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第五章多媒體技術(shù)基礎(chǔ) 5 2 5 1多媒體技術(shù)概述 一 媒體與多媒體1 媒體 媒介 媒質(zhì) 媒體是信息表示 傳遞和存儲(chǔ)的載體存儲(chǔ)信息的實(shí)體紙張 磁盤 光盤表示信息的載體文本 圖形 圖像聲音 動(dòng)畫 視頻 命運(yùn) 5 3 5 1多媒體技術(shù)概述 媒體的種類 CCITT 感覺媒體人的感官 如視覺 聽覺等表示媒體為了處理和傳輸感覺媒體而人為構(gòu)造的媒體 如文本 圖形 動(dòng)畫等顯示媒體獲取和表現(xiàn)信息的物理設(shè)備 如鍵盤 鼠標(biāo)器 顯示器和音箱等存儲(chǔ)媒體用來(lái)存放表示媒體的介質(zhì) 如磁盤 光盤和內(nèi)存等傳輸媒體傳輸數(shù)據(jù)的載體 如光纜 5 4 5 1多媒體技術(shù)概述 2 多媒體通常是指表示媒體 也就是靜態(tài)媒體 文本 圖形 圖像動(dòng)態(tài)媒體 聲音 動(dòng)畫 視頻多媒體是融合兩種或兩種以上表示媒體的一種人機(jī)交互式信息交流和傳播媒體 多媒體的實(shí)質(zhì) 各種媒體數(shù)字化 5 5 5 1多媒體技術(shù)概述 二 多媒體技術(shù)定義將多種媒體信息通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)字化采集 編碼 存儲(chǔ) 傳輸 處理和再現(xiàn)等 使多種媒體信息建立邏輯連接 并集成一個(gè)具有交互性的計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 利用計(jì)算機(jī)綜合處理圖文聲像 特征多樣性集成性交互性 實(shí)時(shí)性 5 6 三 多媒體技術(shù)的應(yīng)用1 教育與培訓(xùn)多媒體教學(xué)課件多媒體技能培訓(xùn)系統(tǒng)虛擬課堂 虛擬實(shí)驗(yàn)室 虛擬圖書館2 出版與圖書電子出版物具有容量大 體積小 成本低 檢索快 易于保存和復(fù)制 能存儲(chǔ)圖文聲像信息等 如光盤百科全書 e book 5 1多媒體技術(shù)概述 5 7 3 商業(yè)與咨詢商品簡(jiǎn)報(bào) 查詢服務(wù) 產(chǎn)品演示 商貿(mào)交易 電子商務(wù) 等 利用多媒體技術(shù)可為公眾提供各類咨詢服務(wù) 也可通過(guò)觸摸屏進(jìn)行操作 4 通信與網(wǎng)絡(luò)信息家電 電話 電視 冰箱 音響 視頻會(huì)議 可視電話 遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng) 5 1多媒體技術(shù)概述 5 8 5 軍事與娛樂(lè)軍事遙感戰(zhàn)場(chǎng)模擬核武器模擬CD VCD DVD 三維 游戲 多媒體技術(shù)的優(yōu)勢(shì)可能不在于某些具體的應(yīng)用 而是在于它能把復(fù)雜的事物變得簡(jiǎn)單 把抽象的東西變?yōu)榫唧w 5 1多媒體技術(shù)概述 5 9 5 2多媒體系統(tǒng)的組成 一 多媒體系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 多媒體硬件系統(tǒng) 多媒體控制板卡及I O電路多媒體驅(qū)動(dòng)程序 用來(lái)控制和操縱多媒體硬件多媒體操作系統(tǒng) CD RTOS 專用 Windows 通用 5 10 5 2多媒體系統(tǒng)的組成 二 多媒體系統(tǒng)的基本組成 5 11 5 2多媒體系統(tǒng)的組成 多媒體支持軟件 開發(fā)工具 多媒體素材制作工具文字特效制作軟件 MSWord 藝術(shù)字音頻處理軟件 SyntrilliumCooleditTwelveToneCakewalk圖形圖像處理軟件 CorelCorelDRAWAdobePhotoshop 5 12 5 2多媒體系統(tǒng)的組成 動(dòng)畫制作軟件 MacromediaFlashMXDiscreet3dsmax視頻編輯軟件 