数字媒体技术导论期末考试试卷及参考答案

数字媒体技术导论期末考试试卷及参考答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.在数字图像处理中，将连续色调的灰度图像转换为二值图像最常用的算法是A.拉普拉斯锐化B.最大类间方差法（Otsu）C.直方图均衡化D.高斯模糊答案：B解析：Otsu算法通过统计直方图自动寻找最佳阈值，使类间方差最大，从而将灰度图转为二值图，无需人工设定阈值，鲁棒性高。2.下列关于MPEGDASH协议的说法正确的是A.仅支持MP4封装格式B.采用固定码率传输C.通过MediaPresentationDescription文件描述分片信息D.无法与CDN结合答案：C解析：DASH的核心是MPD文件，以XML形式描述时段、码率、分片地址，支持任意封装格式（fMP4、TS），自适应码率，天然兼容CDN。3.在RGB色彩空间向YCbCr色彩空间转换时，Cb分量计算主要与哪两个原色有关A.R与GB.G与BC.R与BD.R与Y答案：C解析：Cb=0.564(B−Y)，其中Y=0.299R+0.587G+0.114B，因此Cb与R、B的差值直接相关。4.WebGL中，若顶点着色器声明为attributevec3position;，则JavaScript端向该变量传值应使用A.gl.uniformMatrix4fvB.gl.vertexAttribPointerC.gl.activeTextureD.gl.drawElements答案：B解析：attribute变量属于顶点数据，需绑定缓冲区后调用vertexAttribPointer指定格式与偏移，uniform用于常量传值。5.在数字音频中，44.1kHz采样率对应的奈奎斯特频率为A.44.1kHzB.22.05kHzC.48kHzD.20kHz答案：B解析：奈奎斯特定理指出，采样率必须大于信号最高频率两倍，因此44.1kHz可还原最高22.05kHz分量。6.下列哪项不是H.265/HEVC相比H.264/AVC新增的核心编码工具A.32×32整数变换B.样点自适应补偿（SAO）C.上下文自适应二进制算术编码（CABAC）D.四叉树划分结构（CTU）答案：C解析：CABAC在H.264HighProfile已引入，HEVC继续沿用；其余三项为HEVC新增，显著提升压缩率。7.在三维网格模型中，用于描述顶点邻接关系的数据结构是A.八叉树B.半边结构（HalfEdge）C.KDTreeD.四叉树答案：B解析：半边结构以有向边为核心，每条边拆成两条方向相反半边，可快速遍历顶点、边、面，是流形网格常用结构。8.关于数字水印透明性指标，通常采用A.误码率B.峰值信噪比（PSNR）C.结构相似性（SSIM）D.直方图交集答案：C解析：SSIM更符合人眼视觉系统，对亮度、对比度、结构变化敏感，PSNR仅基于像素差，难以反映主观质量。9.在Unity引擎中，使摄像机仅渲染某一层物体的命令是A.Camera.clearFlagsB.Camera.cullingMaskC.Camera.fieldOfViewD.Camera.depth答案：B解析：cullingMask为32位层遮罩，按位与运算决定哪些层被剔除，实现选择性渲染。10.下列关于区块链在数字版权保护中的应用，错误的是A.利用智能合约自动分账B.链上直接存储4K原始视频C.哈希指纹可唯一标识内容D.时间戳提供创作先后证明答案：B解析：链上存储成本极高，通常只存哈希与元数据，原始内容仍存于IPFS或中心化云，链上仅保留不可篡改的指纹。二、填空题（每空2分，共20分）11.在JPEG压缩流程中，DCT变换后系数矩阵左上角第一个元素称为________系数，其值代表图像块的________信息。答案：直流（DC），平均亮度解析：DC系数为DCT(0,0)，等于8×8块像素均值乘以8，代表平均亮度；其余63个为交流（AC）系数。12.若一幅1024×768的24位真彩图像未经压缩，其文件大小约为________MB（保留两位小数）。答案：2.25解析：1024×768×3B=2359296B≈2.25MB。13.WebRTC中用于NAT穿透的关键协议缩写为________。