UNIVERSITÄT ZU LÜBECK Institut für Signalverarbeitung und Prozessrechentechnik PD Dr. Ulrich G. Hofmann, Dipl.-Inform.

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1 UNIVERSITÄT ZU LÜBECK Institut für Signalverarbeitung und Prozessrechentechnik PD Dr. Ulrich G. Hofmann, Dipl.-Inform. Christian Kier Scheinklausur Sommersemester 2008 Grundlagen der Multimediatechnik am 8. August Die Bearbeitungszeit beträgt insgesamt 90 Minuten. 2. Es werden maximal 108 Punkte vergeben. 3. Es sind keine Hilfsmittel zugelassen. 4. Beantworten Sie alle Aufgaben auf den vorliegenden Aufgabenblättern! 5. Die Aufgabenstellung umfasst ohne dieses Deckblatt 12 Seiten. 6. Bei der Verwendung von Matlab-Code in der Antwort erhalten Sie umso mehr Punkte, je detaillierter Sie das Programm ausformulieren. Wenn Sie aus Zeit- oder sonstigen Gründen das Programm weniger detailliert erstellen wollen, können Sie für einzelne Teile (nicht-existente) Funktionen verwenden. Geben Sie in diesem Fall aber genau an, welche Ein- und Ausgabeparameter die Funktion hat und was genau sie macht. 7. Bitte lesen Sie die Fragen sehr genau durch, bevor Sie sie beantworten! Viel Erfolg! Nachname Vorname Matrikelnummer Studiengang Fachsemester Punktezahl Aufg. 1 Aufg. 2 Aufg. 3 Aufg. 4 Aufg. 5 Aufg. 6 Aufg. 7 Gesamtp.

2 Aufgabe 1: Grundlagen a) Welche Eigenschaften machen ein System zur Verarbeitung mehrerer Medien zu einem Multimedia-System? (3 P.) b) Kreuzen Sie an, wobei es sich um Multimedia-Anwendungen handeln kann. (3 P.) Videokonferenz MP3-Player Voice-over-IP Computerspiel Gruppenarbeitssoftware c) Bringen Sie folgende Ereignisse in der Geschichte des Fernsehens durch Nummerierung in die richtige Reihenfolge. (4 P.) NTSC Norm Braun sche Röhre, K. F. Braun PAL Norm Patent für elektrisches Teleskop, P. Nipkow HDTV Norm Farbfernsehen in Deutschland Erste Bildübertragung in Deutschland, A. Korn Farb-Kathodenstrahlröhre, W. Flechsig Seite: 1 von 12

3 d) Ordnen Sie folgende Übertragungsmedien anhand ihrer maximalen Übertragungskapazität aufsteigend. (3 P.) Fast Ethernet ISDN FDDI Ultra-Fast Ethernet Bluetooth Universal Serial Bus 2.0 e) Kommunikation und Multimedia (2 P.) richtig falsch Kommunikation ist der Austausch von Information mittels eines gemeinsamen Zeichenvorrats. Die digitale Repräsentation von Information ist Vorraussetzung für die gemeinsame Verarbeitung, Speicherung und Transfer von Medien. Seite: 2 von 12

4 Aufgabe 2: Digitalisierung a) Übertragungskanäle (2 P.) richtig falsch Das Signal-Rausch-Verhältnis eines analogen Kanals ist beschränkt. Das Signal-Rausch-Verhältnis eines digitalen Kanals ist beschränkt. b) Spektralanalyse (2 P.) richtig falsch Das Spektrum eines analogen Signals s(t) enthält die Gewichte der Rechtecksignale unterschiedlicher Frequenz und Phase, die in s(t) enthalten sind. Die X-Achse eines Spektrums ist kontinuierlich. c) Sampling (3 P.) richtig falsch Die vom Betrag her maximale Frequenz eines Signals bezeichnet man als Grenzfreuenz. Als Aliasing bezeichnet man das beim Sampling auftretende Mapping hoher Frequenzen unter die Grenzfrequenz. Bei der Tiefpass-Filterung geht Information verloren. d) Wie lautet das Sampling-Theorem? (3 P.) Seite: 3 von 12

5 e) Quantisierung (2 P.) richtig falsch Quantisierung ist Teil der Digitalisierung eines Signals. Die Quantisierung mit k bit teilt den Dynamikbereich eines Signals in M = 2 k 1 Intervalle. f) Quantisierungsrauschen, Signal-Rausch-Verhältnis (SNR q ) (2 P.) richtig falsch SNR q = 20 log ( ) D db = 20 log(2 k )db k 6dB Seite: 4 von 12

6 Aufgabe 3: Audio a) Nennen Sie vier anatomische Bestandteile des menschlichen Ohrs. (4 P.) b) Geben Sie für die folgenden Bezeichnungen die Frequenzbereiche in Hertz an: Infraschall, Hyperschall, Ultraschall, hörbarer Schall (2 P.) c) Akustische Wahrnehmung (4 P.) richtig falsch Die räumliche Winkelauflösung des Ohrs basierend auf dem Lauflängenunterschied des gehörten Signals beträgt bis zu 270. Das zeitliche Maskierungsphänomen des Ohrs führt dazu, dass leise Töne unmittelbar vor einem lauten Ton nicht gehört werden. Das zeitliche Maskierungsphänomen des Ohrs führt dazu, dass leise Töne unmittelbar nach einem lauten Ton nicht gehört werden. Die Übertragung der empfangenen akustischen Informationen vom Ohr zum Gehirn erfolgt im Frequenzbereich. d) Was sind die drei wesentlichen Bestandteile eines verlustbehafteten Audiocoders? (3 P.) Seite: 5 von 12