AdobePremiere多媒體著作工具M(jìn)icrosoftPowerPointMacromediaAuthorware多媒體編程語(yǔ)言VB VC 5 13 一 聲音信號(hào)的類型模擬信號(hào) 自然界 物理 數(shù)字信號(hào) 計(jì)算機(jī) 二 聲音的數(shù)字化 模擬信號(hào) 數(shù)字信號(hào) A DADC D ADAC 5 3音頻信息處理 5 14 聲音數(shù)字化過(guò)程 示意 5 3音頻信息處理 5 15 聲音數(shù)字化三要素 5 3音頻信息處理 5 16 聲音數(shù)字化計(jì)算公式數(shù)據(jù)量 采樣頻率 量化位數(shù) 聲道數(shù) 8 B s 5 3音頻信息處理 5 17 三 音頻的文件格式WAV文件WAV是Microsoft IBM共同開發(fā)的PC波形文件 因未經(jīng)壓縮 文件數(shù)據(jù)量很大 特點(diǎn) 聲音層次豐富 還原音質(zhì)好MP3文件MP3 MPEGAudiolayer3 是一種按MPEG標(biāo)準(zhǔn)的音頻壓縮技術(shù)制作的音頻文件 特點(diǎn) 高壓縮比 11 1 優(yōu)美音質(zhì) 5 3音頻信息處理 5 18 WMA文件WMA WindowsMediaAudio 是WindowsMedia格式中的一個(gè)子集 音頻格式 特點(diǎn) 壓縮到MP3一半MIDI文件MIDI 樂(lè)器數(shù)字接口 是由一組聲音或樂(lè)器符號(hào)的集合 特點(diǎn) 數(shù)據(jù)量很小 缺乏重現(xiàn)自然音 5 3音頻信息處理 5 19 四 音頻的獲取與處理音頻的獲取主要有 利用錄音軟件直接錄制 使用專業(yè)錄音棚錄制 從唱盤或錄音帶中進(jìn)行轉(zhuǎn)錄 購(gòu)買數(shù)字音頻庫(kù) 5 3音頻信息處理 5 20 音頻處理 刪除無(wú)用的部分 將需要合并的音軌拼貼起來(lái) 降噪 去除錄音時(shí)的背景噪音 調(diào)節(jié)均衡 使得高 中 低幾個(gè)頻段聽起來(lái)更加悅耳 添加混響 延遲和變速等效果 壓縮與限制 即動(dòng)態(tài)處理 音頻文件格式的轉(zhuǎn)換 5 3音頻信息處理 5 21 5 4圖像信息處理 一 圖形與圖像1 圖形 矢量圖形 幾何圖形 矢量圖是用一組指令來(lái)描述的 這些指令給出構(gòu)成圖形的各種屬性和參數(shù) 例如 圓 圓心坐標(biāo) 半徑及粗細(xì) 色彩 優(yōu)缺點(diǎn) 圖形文件占用空間較少 圖形復(fù)雜時(shí)耗時(shí)相對(duì)較長(zhǎng)繪圖軟件 CorelDRAWFreeHand 5 22 2 圖像 位圖圖像 點(diǎn)陣圖像 位圖是指在空間和亮度上已離散化的圖像 通過(guò)描述每一像素的顏色或亮度來(lái)表示該圖像 它適應(yīng)表現(xiàn)包含大量細(xì)節(jié)的圖片 如明暗 濃淡 層次和色彩變化等 優(yōu)缺點(diǎn) 色彩和色調(diào)豐富 景物逼真 縮放處理易失真 數(shù)據(jù)量大繪畫軟件 PhotoshopPhotoImpact 5 4圖像信息處理 5 23 圖形與圖像的比較 5 4圖像信息處理 5 24 二 圖像的數(shù)字化連續(xù)空間位置的離散和數(shù)字化亮度值的離散和數(shù)字化 空間位置采樣m n20 13 5 4圖像信息處理 5 25 圖像的主要參數(shù) 分辨率分辨率直接影響圖像質(zhì)量 顯示分辨率 指在顯示器上能夠顯示的像素?cái)?shù)目 640 480 800 600 1024 768 圖像分辨率 指數(shù)字圖像的實(shí)際像素?cái)?shù)目 它反映圖像在屏幕中顯示的大小 像素分辨率 指像素的寬高比 1 1 在像素分辨率不同的機(jī)器間傳輸圖像會(huì)變形 5 4圖像信息處理 5 26 顏色深度指記錄每個(gè)像素所使用的二進(jìn)制位數(shù) 彩色圖像 可使用的最多顏色數(shù)目灰度圖像 可使用的亮度級(jí)別數(shù)目 5 4圖像信息處理 5 27 