2025年大學《信息與計算科學》專業(yè)題庫——信息與計算科學中的多媒體處理技術考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項的代表字母填在題后的括號內(nèi)。）1.下列哪一項不屬于多媒體技術的固有特性？A.連續(xù)性B.交互性C.數(shù)字化D.靜態(tài)性2.用于表示連續(xù)變化的物理量，在數(shù)字化過程中通過采樣和量化轉(zhuǎn)換為離散值的技術是：A.編碼B.解碼C.量化D.采樣3.在JPEG圖像壓縮標準中，對圖像進行分塊處理，然后主要利用什么原理進行壓縮？A.哈夫曼編碼B.離散余弦變換（DCT）C.脈沖編碼調(diào)制（PCM）D.行程長度編碼（RLE）4.下列關于數(shù)字視頻的說法中，錯誤的是：A.視頻是由一系列按時間順序播放的靜態(tài)圖像（幀）組成。B.視頻壓縮通常比圖像壓縮更復雜，因為需要考慮時間和空間兩個維度。C.MPEG標準主要用于音頻和視頻的同步壓縮和傳輸。D.幀內(nèi)編碼只利用當前幀自身的信息進行壓縮，幀間編碼則利用相鄰幀之間的冗余信息。5.在多媒體數(shù)據(jù)壓縮中，衡量壓縮效果的無損壓縮指標通常是：A.壓縮比B.峰值信噪比（PSNR）C.均方誤差（MSE）D.信息熵6.下列哪種音頻編碼格式通常采用有損壓縮，并且具有較高的壓縮比，常用于網(wǎng)絡音樂流媒體？A.WAVB.AIFFC.MP3D.AAC7.在多媒體通信中，保證數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量（如延遲、抖動、帶寬）的指標是：A.丟包率B.傳輸速率C.QoS（服務質(zhì)量）D.誤碼率8.多媒體數(shù)據(jù)通常具有很大的體積，為了在網(wǎng)絡上高效傳輸，主要采用的技術手段是：A.加密B.壓縮C.加密和壓縮D.校驗9.能夠表示顏色信息的顏色模型是：A.灰度模型B.YCbCr模型C.索引模型D.RGB模型10.對圖像進行銳化處理的目的是：A.提高圖像分辨率B.增強圖像邊緣或細節(jié)C.降低圖像噪聲D.改變圖像顏色二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在橫線上。）1.多媒體技術綜合了______、文本、圖形、圖像、音頻和視頻等多種信息類型。2.數(shù)字音頻信號經(jīng)過采樣、量化和編碼后，通常使用______或______格式存儲。3.JPEG壓縮標準中，量化通常是有損的，會丟失部分圖像信息，導致壓縮比和解碼后圖像的______之間存在偏差。4.視頻壓縮標準MPEG-2主要應用于______和數(shù)字電視廣播。5.多媒體信息在計算機中通常以______形式存儲和處理。6.信息熵是衡量消息______的度量，無損失壓縮的目標是使編碼后的平均碼長接近信息的熵。7.為了在網(wǎng)絡上實時傳輸音頻或視頻，常采用______技術，將數(shù)據(jù)分成小的包進行傳輸。8.在彩色圖像處理中，將RGB顏色模型轉(zhuǎn)換為CMYK顏色模型的目的是為了適應______印刷。9.圖像增強技術可分為______增強和______增強兩大類。10.多媒體信息安全技術包括保障多媒體信息的______和______。三、簡答題（每小題5分，共20分。）1.簡述數(shù)字音頻產(chǎn)生的基本過程。2.與有損壓縮相比，無損壓縮有哪些特點？它通常適用于哪些場景？3.簡述MPEG視頻壓縮中幀內(nèi)編碼和幀間編碼的基本原理區(qū)別。4.什么是多媒體數(shù)據(jù)傳輸中的QoS？