7 Aufgabe 4: Visuelle Wahrnehmung und Sensorik a) Welche Zellen sind an der Intensitätswahrnehmung im Auge beteiligt? (2 P.) Haar-Zellen Zapfen Stäbchen b) Visuelle Wahrnehmung (4 P.) richtig falsch Die Stäbchen sind auf der Retina ungefähr gleichverteilt. Eine für die Farbwahrnehmung verantwortliche Zelle kann direkt die eingefallene Farbinformation (Wellenlänge) an das Gehirn weiter geben. Die Wahrnehmung von Details nimmt mit zunehmender Bewegung ab. Die Wahrnehmungsschwelle einzelner Ortsfrequenzen ist kontrastabhängig. c) Ordnen Sie folgende Wellenbereiche des elektromagnetischen Spektrums nach aufsteigender Wellenlänge (4 P.) Terrestrische Fernsehübertragung Gammastrahlung rotes Licht Radar Röntgensignale UV-Licht Seite: 6 von 12

8 d) CCDs (3 P.) richtig falsch CCD steht für Charged Coupled Device. CCDs werden spaltenweise ausgelesen. CCD-Sensoren ermöglichen die Auslesung einer Region of Interest (ROI). e) Bildsensoren (3 P.) richtig falsch Farbnegativfilme werden mit zunehmender Korngrösse lichtempfindlicher. Der FOVEON-Sensor spaltet das einfallende Licht mittels Prismen in die RGB-Farbanteile. Ein CMOS-Sensor liefert für einen Bildpunkt einen Intensitätswert. Seite: 7 von 12

9 Aufgabe 5: Video a) Farbräume (5 P.) richtig falsch Im YUV-Farbraum kodieren U und V die Farbe, allerdings ohne den Intensitätsanteil. Im YUV-Farbraum repräsentiert Y den Luminanzwert. Der RGB-Farbraum kombiniert die Grundfarben durch Subtraktion. Der YCbCr-Farbraum kommt hauptsächlich in der digitalen Bildund Videobearbeitung zum Einsatz. b) Farbsignalhierarchie (4 P.) richtig falsch S-Video überträgt Luminanz- und Chrominanzsignale über zwei separate Kabel. Composite Video (ohne Audio) wird über drei separate Kabel übertragen. Als Faustformel gilt: Je mehr Kabel, desto besser die Übertragungsqualität. Um Bandbreite zu sparen, wird in vielen Videostandards der Luminanzanteil mit grösserer Frequenz abgetastet. Seite: 8 von 12

10 c) Kompressionsverfahren (4 P.) richtig falsch Kompressionsverfahren nutzen Redundanz- und Irrelevanzreduktion. DVB-T wird durch MPEG-Kodierung ermöglicht. Lauflängen- und LZW-Kodierung finden ihre Anwendung ausschliesslich in zweidimensionalen Signalen. PCM erlaubt typischerweise eine Kompression um den Faktor 3. d) JPEG-Kompression (4 P.) richtig falsch Für die JPEG-Kompression sind Basisbilder in der verwendeten Blockgrösse notwendig. JPEG basiert auf der Fast-Fourier-Transformation. Zu den typischen Kompressions-Artefakten zählt Überschwingen an starken Kanten. Die Verteilungen aller DCT-Koeffizienten ähneln einer Gauss- Verteilung. e) MPEG-Video-Kompression (3 P.) richtig falsch Bei der Bewegtbildkodierung werden für jeden Frame die Fehlerinformationen sowie die Bewegungsvektoren übertragen. Die einzelnen Frames werden nicht in chronologischer Reihenfolge kodiert. Der Kodierer arbeitet üblicherweise rekursiv. Seite: 9 von 12

11 f) Gegeben sei ein Frame einer Videosequenz und ein dazugehöriges Bewegungsvektorfeld. Erstellen Sie eine Matlab-Funktion, die daraus eine bewegungskompensierte Vorhersage des nächsten Frames zurück gibt. Berücksichtigen Sie dabei, dass ein Bildpunkt in der Vorhersage von keinem oder von mehreren Blöcken überdeckt werden kann. (8 P.) Seite: 10 von 12

12 Aufgabe 6: Netzwerkgrundlagen und -sicherheit a) Ordnen Sie die folgenden Protokolle in das ISO 7-Schichten-Modell ein. (4 P.) TCP FTP IP Ethernet b) ISO 7-Schichten-Modell (4 P.) richtig falsch Auf dem Physical Layer (1) arbeitende Protokolle sind nicht vorhanden. Sie gibt es erst ab dem Data Link Layer (2). Switches arbeiten auf dem Network Layer (3). Die Verbindung mehrerer Netzwerke erfolgt auf dem Network Layer. Die Hauptaufgabe des Transport Layer (4) ist es, Pakete weiterzuleiten (Routing). c) Netzwerksicherheit (4 P.) richtig falsch Paketfilter Firewalls verwerfen Pakete aufgrund von (IP-)Adresse, Port und/oder Protokoll. DDoS-Angriffe können durch geeignete kryptographische Protokollerweiterungen verhindert werden. Ein- und ausgehender Datenverkehr der demilitarisierten Zone (DMZ) unterliegt normalerweise starken Beschränkungen. NAT funktioniert nur in Verbindung mit privaten IP-Adressen (z.b x.x). Seite: 11 von 12

13 Aufgabe 7: Spiel-Engines a) Definieren Sie eine Spiel-Engine. (3 P.) b) Nennen Sie drei Bestandteile einer Spiel-Engine (3 P.) c) Welche einfachen Beleuchtungsarten existieren unter DirectX 9.0c? (2 P.) Spotlicht Flutlicht Punktlicht Sonnenlicht d) Welche der folgenden Texturarten existieren tatsächlich? (2 P.) Cube-Textur Terrain-Textur Sky-Textur Environment-Textur Seite: 12 von 12