免费智能真题库 > 历年试卷 > 信息处理技术员 > 2012年下半年 信息处理技术员 上午试卷 综合知识
第30题      
知识点   采样   量化   语音   信号
关键词   采样频率   声道   数据   信号   语音   采样      分类   多媒体信息处理       

 
语音信号采样频率为10kHz,若量化精度为8位,双声道输出,则每秒钟的数据量约为(30) KB。
 
 
  A.  9.77
 
  B.  19.53
 
  C. 

80

 
  D.  156.25
 
 
 

 
  第48题    2020年下半年  
   20%
下列选项中,支持动画的图像存储格式是( )。
  第15题    2020年下半年  
   41%
关于矢量图的说法,不正确的是( )。
  第30题    2013年上半年  
   66%
下列关于媒体的叙述中,不正确的是(30)。
 


   知识点讲解    
   · 采样    · 量化    · 语音    · 信号
 
       采样
        采样是指每隔一定时间间隔,取模拟信号的当前值作为样本,该样本代表了模拟信号在某一时刻的瞬时值。这样,就变连续的模拟信息为离散信号。采样技术依据奈奎斯特取样定理:如果采样速率大于模拟信号最高频率的2倍,则可以用得到的样本空间恢复原来的模拟信号。
 
       量化
        经过FDCT变换后的系数,其数值变化较多,不利于编码。为了将系数数值映射到更小的取值范围,可以使用量化(quantisation)实现。通过量化可以减小非0系数的幅度和增加0值系数的数目。当然,量化也是导致图像质量下降的主要原因。
        JPEG的有损压缩算法使用均匀标量量化器进行量化,量化步距是按照系数所在的位置和每种颜色分量的色调值确定的。
        由于人眼对亮度信号比对色差信号更敏感,因此JPEG编码中使用了亮度量化表和色差量化表两种标准的量化表,参见下1表和下2表。此外,由于人眼对低频分量的图像比对高频分量的图像更敏感,因此表中的左上角的量化步距要比右下角的量化步距小。
        
        亮度量化值表
        
        色差量化值表
        量化的具体计算公式如下。
        
        其中,Squ,v)为量化后的结果,Fuv)为FDCT系数,Quv)为量化表中的数值,round为舍入取整函数。
 
       语音
        在VR系统中,语音的输入、输出也很重要,这就要求虚拟环境能听懂人的语言,并能与人实时交互。而让计算机识别人的语音是相当困难的,因为语音信号和自然语言信号具有多边性和复杂性。例如,连续语音中的词与词之间没有明显的停顿,同一词、同一字的发音受前后词、字的影响,不仅不同人说同一词会有所不同,同一人的发音也会受到心理、生理和环境的影响而有所不同。
        使用人的自然语言作为计算机输入目前存在两个问题,首先是效率问题,为便于计算机理解,输入的语音可能会相当烦琐。其次是正确性问题,计算机理解语音的方法是对比匹配,但没有人的智能。
 
       信号
        任务间同步的另一种方式是异步信号。在两个任务之间,可以通过相互发送信号的方式,来协调它们之间的运行步调。
        所谓的信号,指的是系统给任务的一个指示,表明某个异步事件已经发生了。该事件可能来自于外部(如其他的任务、硬件或定时器),也可能来自于内部(如执行指令出错)。异步信号管理允许任务定义一个异步信号服务例程ASR(Asynchronous Signal Routine),与中断服务程序不同的是,ASR是与特定的任务相对应的。当一个任务正在运行的时候,如果它收到了一个信号,将暂停执行当前的指令,转而切换到相应的信号服务例程去运行。不过这种切换不是任务之间的切换,因为信号服务例程通常还是在当前任务的上下文环境中运行的。
        信号机制与中断处理机制非常相似,但又各有不同。它们的相同点是:
        .都具有中断性:在处理中断和异步信号时,都要暂时地中断当前任务的运行;
        .都有相应的服务程序;
        .都可以屏蔽响应:外部硬件中断可以通过相应的寄存器操作来屏蔽,任务也能够选择不对异步信号进行响应。
        信号机制与中断机制的不同点是:
        .中断是由硬件或特定的指令产生,而信号是由系统调用产生;
        .中断触发后,硬件会根据中断向量找到相应的处理程序去执行;而信号则通过发送信号的系统调用来触发,但系统不一定马上对它进行处理;
        .中断处理程序是在系统内核的上下文中运行,是全局的;而信号处理程序是在相关任务的上下文中运行,是任务的一个组成部分。
        实时系统中不同的任务经常需要互斥地访问共享资源。当任务试图访问资源时被正使用该资源的其他任务阻塞,可能出现优先级反转的现象,即当高优先级任务企图访问已被某低优先级任务占有的共享资源时,高优先级任务必须等待直到低优先级任务释放它占有的资源。如果该低优先级任务又被一个或多个中等优先级任务阻塞,问题就更加严重。由于低优先级任务得不到执行就不能访问资源、释放资源。于是低优先级任务就以一个不确定的时间阻塞高优先级的任务,导致系统的实时性没有保障。下图为是一个优先级反转的示例。
        