為什么在多媒體通信中需要考慮QoS？四、計算題（每小題10分，共20分。）1.假設對一幅灰度圖像進行量化，將每個像素的灰度級從0-255量化為4個級別（即0,64,128,192,255）。計算該量化的平均誤差（可以用簡單的誤差計算方法，如最大誤差的一半估算，或?qū)嶋H計算所有可能輸入的平均誤差）。2.假設一幀彩色視頻幀的大小為720x480像素，每個像素用RGB三原色表示，每個顏色分量用8位二進制數(shù)表示。計算該視頻幀未壓縮時的數(shù)據(jù)量（以字節(jié)為單位）。五、綜合應用題（15分。）簡述JPEG圖像壓縮的基本流程，并說明其中主要利用了哪些圖像處理和信號處理技術（如變換、量化、編碼等）。試卷答案一、選擇題1.D2.C3.B4.D(應為幀間編碼利用相鄰幀冗余，幀內(nèi)編碼只利用當前幀)5.A6.C7.C8.B9.D10.B二、填空題1.視頻2.WAV,MP3(或其他常見格式如AIFF,AAC等)3.質(zhì)量或逼真度4.DVD5.二進制6.無關性或信息量7.流式傳輸8.打印9.空間域,頻域(或時域)10.保密性,完整性三、簡答題1.解析思路：回答數(shù)字音頻產(chǎn)生的基本物理和數(shù)字過程。采樣：將連續(xù)的模擬音頻信號轉(zhuǎn)換為離散的時間序列點。量化：將采樣點的幅度值轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字值。編碼：將量化后的數(shù)字值按照一定的編碼規(guī)則轉(zhuǎn)換為二進制碼流。答案要點：數(shù)字音頻產(chǎn)生首先通過采樣將連續(xù)的模擬音頻信號在時間上離散化，然后通過量化將采樣點幅度值離散化，最后通過編碼將這些量化后的離散值轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)字信號。2.解析思路：對比有無損壓縮的特點。無損壓縮：能完全恢復原始數(shù)據(jù)，壓縮比相對較低，適用于對數(shù)據(jù)精度要求高的場合。有損壓縮：犧牲部分數(shù)據(jù)信息以獲得更高的壓縮比，原始數(shù)據(jù)不能完全恢復，適用于對精度要求不高的場合。答案要點：無損壓縮能夠完全恢復原始數(shù)據(jù)，壓縮比通常低于有損壓縮，適用于存儲或傳輸需要精確還原的原始數(shù)據(jù)，如文本、程序代碼、高質(zhì)量圖像等。有損壓縮通過丟棄部分冗余或不重要信息來獲得更高的壓縮比，解壓后數(shù)據(jù)不能完全恢復原始狀態(tài)，適用于對質(zhì)量要求不高的場景，如音頻、視頻、醫(yī)學影像等。3.解析思路：區(qū)分幀內(nèi)編碼和幀間編碼的核心區(qū)別。幀內(nèi)編碼：對單幀圖像進行處理，利用該幀內(nèi)部的空間冗余進行壓縮，如同對靜止圖像進行壓縮。幀間編碼：利用視頻序列中相鄰幀之間在時間上的相關性（時間冗余）進行壓縮，通過預測、差分編碼等方式實現(xiàn)。答案要點：幀內(nèi)編碼（Intraframecoding/I幀）只利用當前幀自身的信息進行壓縮，如同對一幅靜止圖像進行壓縮，主要利用空間冗余。幀間編碼（Interframecoding/P/B幀）利用視頻幀序列中相鄰幀之間的時間相關性進行壓縮，通過幀間預測、運動估計和運動補償?shù)燃夹g來消除時間冗余。4.解析思路：解釋QoS的定義和必要性。QoS定義：指網(wǎng)絡傳輸服務質(zhì)量，包括延遲、抖動、帶寬、丟包率等指標。必要性：多媒體數(shù)據(jù)（尤其是實時音視頻）對傳輸?shù)募皶r性、穩(wěn)定性和可靠性有較高要求，低QoS會導致卡頓、音畫不同步、質(zhì)量下降等問題。