音视频面试题集锦第 32 期｜面试官针对编解码方向的问题

分享来自音视频技术社群关键帧的音视频开发圈的音视频面试题集锦第 32 期内容。

本期给大家挑选了一些我们的音视频技术面试官在面试中往编解码方向深入考察的问题，其中每题都给出了考察重点、参考答案、评分要点，大家在面试中可以参考。

1、请详细解释 H.264 编码中的熵编码方式（CAVLC 和 CABAC），它们的区别和适用场景是什么？

2、解释 H.264/H.265 中的帧内预测模式，以及它们在编码器优化中的应用？

3、请详细解释 H.265 中的 CTU 和 CU 结构，以及它们对编码效率的影响？

4、在视频编码中，如何实现和优化运动估计算法？

5、请解释音频编码中的心理声学模型，以及它在 AAC 编码中的应用？

1、请详细解释 H.264 编码中的熵编码方式（CAVLC 和 CABAC），它们的区别和适用场景是什么？

考察重点：

H.264 编码原理深度理解
熵编码算法掌握
性能和压缩率权衡意识

参考答案：

CAVLC (Context-adaptive variable-length coding) 和 CABAC (Context-adaptive binary arithmetic coding) 是两种熵编码方式：

1、CAVLC 特点：
- 基于变长编码
- 计算复杂度较低
- 压缩效率中等
- 适合 Baseline Profile
2、CABAC 特点：
- 基于算术编码
- 计算复杂度高
- 压缩效率高（比 CAVLC 提升 10-15%）
- 适合 Main/High Profile

核心区别：

// CAVLC 编码示例
struct CAVLC_Context {
    int maxNumCoeff;
    int* coeffLevel;
    int* runBefore;
    
    void encode() {
        // 1. 计算尾零数
        // 2. 编码总系数和尾零
        // 3. 编码系数大小
        // 4. 编码零游程
    }
};

// CABAC 编码示例
struct CABAC_Context {
    int stateMPS[MAX_CTX]; // MPS概率状态
    int rangeLPS[MAX_CTX]; // LPS范围
    
    void encode() {
        // 1. 上下文建模
        // 2. 概率估计
        // 3. 算术编码
        // 4. 概率更新
    }
};

选择建议：

实时场景：优先 CAVLC
存储场景：优先 CABAC
低延迟：CAVLC
高压缩比：CABAC

评分要点：

原理理解深度 (30%)
性能差异认知 (30%)
实际应用经验 (40%)

2、解释 H.264/H.265 中的帧内预测模式，以及它们在编码器优化中的应用？

考察重点：

帧内预测基本原理
预测模式选择策略
编码器优化经验

参考答案：

帧内预测基本原理：

1、H.264 帧内预测：
- 亮度：9种模式（4×4/16×16）
- 色度：4种模式
- 基于相邻已重建像素
2、H.265 帧内预测：
- 35种角度预测模式
- DC模式和Planar模式
- 支持多种块大小（4×4到64×64）

优化策略：

class IntraPrediction {
private:
    float evaluateMode(int mode, Block* block) {
        float cost = 0;
        // RD cost 计算
        cost = calculateRDCost(mode, block);
        // 考虑相邻块使用的模式
        cost += getModePenalty(mode, neighborModes);
        return cost;
    }
    
    int fastModeDecision(Block* block) {
        // 快速模式选择算法
        int bestMode = 0;
        float minCost = FLT_MAX;
        
        // 1. 粗筛选：基于边缘检测
        vector<int> candidateModes = getEdgeBasedModes(block);
        
        // 2. 精筛选：RD cost对比
        for (int mode : candidateModes) {
            float cost = evaluateMode(mode, block);
            if (cost < minCost) {
                minCost = cost;
                bestMode = mode;
            }
        }
        return bestMode;
    }
};

3、优化技巧：
- 基于边缘检测的模式筛选
- RD cost快速计算
- 相邻块模式关联性利用
- SIMD 指令优化预测计算

评分要点：

预测原理理解 (30%)
优化方案设计 (40%)
实践经验分享 (30%)