圖像數(shù)據(jù)量的計(jì)算圖像文件的大小是指在磁盤上存儲(chǔ)整幅圖像所需的字節(jié)數(shù) 數(shù)據(jù)量 圖像分辨率 顏色深度 8 B 例題 一幅640 480的真彩色圖像 未壓縮的圖像數(shù)據(jù)量是多少 640 480 24 8 921600B 900KB 5 4圖像信息處理 5 28 三 圖像的文件格式BMP Windows標(biāo)準(zhǔn)圖像文件格式JPG 一種高效率壓縮格式 1 10 20 GIF 用于交換圖片的 對(duì)灰度圖像表現(xiàn)佳 但不超過(guò)256色的圖像 PNG 流式網(wǎng)絡(luò)圖形格式 它使用LZ77派生的無(wú)損數(shù)據(jù)壓縮算法 PNG存儲(chǔ)灰度圖像時(shí)圖像深度達(dá)16位PNG存儲(chǔ)彩色圖像時(shí)圖像深度達(dá)48位 5 4圖像信息處理 5 29 四 圖像的獲取與處理1 圖像的獲取方法采用掃描儀 數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換從數(shù)字圖像庫(kù) 網(wǎng)上獲取 自行繪制2 圖像的處理技術(shù)圖像處理手段很多 所有處理都是建立在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算的基礎(chǔ)上 一般用戶可通過(guò)圖像處理軟件 Photoshop 來(lái)完成 例如 圖像亮度 對(duì)比度的調(diào)整等 5 4圖像信息處理 5 30 一 視頻的基本概念1 視覺暫留現(xiàn)象人眼有一種視覺暫留的生物現(xiàn)象 即人觀察的物體消失后 物體映像在人眼的視網(wǎng)膜上會(huì)保留一個(gè)非常短暫的時(shí)間 約0 1s 利用這一現(xiàn)象 將一系列畫面中物體移動(dòng)或形狀改變很小的圖像 以足夠快的速度連續(xù)播放 就會(huì)產(chǎn)生連續(xù)活動(dòng)的場(chǎng)景 5 5視頻信息處理 5 31 2 視頻的定義視頻又稱運(yùn)動(dòng)圖像或活動(dòng)圖像 它是指連續(xù)地隨著時(shí)間變化的一組圖像 幀 一幅單獨(dú)的圖像幀率 每秒種播放的幀數(shù) 單位是f s典型的幀率 24f s 25f s 30f s常見的視頻信號(hào) 電影 電視 5 5視頻信息處理 5 32 3 電視的制式色度信息處理方法 三種彩色電視制式 NTSC制式 美國(guó) 日本 中國(guó)臺(tái)灣等 NationalTelevisionSystemsCommittee 1953 美國(guó) 30幀 秒 29 97fps 525行 幀 隔行掃描 2場(chǎng) 幀 262 5行 場(chǎng) 顏色模型 YIQ 寬高比 4 3 幀大小 352 240 5 5視頻信息處理 5 33 PAL制式 中國(guó) 德國(guó) 英國(guó) 朝鮮等 PhaseAlternationLine 1962 德國(guó) 25幀 秒 625行 幀 隔行掃描 2場(chǎng) 幀 312 5行 場(chǎng) 顏色模型 YUV 寬高比 4 3 幀大小 352 288 SECAM制式 法國(guó) 俄羅斯 東歐國(guó)家 輪流傳送彩色與存儲(chǔ) 1966年 法國(guó) 類似PAL制式 5 5視頻信息處理 5 34 二 視頻的數(shù)字化 視頻是連續(xù)的圖像圖像是離散的視頻 5 5視頻信息處理 5 35 數(shù)字視頻的優(yōu)點(diǎn)與模擬視頻相比 其優(yōu)點(diǎn) 數(shù)字視頻便于創(chuàng)造性的編輯與合成 數(shù)字視頻可不失真地進(jìn)行多次復(fù)制 在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下容易實(shí)現(xiàn)資源共享 數(shù)字視頻可與其它媒體組合使用缺陷 處理速度慢 數(shù)據(jù)量大 壓縮 光盤 5 5視頻信息處理 5 36 三 視頻的文件格式AVI文件AVI是一種音視頻交叉記錄的文件格式 微軟在1992年推出AVI文件及其應(yīng)用軟件VideoforWindows 