答案要點：QoS（QualityofService）是多媒體通信中對傳輸性能的要求，主要包括延遲（Delay）、抖動（Jitter）、帶寬（Bandwidth）和丟包率（PacketLossRate）等指標。由于多媒體信息（特別是實時音視頻）對傳輸?shù)膶崟r性、連續(xù)性和可靠性要求較高，網(wǎng)絡傳輸如果不能保證一定的QoS，就會導致播放卡頓、音畫不同步、音質(zhì)下降等問題，因此需要考慮和管理QoS。四、計算題1.解析思路：計算量化級別對應的灰度值范圍，計算每個級別的中間值，然后求所有可能輸入灰度值的平均誤差。方法一（誤差估算）：最大量化誤差是每個級別步長的一半。方法二（實際平均誤差）：計算所有原始灰度值到其最近量化級別中值的距離，然后求平均值。此處采用方法一簡化計算。答案步驟：量化級別為4，對應的灰度值范圍及中間值為：[0,64)中間值32；[64,128)中間值96；[128,192)中間值160；[192,255]中間值224。最大量化步長為64。最大誤差為步長的一半，即32。平均誤差可估算為最大誤差的一半，即16。(若進行精確計算，需對所有0-255的灰度值求到最近量化級別中值的距離的平均值，結(jié)果也為16)。答案：平均誤差約為16。2.解析思路：計算視頻幀的數(shù)據(jù)量。先計算像素總數(shù)，再計算每個像素的顏色信息位數(shù)，最后轉(zhuǎn)換為字節(jié)。像素總數(shù)=寬度x高度。每個像素信息位數(shù)=每個顏色分量位數(shù)x顏色分量數(shù)量。總位數(shù)=像素總數(shù)x每個像素信息位數(shù)?？傋止?jié)數(shù)=總位數(shù)/8。答案步驟：幀尺寸=720x480像素。每個像素用RGB表示，每個分量8位，共3個分量，所以每個像素信息位數(shù)為8x3=24位。未壓縮數(shù)據(jù)量（位）=720x480x24=82,944,000位。轉(zhuǎn)換為字節(jié)（8位/字節(jié)），數(shù)據(jù)量=82,944,000/8=10,368,000字節(jié)。答案：該視頻幀未壓縮時的數(shù)據(jù)量為10,368,000字節(jié)(或10MB)。五、綜合應用題解析思路：梳理JPEG壓縮的核心步驟，并識別每個步驟中涉及的關鍵技術。流程：彩色圖像->YCbCr轉(zhuǎn)換->亮度(Y)分量和色度(Cb,Cr)分量分離->亮度分量塊劃分->DCT變換（空間域到頻域）->量化（去除人眼不敏感的高頻信息，有損）->Z字形掃描和行程編碼（RLE，熵編碼預處理）->霍夫曼編碼或算術編碼（熵編碼，無損壓縮）->生成壓縮碼流。關鍵技術：顏色空間轉(zhuǎn)換（RGB->YCbCr）、分塊、DCT變換、量化、Z字形掃描、RLE、霍夫曼編碼。答案要點：JPEG圖像壓縮的基本流程如下：1.顏色空間轉(zhuǎn)換：將輸入的RGB彩色圖像轉(zhuǎn)換為YCbCr顏色空間，分離亮度分量Y和色度分量Cb、Cr。通常亮度分量Y對視覺敏感度較高，色度分量較低。2.分塊：將亮度分量Y和色度分量Cb、Cr圖像分割成8x8的小塊（或16x16塊，后續(xù)處理）。3.DCT變換：對每個8x8（或16x16）圖像塊進行二維離散余弦變換（DCT），將圖像在空間域上的冗余轉(zhuǎn)換為在頻率域上的能量集中。4.量化：對DCT系數(shù)進行量化，通常對低頻系數(shù)（圖像主體信息）量化尺度小，高頻系數(shù)（細節(jié)信息）量化尺度大。量化是有損操作，是JPEG壓縮中信