數(shù)字媒體技術(shù)導(dǎo)論期末考試試卷及參考答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.在數(shù)字圖像處理中，將連續(xù)色調(diào)的灰度圖像轉(zhuǎn)換為二值圖像最常用的算法是A.拉普拉斯銳化B.最大類間方差法（Otsu）C.直方圖均衡化D.高斯模糊答案：B解析：Otsu算法通過統(tǒng)計(jì)直方圖自動(dòng)尋找最佳閾值，使類間方差最大，從而將灰度圖轉(zhuǎn)為二值圖，無需人工設(shè)定閾值，魯棒性高。2.下列關(guān)于MPEGDASH協(xié)議的說法正確的是A.僅支持MP4封裝格式B.采用固定碼率傳輸C.通過MediaPresentationDescription文件描述分片信息D.無法與CDN結(jié)合答案：C解析：DASH的核心是MPD文件，以XML形式描述時(shí)段、碼率、分片地址，支持任意封裝格式（fMP4、TS），自適應(yīng)碼率，天然兼容CDN。3.在RGB色彩空間向YCbCr色彩空間轉(zhuǎn)換時(shí)，Cb分量計(jì)算主要與哪兩個(gè)原色有關(guān)A.R與GB.G與BC.R與BD.R與Y答案：C解析：Cb=0.564(B?Y)，其中Y=0.299R+0.587G+0.114B，因此Cb與R、B的差值直接相關(guān)。4.WebGL中，若頂點(diǎn)著色器聲明為attributevec3position;，則JavaScript端向該變量傳值應(yīng)使用A.gl.uniformMatrix4fvB.gl.vertexAttribPointerC.gl.activeTextureD.gl.drawElements答案：B解析：attribute變量屬于頂點(diǎn)數(shù)據(jù)，需綁定緩沖區(qū)后調(diào)用vertexAttribPointer指定格式與偏移，uniform用于常量傳值。5.在數(shù)字音頻中，44.1kHz采樣率對(duì)應(yīng)的奈奎斯特頻率為A.44.1kHzB.22.05kHzC.48kHzD.20kHz答案：B解析：奈奎斯特定理指出，采樣率必須大于信號(hào)最高頻率兩倍，因此44.1kHz可還原最高22.05kHz分量。6.下列哪項(xiàng)不是H.265/HEVC相比H.264/AVC新增的核心編碼工具A.32×32整數(shù)變換B.樣點(diǎn)自適應(yīng)補(bǔ)償（SAO）C.上下文自適應(yīng)二進(jìn)制算術(shù)編碼（CABAC）D.四叉樹劃分結(jié)構(gòu)（CTU）答案：C解析：CABAC在H.264HighProfile已引入，HEVC繼續(xù)沿用；其余三項(xiàng)為HEVC新增，顯著提升壓縮率。7.在三維網(wǎng)格模型中，用于描述頂點(diǎn)鄰接關(guān)系的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是A.八叉樹B.半邊結(jié)構(gòu)（HalfEdge）C.KDTreeD.四叉樹答案：B解析：半邊結(jié)構(gòu)以有向邊為核心，每條邊拆成兩條方向相反半邊，可快速遍歷頂點(diǎn)、邊、面，是流形網(wǎng)格常用結(jié)構(gòu)。8.關(guān)于數(shù)字水印透明性指標(biāo)，通常采用A.誤碼率B.峰值信噪比（PSNR）C.結(jié)構(gòu)相似性（SSIM）D.直方圖交集答案：C解析：SSIM更符合人眼視覺系統(tǒng)，對(duì)亮度、對(duì)比度、結(jié)構(gòu)變化敏感，PSNR僅基于像素差，難以反映主觀質(zhì)量。9.在Unity引擎中，使攝像機(jī)僅渲染某一層物體的命令是A.Camera.clearFlagsB.Camera.cullingMaskC.Camera.fieldOfViewD.Camera.depth答案：B解析：cullingMask為32位層遮罩，按位與運(yùn)算決定哪些層被剔除，實(shí)現(xiàn)選擇性渲染。