計算機多媒體課件

第6章醫(yī)學多媒體技術基礎

6.1多媒體技術概述6.2多媒體信息處理6.3實用多媒體技術6.4數(shù)據(jù)壓縮技術6.5虛擬現(xiàn)實技術6.1多媒體技術概述 6.1.1媒體

在計算機中，“媒體”一詞有兩種含義：一指存儲信息的實體，如軟盤、硬盤、光盤、磁帶、半導體存儲器等；二指攜帶信息的載體，如數(shù)字、文字/符號、圖形/圖像、聲音、動畫、視頻等。這里，我們所說的“多媒體”指的是第二種，即多種信息的載體。 6.1.2多媒體與多媒體技術多媒體（Multimedia），顧名思義，即是將文本、聲音、圖形/圖像、動畫和視頻等多種媒體元素有機地組合在一起所構成的。多媒體技術是將多種媒體組合在一起，實現(xiàn)信息存儲傳播的技術。一般特指使用計算機技術、網(wǎng)絡技術等將音頻、視頻、圖像等媒體信息集成到同一數(shù)字環(huán)境中，是多種學科、多種技術交叉的全新技術。1.多樣性——指計算機處理媒體信息的多樣化，它使人與計算機之間的交互不再局限于順序的、單調(diào)的、狹小的范圍，而有充分自由的余地。2.集成性——媒體種類一體化。包括兩方面：一方面是指多媒體技術能將各種不同的媒體信息有機地進行同步組合，形成一個完整的多媒體信息；另一方面是指把不同的媒體設備集成在一起，形成多媒體系統(tǒng)。3.交互性——人、機對話，是多媒體技術的關鍵特征。在多媒體系統(tǒng)中，除了操作上控制自如之外，在媒體的綜合處理上也可以隨心所欲。多媒體的特點6.1.3多媒體計算機與網(wǎng)絡多媒體技術是利用計算機技術，把文本、圖形、靜態(tài)圖像、動畫、聲音和動態(tài)視頻等進行集成處理，并對它們進行獲取、壓縮編碼、編輯、加工處理、存儲和展示。多媒體技術與網(wǎng)絡技術的結(jié)合使得計算機的信息具有資源共享、信息交換和信息分布處理、分布控制等特點。6.2多媒體信息處理

6.2.1多媒體數(shù)據(jù)的特點1.數(shù)據(jù)類型復雜2.數(shù)據(jù)信息量大3.數(shù)據(jù)的實時性要求高4.數(shù)據(jù)的分布性廣5.數(shù)據(jù)的交互性要求強6.2.2多媒體信息的組成 1．文字信息文本分為非格式化文本文件和格式化文本文件。非格式化文本文件：只有文本信息沒有其他任何有關格式信息的文件，又稱為純文本文件。如“.TXT”文件。格式化文本文件：帶有各種文本排版信息等格式信息的文本文件。如“.DOC”文件。各類文字和符號文字和符號多媒體多媒體多媒體如何從事多媒體教學2．聲音信息音頻信息在多媒體中的應用極為廣泛：視頻圖像配以娓娓動聽的音樂和語音；靜態(tài)或動態(tài)圖像配以解說和背景音樂；立體聲音樂可增加空間感；游戲中的音響效果等。數(shù)字音頻（Audio）可分為波形聲音、語音和音樂。音頻數(shù)字信號、壓縮音頻信號音頻●midi音頻●wav音頻●mp3壓縮音頻●音頻對象3．圖形/圖像信息圖形（Graphic）一般指用計算機繪制的畫面，如直線、圓、圓弧、矩形、任意曲線和圖表等。圖形的格式是一組描述點、線、面等幾何圖形的大小、形狀及其位置、維數(shù)的指令集合。在圖形文件中只記錄生成圖的算法和圖上的某些特征點，因此也稱矢量圖。圖形通過計算而描述的矢量圖形圖形圖像（Image）是指由輸入設備捕捉的實際場景畫面，或以數(shù)字化形式存儲的任意畫面。靜止的圖像是一個矩陣，陣列中的各項數(shù)字用來描述構成圖像的各個點（稱為像素點pixel）的強度與顏色等信息。這種圖像也稱為位圖（bit-mappedpicture）。圖像用像素點描述的自然影像圖像視頻是由一幅幅單獨的畫面序列（幀frame）組成，這些畫面以一定的速率（fps）連續(xù)地投射在屏幕上，使觀察者具有圖像連續(xù)運動的感覺。