        一个优先级反转的示例
        如上图所示,系统存在任务1、任务2、任务3(优先级从高到低排列)和资源R。某时,任务1和任务2都被阻塞,任务3运行且占用资源R。一段时间后,任务1和任务2相继就绪,任务1抢占任务3运行,由于申请资源R失败任务1被挂起。由于任务2的优先级高于任务3,任务2运行。由于任务3不能运行和释放资源R,因此任务1一直被阻塞。极端情况下,任务1永远无法运行,处于饿死状态。
        解决优先级反转问题的常用算法有优先级继承和优先级天花板。
               优先级继承协议
               L. Sha、R. Rajkumar和J. P. Lehoczky针对资源访问控制提出了优先级继承协议(Priority Inheritance Protocol,PIP)。
               PIP协议能与任何优先级驱动的抢占式调度算法配合使用,而且不需要有关任务访问资源情况的先验知识。优先级继承协议的执行方式是:当低优先级任务正在使用资源,高优先级任务抢占执行后也要访问该资源时,低优先级任务将提升自身的优先级到高优先级任务的级别,保证低优先级任务继续使用当前资源,以尽快完成访问,尽快释放占用的资源。这样就使高优先级任务得以执行,从而减少高优先级任务被多个低优先级任务阻塞的时间。低优先级任务在运行中,继承了高优先级任务的优先级,所以该协议被称作优先级继承协议。
               由于只有高优先级任务访问正被低优先级任务使用的资源时,优先级继承才会发生,在此之前,高优先级任务能够抢占低优先级任务并执行,所以优先级继承协议不能防止死锁,而且阻塞是可以传递的,会形成链式阻塞。另外,优先级继承协议不能将任务所经历的阻塞时间减少到尽可能小的某个范围内。最坏情况下,一个需要μ个资源,并且与v个低优先级任务冲突的任务可能被阻塞min(μ,v)次。
               优先级冲顶协议
               J. B. Goodenough和L. Sha针对资源访问控制提出了优先级冲顶协议(Priority Ceiling Protocol,PCP)。
               PCP协议扩展了PIP协议,能防止死锁和减少高优先级任务经历的阻塞时间。该协议假设所有任务分配的优先级都是固定的,每个任务需要的资源在执行前就已确定。每个资源都具有优先级冲顶值,等于所有访问该资源的任务中具有的最高优先级。任一时刻,当前系统冲顶值(current priority ceiling)等于所有正被使用资源具有的最高冲顶值。如果当前没有资源被访问,则当前系统冲顶值等于一个不存在的最小优先级。当任务试图访问一个资源时,只有其优先级高于当前系统冲顶值,或其未释放资源的冲顶值等于当前系统冲顶值才能获得资源,否则会被阻塞。而造成阻塞的低优先级任务将继承该高优先级任务的优先级。
               已经证明,PCP协议的执行规则能防止死锁,但其代价是高优先级任务可能会经历优先级冲顶阻塞(Priority ceiling blocking)。即高优先级任务可能被一个正使用某资源的低优先级任务阻塞,而该资源并不是高优先级任务请求的。这种阻塞又被称作回避阻塞(avoidance blocking),意思是因为回避死锁而引起的阻塞。即使如此,在PCP协议下,每个高优先级任务至多被低优先级任务阻塞一次。使用PCP协议后,能静态分析和确定任务之间的资源竞争,计算出任务可能经历的最大阻塞时间,从而能分析任务集合的可调度性。在PCP协议下,高优先级任务被阻塞时会放弃处理器,因此,访问共享资源的任务可能会产生4次现场切换。


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