10.下列關(guān)于區(qū)塊鏈在數(shù)字版權(quán)保護(hù)中的應(yīng)用，錯(cuò)誤的是A.利用智能合約自動(dòng)分賬B.鏈上直接存儲(chǔ)4K原始視頻C.哈希指紋可唯一標(biāo)識(shí)內(nèi)容D.時(shí)間戳提供創(chuàng)作先后證明答案：B解析：鏈上存儲(chǔ)成本極高，通常只存哈希與元數(shù)據(jù)，原始內(nèi)容仍存于IPFS或中心化云，鏈上僅保留不可篡改的指紋。二、填空題（每空2分，共20分）11.在JPEG壓縮流程中，DCT變換后系數(shù)矩陣左上角第一個(gè)元素稱為________系數(shù)，其值代表圖像塊的________信息。答案：直流（DC），平均亮度解析：DC系數(shù)為DCT(0,0)，等于8×8塊像素均值乘以8，代表平均亮度；其余63個(gè)為交流（AC）系數(shù)。12.若一幅1024×768的24位真彩圖像未經(jīng)壓縮，其文件大小約為________MB（保留兩位小數(shù)）。答案：2.25解析：1024×768×3B=2359296B≈2.25MB。13.WebRTC中用于NAT穿透的關(guān)鍵協(xié)議縮寫為________。答案：ICE解析：InteractiveConnectivityEstablishment整合STUN與TURN，通過收集候選地址實(shí)現(xiàn)P2P穿透。14.在OpenGL渲染管線中，________測(cè)試發(fā)生在片段著色器之后、混合之前，用于丟棄被遮擋的片段。答案：深度（Depth）解析：深度測(cè)試?yán)肸Buffer比較片段深度，決定可見性，減少不必要混合計(jì)算。15.根據(jù)奈奎斯特采樣定理，若信號(hào)最高頻率為20kHz，則理論上最低采樣頻率應(yīng)為________kHz。答案：40解析：fs≥2fmax，20kHz×2=40kHz，實(shí)際應(yīng)用中留10%guardband，故CD采用44.1kHz。16.在數(shù)字視頻編碼中，GOP全稱為________，其長度越長，壓縮效率越________，但編輯時(shí)隨機(jī)訪問越困難。答案：GroupofPictures，高解析：長GOP減少I幀比例，提升壓縮率，但需從I幀順序解碼，拖慢seek速度。17.在顏色科學(xué)中，CIE1931色度圖的橫縱坐標(biāo)分別為________與________。答案：x，y解析：由XYZ三刺激值歸一化得到x=X/(X+Y+Z)，y=Y/(X+Y+Z)，用于可視化可見色域。18.在數(shù)字音頻工作站（DAW）中，將44.1kHz項(xiàng)目強(qiáng)制導(dǎo)出為48kHz時(shí)，需采用________算法防止音高變化。答案：采樣率轉(zhuǎn)換（SRC）/重采樣解析：通過插值與低通濾波實(shí)現(xiàn)頻率域縮放，保持時(shí)域長度與音高不變。19.在MPEG4Part14標(biāo)準(zhǔn)中，用于存儲(chǔ)3D網(wǎng)格動(dòng)畫的軌道類型縮寫為________。答案：hint解析：hinttrack不存媒體數(shù)據(jù)，而存打包指令，指導(dǎo)流媒體服務(wù)器如何發(fā)送3D網(wǎng)格幀。20.在數(shù)字圖像取證中，通過檢測(cè)________噪聲不一致性可定位合成篡改區(qū)域。答案：CFA（ColorFilterArray）解析：數(shù)碼相機(jī)傳感器前存在CFA，插值引入周期性相關(guān)噪聲，篡改會(huì)破壞該模式。三、判斷改錯(cuò)題（每題2分，共10分，先判斷對(duì)錯(cuò)，若錯(cuò)則劃線改正）21.HEVC的CTU最大尺寸為64×64像素，且不可再細(xì)分。答案：錯(cuò)，"不可再細(xì)分"改為"可遞歸劃分為CU、PU、TU"。