4．視頻信息視頻數(shù)字信號AVI、壓縮視頻信號MPG視頻音頻+視頻AudioVedioInformationEND5．動畫動畫是通過連續(xù)播放一系列畫面，給視覺造成連續(xù)變化的畫面。它的基本原理與電影、電視一樣，都是利用了一種視覺原理。醫(yī)學已證明，人類的眼睛具有“視覺暫留”的特性，就是說當人的眼睛看到一幅畫或一個物體后，它的影像就會投射到我們的視網(wǎng)膜上，如果這件物體突然移開，它的影像仍會在我們的眼睛里停留一段極短的時間，在1/24秒內(nèi)不會消失，這時如果有另一個物體在這段極短的時間內(nèi)出現(xiàn)，我們將看不出中間有斷續(xù)的感覺，這便就是“視覺暫留”的原理。單畫面矢量動畫和多畫面幀動畫動畫多畫面幀動畫單畫面矢量動畫FRAME01FRAME02FRAME03FRAME04FRAME05FRAME06FRAME076.2.3聲音信息處理(聲音信息數(shù)字化)

1.模擬信號和數(shù)字信號

模擬信號:時間和幅度都是連續(xù)的信號數(shù)字信號:時間和幅度都是離散的信號一般包括三個階段：采樣、量化和編碼采樣量化編碼多媒體信息輸入數(shù)字化的多媒體信息輸出采樣：就是按照一定的規(guī)律每隔一定時間間隔抽取模擬信號的值。量化：就是對樣本值進行離散化處理，即事先規(guī)定一組數(shù)據(jù)，每個數(shù)據(jù)按一定規(guī)則近似表示一組相關采樣值。編碼：經(jīng)過量化后得到的數(shù)字信息，還必須按一定格式轉(zhuǎn)換成計算機可以識別的二進制形式，才能在計算機中保存。用二進制形式表示量化值的過程稱為編碼。2.聲音信號數(shù)字化

時間(秒)0-0.1-0.2電壓(伏)0.22-0.050.270.090.19-0.05聲音信號的采樣聲音媒體的數(shù)字化采樣的對象是通過話筒等裝置轉(zhuǎn)換后得到的模擬電信號。即每隔一定時間間隔（稱為采樣周期）在模擬波形上取一個電壓值（稱為樣本值）。（1）采樣3-1-13210-1-2時間(秒)聲音信號的量化212聲音媒體的數(shù)字化事先把模擬電壓取值范圍劃分為若干個區(qū)域，這個區(qū)域中的所有電壓取值都用一個數(shù)字（稱為樣本值）表示，把采樣得到的模擬電壓值用所屬區(qū)域?qū)臄?shù)字來表示，就稱為量化。(2)量化3-1-1011010001000111110時間(秒)聲音信號的編碼212聲音媒體的數(shù)字化把量化后的數(shù)據(jù)用二進制數(shù)據(jù)形式表示。（3）編碼計算機中的數(shù)字音頻文件

Wave格式文件（.Wav）

記錄了真實聲音的二進制采樣數(shù)據(jù)，通常文件較大。

MIDI格式文件（.MID）

數(shù)字音樂的國際標準.記錄的是音符數(shù)字，文件小。

MPEG音頻文件（.MP1/.MP2/.MP3）

采用MPEG音頻壓縮標準進行壓縮的文件。

3．聲頻文件存儲格式圖像處理時要考慮三個因素：分辨率圖像深度與顯示深度圖像文件大小6.2.4圖形圖像信息處理1.分辨率屏幕分辨率：在某種顯示方式下,顯示器屏幕上的最大顯示區(qū)域，即水平與垂直方向的像素個數(shù)。圖像分辨率：數(shù)字化圖像的大小，即該圖像的水平與垂直方向的像素個數(shù)。像素分辨率：指像素的寬和高的比例,一般為1:1。2.圖像深度和顯示深度圖像深度（也稱圖像灰度、顏色深度）：表示數(shù)字位圖圖像中每個像素上用于表示顏色的二進制數(shù)字位數(shù)。顯示深度：表示顯示器上每個點用于顯示顏色的二進制數(shù)字位數(shù)。若顯示器的顯示深度小于數(shù)字圖像的深度，就會使數(shù)字圖像顏色的顯示失真。顏色深度顏色總數(shù)圖像名稱12單色圖像41616色圖像8256256色圖像1665536Hi—Color圖像2416672216TrueColor圖像32232TrueColor圖像顏色深度與顯示的顏色數(shù)目圖像文件在計算機中的存儲格式有多種，如BMP、PCX、TIF、TGA、GIF、JPG等，一般數(shù)據(jù)量都較大。3.圖像存儲格式視頻

是將一幅幅獨立圖像組成的序列按照一定的速率連續(xù)播放，利用視覺暫留現(xiàn)象在人的眼前呈現(xiàn)出連續(xù)運動的畫面。模擬視頻常用兩種標準：NTSC制式(30幀/秒，525行/幀)PAL制式（25幀/秒，625行/幀），我國采用PAL制式。