答案：ICE解析：InteractiveConnectivityEstablishment整合STUN与TURN，通过收集候选地址实现P2P穿透。14.在OpenGL渲染管线中，________测试发生在片段着色器之后、混合之前，用于丢弃被遮挡的片段。答案：深度（Depth）解析：深度测试利用ZBuffer比较片段深度，决定可见性，减少不必要混合计算。15.根据奈奎斯特采样定理，若信号最高频率为20kHz，则理论上最低采样频率应为________kHz。答案：40解析：fs≥2fmax，20kHz×2=40kHz，实际应用中留10%guardband，故CD采用44.1kHz。16.在数字视频编码中，GOP全称为________，其长度越长，压缩效率越________，但编辑时随机访问越困难。答案：GroupofPictures，高解析：长GOP减少I帧比例，提升压缩率，但需从I帧顺序解码，拖慢seek速度。17.在颜色科学中，CIE1931色度图的横纵坐标分别为________与________。答案：x，y解析：由XYZ三刺激值归一化得到x=X/(X+Y+Z)，y=Y/(X+Y+Z)，用于可视化可见色域。18.在数字音频工作站（DAW）中，将44.1kHz项目强制导出为48kHz时，需采用________算法防止音高变化。答案：采样率转换（SRC）/重采样解析：通过插值与低通滤波实现频率域缩放，保持时域长度与音高不变。19.在MPEG4Part14标准中，用于存储3D网格动画的轨道类型缩写为________。答案：hint解析：hinttrack不存媒体数据，而存打包指令，指导流媒体服务器如何发送3D网格帧。20.在数字图像取证中，通过检测________噪声不一致性可定位合成篡改区域。答案：CFA（ColorFilterArray）解析：数码相机传感器前存在CFA，插值引入周期性相关噪声，篡改会破坏该模式。三、判断改错题（每题2分，共10分，先判断对错，若错则划线改正）21.HEVC的CTU最大尺寸为64×64像素，且不可再细分。答案：错，"不可再细分"改为"可递归划分为CU、PU、TU"。解析：CTU为根节点，可继续四叉树划分，灵活适应内容复杂度。22.在WebGL2.0中，纹理单元数量最少为32个。答案：错，"32"改为"16"。解析：WebGL2.0规范保证至少16个纹理单元，实际硬件可更多，但需查询MAX_COMBINED_TEXTURE_IMAGE_UNITS。23.数字签名采用对称加密算法确保消息完整性。答案：错，"对称"改为"非对称"。解析：签名使用私钥加密摘要，公钥验证，属非对称机制；对称加密无法提供不可抵赖性。24.在Unity的URP管线中，TileBasedDeferredLighting主要减少CPUDrawCall。答案：错，"CPUDrawCall"改为"GPU带宽与光照计算"。解析：TileBased将屏幕分块，块内共享光源列表，减少GBuffer读取与光照计算，降低GPU带宽。25.在数字水印中，扩频技术通过将水印能量分散到多个频率系数以提高鲁棒性。答案：对解析：扩频利用伪随机序列调制水印，能量低且分布广，难以被攻击者集中去除。四、简答题（每题8分，共24分）26.简述基于深度学习的图像超分辨率重建流程，并说明感知损失与像素损失的区别。答案：流程：(1)数据准备：收集高分辨率（HR）图像，降质得到低分辨率（LR）图像对；(2)网络设计：采用ESRGAN或RealESRGAN生成器，含残差块与上采样子像素卷积；(3)损失函数：联合像素损失（L1/L2）与感知损失（VGG特征空间）；(4)训练策略：先以L1预训练，再引入对抗损失与感知损失微调；(5)评估：用PSNR、SSIM、LPIPS及主观MOS评分。区别：像素损失直接计算重建图与真值逐像素差，易产生过度平滑；感知损失在预训练VGG的relu层提取特征，强调纹理与语义相似，使边缘与细节更自然，但可能引入伪影。27.说明实时阴影映射（ShadowMapping）中走样原因，并给出两种改进算法及其核心思想。答案：走样原因：(1)阴影图分辨率有限，多个屏幕像素映射到同一阴影纹素，导致锯齿；(2)透视走样：近大远小使远处阴影纹素覆盖过多屏幕像素；(3)自阴影：数值精度误差造成表面acne。