解析：CTU為根節(jié)點(diǎn)，可繼續(xù)四叉樹劃分，靈活適應(yīng)內(nèi)容復(fù)雜度。22.在WebGL2.0中，紋理單元數(shù)量最少為32個(gè)。答案：錯(cuò)，"32"改為"16"。解析：WebGL2.0規(guī)范保證至少16個(gè)紋理單元，實(shí)際硬件可更多，但需查詢MAX_COMBINED_TEXTURE_IMAGE_UNITS。23.數(shù)字簽名采用對(duì)稱加密算法確保消息完整性。答案：錯(cuò)，"對(duì)稱"改為"非對(duì)稱"。解析：簽名使用私鑰加密摘要，公鑰驗(yàn)證，屬非對(duì)稱機(jī)制；對(duì)稱加密無法提供不可抵賴性。24.在Unity的URP管線中，TileBasedDeferredLighting主要減少CPUDrawCall。答案：錯(cuò)，"CPUDrawCall"改為"GPU帶寬與光照計(jì)算"。解析：TileBased將屏幕分塊，塊內(nèi)共享光源列表，減少GBuffer讀取與光照計(jì)算，降低GPU帶寬。25.在數(shù)字水印中，擴(kuò)頻技術(shù)通過將水印能量分散到多個(gè)頻率系數(shù)以提高魯棒性。答案：對(duì)解析：擴(kuò)頻利用偽隨機(jī)序列調(diào)制水印，能量低且分布廣，難以被攻擊者集中去除。四、簡(jiǎn)答題（每題8分，共24分）26.簡(jiǎn)述基于深度學(xué)習(xí)的圖像超分辨率重建流程，并說明感知損失與像素?fù)p失的區(qū)別。答案：流程：(1)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備：收集高分辨率（HR）圖像，降質(zhì)得到低分辨率（LR）圖像對(duì)；(2)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)：采用ESRGAN或RealESRGAN生成器，含殘差塊與上采樣子像素卷積；(3)損失函數(shù)：聯(lián)合像素?fù)p失（L1/L2）與感知損失（VGG特征空間）；(4)訓(xùn)練策略：先以L1預(yù)訓(xùn)練，再引入對(duì)抗損失與感知損失微調(diào)；(5)評(píng)估：用PSNR、SSIM、LPIPS及主觀MOS評(píng)分。區(qū)別：像素?fù)p失直接計(jì)算重建圖與真值逐像素差，易產(chǎn)生過度平滑；感知損失在預(yù)訓(xùn)練VGG的relu層提取特征，強(qiáng)調(diào)紋理與語義相似，使邊緣與細(xì)節(jié)更自然，但可能引入偽影。27.說明實(shí)時(shí)陰影映射（ShadowMapping）中走樣原因，并給出兩種改進(jìn)算法及其核心思想。答案：走樣原因：(1)陰影圖分辨率有限，多個(gè)屏幕像素映射到同一陰影紋素，導(dǎo)致鋸齒；(2)透視走樣：近大遠(yuǎn)小使遠(yuǎn)處陰影紋素覆蓋過多屏幕像素；(3)自陰影：數(shù)值精度誤差造成表面acne。改進(jìn)算法：(1)CascadedShadowMaps（CSM）：將視錐體沿Z方向分層，每層獨(dú)立生成陰影圖，近景高分辨率、遠(yuǎn)景低分辨率，均衡紋素密度；(2)VarianceShadowMaps（VSM）：存儲(chǔ)深度與深度平方，利用切比雪夫不等式估計(jì)遮擋概率，支持線性過濾與軟陰影，減少鋸齒。28.概述NFT在數(shù)字藝術(shù)品確權(quán)中的技術(shù)流程，并指出其潛在環(huán)保爭(zhēng)議與解決思路。答案：流程：(1)藝術(shù)家將作品哈希上傳至IPFS，返回內(nèi)容標(biāo)識(shí)符CID；(2)調(diào)用智能合約mint函數(shù)，將CID、作者地址、時(shí)間戳寫入鏈上；(3)市場(chǎng)平臺(tái)讀取鏈上元數(shù)據(jù)，展示作品；(4)交易時(shí)，合約轉(zhuǎn)移Token所有權(quán)，版稅自動(dòng)分賬。