模擬視頻和數(shù)字視頻640×480×3×30×60=1658880000字節(jié)分辨率幀/秒采樣深度

時間6.2.5視頻信息處理1．視頻文件格式

1）AVI文件（.avi（AudioVideoInterleaved聲音/影像交錯）)

AVI是微軟公司于1992年提出的一項多媒體容載技術，在Windows平臺上使用廣泛。大多數(shù)AVI文件可將視頻和音頻信號混合交錯地存儲在一起。采用了Intel公司的Indeo視頻有損壓縮技術，較好地解決了音頻信息與視頻信息同步的問題。因為它可以較好地使音頻和視頻流分開，方便編輯，常用作視頻交換格式。2）MOV文件是QuickTimeforWindows視頻處理軟件所采用的視頻文件格式。3）MPG文件MPG是MPEG（MovingPictureExpertsGroup，運動圖像專家組）制定出來的壓縮標準所確定的文件格式，用于動畫和視頻影像。MPEG標準包括MPEG視頻、MPEG音頻和MPEG系統(tǒng)（視頻，音頻同步）三個部分。4）DAT文件DAT是VideoCD或KaraokeCD數(shù)據(jù)文件的擴展名，也是基于MPEG壓縮方法的一種文件格式。它也是采用MPEG壓縮、解壓縮技術的一種文件格式。5）FLIC格式這種文件格式采用了無損壓縮方法，畫面效果十分清晰，在人工或計算機生成的動畫方面使用這種格式的較多。播放FLIC動畫文件一般需要Autodesk公司提供的MCI驅(qū)動和相應的播放程序AAPlay。2．視頻處理與編輯

Windows集成的WMP媒體播放器能播放大多數(shù)視頻格式文件，并可以通過Internet實時播放網(wǎng)上電視、視頻點播等電視、電影節(jié)目。著名的其他視頻播放軟件有Real公司的流媒體播放器“RealOnePlayer”，Apple公司的專有格式播放器“QuickTime”，各種音視頻播放器“暴風影音”；“東方影都”；”POWERDVD”等等6.3實用多媒體技術

6.3.1網(wǎng)絡多媒體信息搜索

網(wǎng)絡多媒體信息搜索是通過搜索引擎來完成的。搜索引擎也是專用計算機，可以理解為存在于網(wǎng)上的一個非常大的數(shù)據(jù)庫，庫里收集了大量的信息，通過輸入關鍵字(詞)等方式，可為用戶查找出相關的資料或鏈接信息。

1．幾種常用的搜索引擎（1）Altavista

()它是目前互聯(lián)網(wǎng)上采集范圍最廣，數(shù)據(jù)庫容量最大同時查詢功能也最為強大的一個搜索引擎，它提供目錄查詢和關鍵詞查詢，關鍵詞檢索分為簡單檢索和高級檢索，利用高級檢索你可以完成極其復雜的查詢，它支持常用的布爾運算符、嵌套、近似搜索等。（2）Yahoo()和中文雅虎(http://www.)這一個非常優(yōu)秀和流行的Internet搜尋工具，有各種語言的界面（包括簡體中文），它將不同的網(wǎng)頁分門別類，進入主頁(HomePage)后，在搜巡(Search)框中輸入medicine（醫(yī)學），可找到很多條與醫(yī)學相關的英文信息，包括新產(chǎn)品、Web地址、醫(yī)學雜志、醫(yī)學組織、研究所以及信息庫等。（3）搜狐(SOHU)（

）

搜狐的目錄導航式搜索引擎完全是由人工加工而成，相比機器人加工的搜索引擎來講具有很高的精確性、系統(tǒng)性和科學性。分類專家層層細分類目，組織成龐大的樹狀類目體系。利用目錄導航系統(tǒng)可以很方便的查找到一類相關信息。

（4）新浪（）

新浪網(wǎng)搜索引擎是面向全球華人的網(wǎng)上資源查詢系統(tǒng)。提供網(wǎng)站、網(wǎng)頁、新聞、軟件、游戲等查詢服務。網(wǎng)站收錄資源豐富，分類目錄規(guī)范細致，遵循中文用戶習慣。目前共有16大類目錄，一萬多個細目和二十余萬個網(wǎng)站，是互聯(lián)網(wǎng)上最大規(guī)模的中文搜索引擎之一。

（5）google（

）

Google搜索引擎是目前最優(yōu)秀的支持多語種的搜索引擎之一，約搜索3,083,324,652張網(wǎng)頁。提供網(wǎng)站、圖像、新聞組等多種資源的查詢。包括35個國家和地區(qū)的語言的資源。Google的使命就是要為您提供網(wǎng)上最好的查詢服務，促進全球信息的交流。