特點(diǎn) AVI采用幀內(nèi)壓縮 可用一般的視頻編輯軟件進(jìn)行編輯 提供無(wú)硬件視頻回放 其窗口大小和幀率可根據(jù)播放環(huán)境調(diào)整 5 5視頻信息處理 5 37 MOV文件MOV Moviedigitalvideo 文件是Apple公司在其Macintosh機(jī)推出的視頻文件格式 其相應(yīng)的視頻應(yīng)用軟件QuickTime QuickTimeforMacintoshQuickTimeforWindowsMOV文件格式的壓縮算法Video編碼支持16位圖像深度的幀內(nèi)壓縮和幀間壓縮 5 5視頻信息處理 5 38 MPG文件MPG文件是采用MPEG算法進(jìn)行壓縮的全運(yùn)動(dòng)視頻文件格式 它在1024 768的分辨率下可用每秒25或30幀的速率同步播放全運(yùn)動(dòng)視頻圖像和CD音樂(lè)伴音 DAT文件也是基于MPEG壓縮算法的一種文件格式 它是VideoCD和卡拉OKCD數(shù)據(jù)文件的擴(kuò)展名 5 5視頻信息處理 5 39 四 視頻的采集與處理采集視頻數(shù)據(jù)主要有 從模擬設(shè)備中采集視頻數(shù)據(jù) 從數(shù)字設(shè)備中采集視頻數(shù)據(jù) 從影視光盤中截取視頻數(shù)據(jù) 5 5視頻信息處理 視頻數(shù)據(jù)的處理包括 在保證圖像質(zhì)量的前提下盡可能壓縮視頻圖像的數(shù)據(jù)量 消除視頻產(chǎn)生 獲取和傳輸過(guò)程中引入的失真和干擾 從視頻圖像中提取某些特征 以便對(duì)其進(jìn)行描述 分類和識(shí)別 5 40 5 6多媒體存儲(chǔ)技術(shù) 一 光盤技術(shù)光盤 CD CompactDisc 高密盤 特點(diǎn) 存儲(chǔ)容量大 CD ROM 650MBDVD 4 7GB 記錄密度高 107 108bit cm2 長(zhǎng)期保存信息 10 100年 非接觸方式 價(jià)格低廉 5 41 5 6多媒體存儲(chǔ)技術(shù) 1 CD ROM技術(shù)CD ROM是只讀光盤或固定型光盤 只能讀 不能改 重寫 擦除 一張普通光盤可以存儲(chǔ)650MB數(shù)據(jù) 它包括文本 表格 圖形 圖像 視頻 音頻等文件 凹坑 0平坦 1 5 42 5 6多媒體存儲(chǔ)技術(shù) CD ROM的工作原理 CD ROM驅(qū)動(dòng)器讀取數(shù)據(jù)時(shí)由激光束照射到光盤的平面上 當(dāng)激光束射到光盤的平坦部分時(shí) 有70 80 的光反射并傳輸?shù)焦鈾z測(cè)器中 記下ON 1 當(dāng)激光束照在凹坑上時(shí) 激光束由于散射而無(wú)法接收到反射信號(hào) 則光檢測(cè)器記下OFF 0 5 43 5 6多媒體存儲(chǔ)技術(shù) 2 CD R技術(shù)CD R是只寫一次型光盤或追記型光盤 可寫一次 寫過(guò)后不能修改 只能讀寫 CD R光盤主要用于信息存檔或備份大型系統(tǒng) 它比CD ROM多了一層塑料層 記憶數(shù)據(jù) 5 44 5 6多媒體存儲(chǔ)技術(shù) CD R光盤的工作原理 刻錄機(jī)將數(shù)據(jù)寫入CD R光盤時(shí) 以高功率激光束照射光盤的塑料層 該位置的有機(jī)染料會(huì)融化并產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng) 類似凹坑 而沒有被高功率激光束照射的位置可以靠反射層反射激光 讀取CD R光盤數(shù)據(jù)與CD ROM相同 但由于它使用有機(jī)染料 降低了光反射率 因此用金或銀作為反射層以提高對(duì)光的反射率 5 45 5 6多媒體存儲(chǔ)技術(shù) 3 CD RW技術(shù)CD RW是可擦寫型光盤 采用重復(fù)寫入技術(shù) 可讀 可擦除 可重寫 與CD R光盤相比 CD RW具有以下特點(diǎn) 塑料層變?yōu)槿玖蠈?硒或碲的結(jié)晶層 相變技術(shù) 通過(guò)激光照射能將染料層呈現(xiàn)結(jié)晶 平面 和非結(jié)晶 凹坑