息。如果路由发生变化,可以很快失效旧路由和在新路由加入预留信息。

PPT7 PAGE19

BOOK PAGE241

7. R TP 是传输实时媒体的被广泛应用的协议,协议设计充分体现了应用层分幀(ALF )的思想。试阐述ALF 在多媒体通信中的必要性,在RTP 中是如何实现的?

答:在多媒体通信中,对数据传输过程中产生的差错如何处理是和应用密切相关的。但TCP 等协议的PDU 与上层提交的数据特征之间没有明确的关系。

解决办法是由上层应用来完成对数据流的划分,得到的数据单元称为应用数据单元ADU 。一个ADU 可能被划分为若干PDU ,但PDU 发生错误,传送层能判断属于哪个ADU ,以便根据应用作适当处理。

RTP 定义了两类文件:格式文件,规定将某种媒体流划分为ADU 的原则以及ADU 格式;轮廓文件规定了某类应用对RTP 协议的具体使用方法。要补充些内容,如:RTP 封装的具体方法,把哪些应用层信息封装进报头或扩展包头了?如负载类型、帧类型等。网络状态的变化、 QoS 的统计如何反映给应用?应用用这些信息干什么?

PPT7 PAGE10

8. 根据率-失真原理,依据二次模型,给定编码速率R ,可以计算出最优化的_失真度D_参数。 PPT7 PAGE21

9. 在常见的国际压缩标准中,速率分配是按图像组-帧-宏块分层进行的,为什么?试述实现的基本过程(不必写出公式)??????

PPT7 PAGE23-25

1、帧层目标比特分配(MPEG-2)

复杂度预测,初始化I 、P 、B 帧加权因子。

每帧编码后更新加权因子:Xi=SiQi ,Xp=SpQp ,Xb=SbQb

其中,Si 、Sp 、Sb 分别为编码I 、P 、B 帧产生的实际比特数,Qi 、Qp 、Qb 为上一帧所用平均量化系数,Np 、Nb 为当前 GOP 中剩余P 帧和B 帧数,R 为分配给本GOP 剩余比特数,Kp 、Kb 是常数。

帧目标分配。当前GOP 中下一帧比特数Ti 、Tp 、Tb 为:

???????????????++=rate picture rate bit X K X N X K X N R T i b b b i p p p i _8_,1max

???????????????+=rate picture rate bit X K X K N N R T p b b p b p p _8_,max

???????????????+=rate picture rate bit X K X K N N R T b p p b p b b _8_,max

2、宏块目标比特预测[MPEG-4]

t n k k t k t i

t i t i t R w m w m r ∑==1).(.

其中,rti 为第i 个宏块目标比特; Rt 为本帧目标比特, n 为一帧中宏块的个数,mti 为第i 个宏块的 MAD(平均绝对误差),wti 为加权因子。

使用率-失真函数计算量化参数Q 。如使用二次模型:

R(D)=a/Q+b/Q2,Q 在1-31之间,与前一个Q 变化<25%。

10. 简述ARQ 机制对多媒体传输的影响。在多媒体通信中,如何使用ARQ?

答:ARQ 已经非常成功地应用于非实时数据的传输。由于带来延时它不适合用于实时媒体传输。

可对重传进行限制,以限制时延。如在规定时间内只允许D/RTD 次重传(D 为可接受时延、RTD 往返时延)。

也可以使用选择性重传、 无等待重传等变异的ARQ 。

PPT7 PAGE27

11. 试述MPEG-4中使用的差错隔离措施。

答:重同步:以片或固定间隔插入;数据分割:将同片内数个宏块的数据按(1)运动矢量、头(2)帧内DC 系数和AC 系数(3)帧间DC 系数和AC 系数等分别存放;头保护,HEC=1,其后是VOP 头的复制。

PPT7 PAGE28

12. I 帧自动刷新是视频编码器一种重要的容错预测机制。简述其基本思想。

答:在运动区域或在敏感度较高的区域插入更多的I 帧宏块来消除预测编码的误码扩散。PPT7 PAGE31

由于预测编码是通过I 帧来进行差值编码的,一旦I 帧出错,基于该帧的预测编码将全部出错。 在敏感度高的区域插入更多I 帧可以减小每个I 帧所影响的范围,增加容错性。

13. NEWPRED 是MPEG-4中使用的_参考图/帧选择_差错控制技术,H.264中使用预测丢失宏块的运动矢量技术来进行时域误码掩盖。

PPT7 PAGE32

第二空错误:答案:预测丢失宏块的运动矢量。参ppt07 No.35。

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