爭(zhēng)議：以太坊PoW機(jī)制能耗高，單筆交易約等于家庭數(shù)日用電。解決：(1)遷移至PoS鏈（如Ethereum2.0、Polygon），能耗降低99%；(2)采用側(cè)鏈或Rollup批量結(jié)算，減少主鏈交互；(3)購買碳抵消證書，實(shí)現(xiàn)碳中和。五、計(jì)算與推導(dǎo)題（共26分）29.（10分）已知某視頻序列分辨率為1920×1080，幀率30fps，色度采樣4:2:0，每像素10bit，若采用H.265壓縮后平均碼率為6Mbps，求壓縮比（以原始碼率與壓縮碼率之比表示，結(jié)果取整數(shù)）。答案：原始碼率=1920×1080×(1+0.5)×10×30=933120000bit/s=933Mbps壓縮比=933/6≈156解析：4:2:0下色度為亮度一半，總采樣系數(shù)1.5；10bit深度；幀率30；單位統(tǒng)一為Mbps后相除。30.（8分）設(shè)一維信號(hào)f(x)=[2,5,8,11]，用Daubechies4小波進(jìn)行一級(jí)分解，已知低通濾波器系數(shù)h=[0.483,0.837,0.224,0.129]，高通系數(shù)g=[0.129,0.224,0.837,0.483]，采用周期延拓，求近似系數(shù)cA與細(xì)節(jié)系數(shù)cD（保留三位小數(shù)）。答案：周期延拓后信號(hào)為[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：卷積后下采樣2倍，得2點(diǎn)近似與2點(diǎn)細(xì)節(jié)。31.（8分）在光線追蹤中，設(shè)視點(diǎn)E=(0,0,0)，光線方向d=(0.6,0.8,0)，球心C=(5,5,1)，半徑r=3，求光線與球體的最近交點(diǎn)參數(shù)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判別式Δ=b24ac=196164=32>0t=(14√32)/2≈(145.657)/2≈4.171解析：取較小t值確保最近交點(diǎn)，若Δ<0則無交。六、綜合設(shè)計(jì)題（共30分）32.某高校擬開發(fā)一套基于Web的沉浸式三維校史館，要求支持200并發(fā)用戶通過瀏覽器漫游，展品包含高模文物（單模型30萬三角面）、4K紋理、語音講解與熱點(diǎn)交互。請(qǐng)：(1)給出系統(tǒng)架構(gòu)圖（文字描述即可），標(biāo)明關(guān)鍵模塊與數(shù)據(jù)流；(2)針對(duì)高模文物，提出兩條輕量化策略，并說明技術(shù)細(xì)節(jié)；(3)設(shè)計(jì)一種LOD切換機(jī)制，保證用戶在VR模式下無感知跳變；(4)說明如何基于WebRTC實(shí)現(xiàn)多人語音導(dǎo)覽，并給出信令交互流程；(5)指出潛在性能瓶頸及對(duì)應(yīng)優(yōu)化方案。答案：(1)架構(gòu)：客戶端：基于Three.js+WebXR，通過GLTFLoader流式加載；邊緣節(jié)點(diǎn)：部署Nginx+gzip+HTTP/2，緩存靜態(tài)資源；云函數(shù)：負(fù)責(zé)鑒權(quán)、信令轉(zhuǎn)發(fā)、模型轉(zhuǎn)碼；對(duì)象存儲(chǔ)：存放多級(jí)LOD模型、opus音頻；Redis：記錄房間狀態(tài)、用戶位置。數(shù)據(jù)流：用戶→邊緣緩存→客戶端解析→WebGL渲染；語音→WebRTC→STUN/TURN→云函數(shù)混音→客戶端播放。(2)輕量化策略：a.網(wǎng)格簡(jiǎn)化：采用QuadricErrorMetrics，在Blender或MeshLab將30萬面減至3萬面，保持UV與法向，誤差閾值0.5%；b.紋理壓縮：原始4KPNG→BasisUniversal，生成ETC1S+UASTC混合，