3、请详细解释 H.265 中的 CTU 和 CU 结构，以及它们对编码效率的影响？

考察重点：

H.265 编码结构理解
块划分策略掌握
性能优化经验

参考答案：

1、基本概念：
- CTU (Coding Tree Unit)：最大 64×64
- CU (Coding Unit)：可递归四叉树分割
- PU (Prediction Unit)：预测单元
- TU (Transform Unit)：变换单元
2、划分策略：

class CodingTreeUnit {
    void split(CTU* ctu) {
        if (shouldSplit(ctu)) {
            // 四叉树分割
            for (int i = 0; i < 4; i++) {
                CU* subCU = splitIntoCU(ctu, i);
                analyzeCU(subCU);
            }
        } else {
            // 作为单个CU编码
            encodeCU(ctu);
        }
    }
    
    bool shouldSplit(CTU* ctu) {
        // 分割决策因素：
        // 1. 图像复杂度
        float complexity = calculateComplexity(ctu);
        // 2. 运动剧烈程度
        float motion = estimateMotion(ctu);
        // 3. 码率约束
        float rateCost = estimateRateCost(ctu);
        
        return evaluateSplitDecision(complexity, motion, rateCost);
    }
};

3、性能影响：
- 灵活的块大小适应
- 更精确的预测单元
- 计算复杂度提升
- 压缩率提升15-30%
4、优化建议：
- 自适应深度控制
- 快速分割决策
- 并行处理优化
- 硬件加速支持

评分要点：

结构原理理解 (30%)
优化策略掌握 (40%)
实践经验分享 (30%)

4、在视频编码中，如何实现和优化运动估计算法？

考察重点：

运动估计算法原理
优化策略设计
实际实现经验

参考答案：

1、基本算法实现：

class MotionEstimation {
private:
    // 运动搜索范围
    int searchRange;
    // 块大小
    int blockSize;
    
    // 三步搜索法
    MotionVector threeStepSearch(MacroBlock* cur, MacroBlock* ref) {
        Point center(0, 0);
        int step = searchRange / 2;
        
        while (step >= 1) {
            Point bestPoint = searchPoints(cur, ref, center, step);
            center = bestPoint;
            step /= 2;
        }
        return MotionVector(center);
    }
    
    // 钻石搜索
    MotionVector diamondSearch(MacroBlock* cur, MacroBlock* ref) {
        // 大钻石模式
        Point center = largeDiamondSearch(cur, ref);
        // 小钻石模式
        return smallDiamondSearch(cur, ref, center);
    }
};

2、优化策略：
- 早停机制
- 预测器优化
- 搜索模式自适应
- 多分辨率搜索
3、硬件加速：
- SIMD 指令优化
- GPU 并行计算
- 专用硬件加速
4、评价指标：
- SAD/SSD 计算
- 计算复杂度
- 编码效率
- 运动矢量代价

评分要点：

算法理解深度 (30%)
优化方案完整性 (40%)
实现经验 (30%)

5、请解释音频编码中的心理声学模型，以及它在 AAC 编码中的应用？

考察重点：

心理声学原理
AAC 编码器实现
音质优化经验

参考答案：

1、心理声学模型原理：
- 听觉掩蔽效应
- 绝对听阈
- 临界带宽
- 时域掩蔽
2、AAC 实现：

class PsychoacousticModel {
    struct CriticalBand {
        float startFreq;
        float endFreq;
        float energy;
    };
    
    void calculateMaskingThreshold() {
        // 1. FFT 分析
        vector<float> spectrum = performFFT(signal);
        
        // 2. 临界带划分
        vector<CriticalBand> bands = getBands(spectrum);
        
        // 3. 掩蔽计算
        for (auto& band : bands) {
            // 音调识别
            bool isTonal = detectTonal(band);
            // 掩蔽曲线计算
            float maskingCurve = calculateMasking(band, isTonal);
            // 全局掩蔽阈值
            updateGlobalThreshold(maskingCurve);
        }
    }
};