改进算法：(1)CascadedShadowMaps（CSM）：将视锥体沿Z方向分层，每层独立生成阴影图，近景高分辨率、远景低分辨率，均衡纹素密度；(2)VarianceShadowMaps（VSM）：存储深度与深度平方，利用切比雪夫不等式估计遮挡概率，支持线性过滤与软阴影，减少锯齿。28.概述NFT在数字艺术品确权中的技术流程，并指出其潜在环保争议与解决思路。答案：流程：(1)艺术家将作品哈希上传至IPFS，返回内容标识符CID；(2)调用智能合约mint函数，将CID、作者地址、时间戳写入链上；(3)市场平台读取链上元数据，展示作品；(4)交易时，合约转移Token所有权，版税自动分账。争议：以太坊PoW机制能耗高，单笔交易约等于家庭数日用电。解决：(1)迁移至PoS链（如Ethereum2.0、Polygon），能耗降低99%；(2)采用侧链或Rollup批量结算，减少主链交互；(3)购买碳抵消证书，实现碳中和。五、计算与推导题（共26分）29.（10分）已知某视频序列分辨率为1920×1080，帧率30fps，色度采样4:2:0，每像素10bit，若采用H.265压缩后平均码率为6Mbps，求压缩比（以原始码率与压缩码率之比表示，结果取整数）。答案：原始码率=1920×1080×(1+0.5)×10×30=933120000bit/s=933Mbps压缩比=933/6≈156解析：4:2:0下色度为亮度一半，总采样系数1.5；10bit深度；帧率30；单位统一为Mbps后相除。30.（8分）设一维信号f(x)=[2,5,8,11]，用Daubechies4小波进行一级分解，已知低通滤波器系数h=[0.483,0.837,0.224,0.129]，高通系数g=[0.129,0.224,0.837,0.483]，采用周期延拓，求近似系数cA与细节系数cD（保留三位小数）。答案：周期延拓后信号为[2,5,8,11,2,5]cA[0]=0.483×2+0.837×5+0.224×80.129×11=5.300cA[1]=0.483×8+0.837×11+0.224×20.129×5=11.300cD[0]=0.129×20.224×5+0.837×80.483×11=0.300cD[1]=0.129×80.224×11+0.837×20.483×5=2.300解析：卷积后下采样2倍，得2点近似与2点细节。31.（8分）在光线追踪中，设视点E=(0,0,0)，光线方向d=(0.6,0.8,0)，球心C=(5,5,1)，半径r=3，求光线与球体的最近交点参数t（若存在）。答案：建立二次方程：a=1b=2d·(EC)=2(0.6,0.8,0)·(5,5,1)=14c=|EC|²r²=509=41判别式Δ=b²4ac=196164=32>0t=(14√32)/2≈(145.657)/2≈4.171解析：取较小t值确保最近交点，若Δ<0则无交。六、综合设计题（共30分）32.某高校拟开发一套基于Web的沉浸式三维校史馆，要求支持200并发用户通过浏览器漫游，展品包含高模文物（单模型30万三角面）、4K纹理、语音讲解与热点交互。请：(1)给出系统架构图（文字描述即可），标明关键模块与数据流；(2)针对高模文物，提出两条轻量化策略，并说明技术细节；(3)设计一种LOD切换机制，保证用户在VR模式下无感知跳变；(4)说明如何基于WebRTC实现多人语音导览，并给出信令交互流程；(5)指出潜在性能瓶颈及对应优化方案。答案：(1)架构：客户端：基于Three.js+WebXR，通过GLTFLoader流式加载；边缘节点：部署Nginx+gzip+HTTP/2，缓存静态资源；云函数：负责鉴权、信令转发、模型转码；对象存储：存放多级LOD模型、opus音频；Redis：记录房间状态、用户位置。数据流：用户→边缘缓存→客户端解析→WebGL渲染；语音→WebRTC→STUN/TURN→云函数混音→客户端播放。(2)轻量化策略：a.网格简化：采用QuadricErrorMetrics，在Blender或MeshLab将30万面减至3万面，保持UV与法向，误差阈值0.5%；b.纹理压缩：原始4KPNG→BasisUniversal，生成ETC1S+UASTC混合，