（6）百度（

）

百度是領先的中文搜索引擎。每分每秒，百度以超過億計的中文網(wǎng)頁，全球獨有的“超鏈分析”技術，亞秒級的迅捷速度，龐大的服務器群，接受來自全球各個國家的中文搜索請求。每一年，通過對數(shù)十億次搜索的響應，數(shù)千萬的網(wǎng)民從百度分享到最純粹的搜索體驗，徜徉信息之海。

（7）Lycos()它是全球最大的網(wǎng)絡資源的索引數(shù)據(jù)庫，也是一種有效而方便的Web搜巡工具，它在搜索文件、內(nèi)容以及文檔的次序方面表現(xiàn)出一定的人工智能，但更新速度較慢，含有大量過時信息。（8）Excite()Excite是一種能在大型數(shù)據(jù)庫中進行快速概念檢索的搜索引擎，支持目錄檢索和關鍵詞檢索，Excite在處理關鍵詞時使用了智能概念提取技術，因此，在查詢時，不僅能檢索出直接包含關鍵詞的網(wǎng)頁，也能檢索出那些雖然沒包含你的關鍵詞，但包含了與這些關鍵詞相關的其它詞匯的網(wǎng)頁，在檢索結(jié)果顯示上，將給出三種結(jié)果：專家選擇的站點目錄、結(jié)果網(wǎng)頁和新聞報道，在高級檢索中，你可以有各種檢索選擇，另外還提供了若干專題檢索。2．多媒體搜索的使用對多媒體文件進行檢索時，常采用關鍵字文本方式進行檢索，在搜索的精度上有待提高。

在輸入框里輸入想要查詢的詞，然后用鼠標點按上邊的“圖片”，就可以看到查詢結(jié)果了現(xiàn)在我們輸入“醫(yī)學解剖”，表示要查找與“醫(yī)學”有關的圖片，并點按“搜索”按鈕，結(jié)果如圖6.3.2多媒體素材整理與加工1．圖片素材的加工在設計和開發(fā)軟件時，圖片是應用最多的素材之一，但無論是從網(wǎng)上下載的圖片，還是通過掃描、數(shù)碼相機等儀器或抓屏的方法獲得的圖片，大多需要進行二次加工才能使用。對于圖片的簡單處理，一般只要求會調(diào)整圖片的大小、剪切圖像、切換格式、添加文字等操作，就可以初步滿足平常課件設計過程中的圖片開發(fā)需要。

（1）抓屏1）截取圖片（打開要截取的圖片→按一下鍵盤右上角的PrintScreen鍵）；2）打開計算機畫圖工具（開始→程序→附件→畫圖）；3）粘貼圖片（按住Ctrl＋V鍵）；4）保存圖片（文件菜單→保存）。（2）圖片加工1）調(diào)整圖片大小演示2）剪切圖片演示3）調(diào)整圖片的格式演示4）添加文字5）設置背景2．利用錄音軟件錄制教學音頻素材利用Windows提供的“錄音機”錄制聲音。

6.3.3多媒體光盤刻錄與信息發(fā)布1．刻錄光盤

（1）選擇光盤類型將需要刻錄的文件拷貝到一個新文件夾中(如臨時刻錄文件夾)，將刻錄盤(CD-R或CD-RW)插入刻錄機。（2）編輯刻錄文件（3）正式刻錄

2．多媒體信息發(fā)布一般多媒體信息發(fā)布系統(tǒng)都是以高質(zhì)量的編碼方式將視頻信號、音頻信號、圖片信息和滾動字幕組合成一個流媒體，通過網(wǎng)絡傳輸?shù)骄W(wǎng)絡播放器(彩豹Vclient)，然后由播放器將流媒體信息轉(zhuǎn)換成顯示終端（如液晶電視）的視頻信號播出。6.4數(shù)據(jù)壓縮技術

多媒體信息經(jīng)過數(shù)字化后，產(chǎn)生巨大的數(shù)據(jù)信息，數(shù)據(jù)壓縮的對象就是其中的冗余部分。對于各種媒體信息本身確實存在很大的壓縮空間，一般允許在一定限度失真的前提下，對其進行較大程度的壓縮。對圖像的壓縮，一般在人眼允許的誤差范圍內(nèi)，不仔細觀察，人們是很難覺察壓縮前后圖像的區(qū)別的；對于聲音信號，人的聽覺對部分頻率的音頻信號也是不敏感的，這就使多媒體數(shù)據(jù)壓縮成為可能。數(shù)據(jù)冗余

數(shù)據(jù)壓縮方法

數(shù)據(jù)壓縮處理一般由兩個過程組成：一是編碼（Encoding）過程，即對原始數(shù)據(jù)經(jīng)過編碼進行壓縮；二是解碼(Decoding)過程，對編碼數(shù)據(jù)進行解碼，還原為可以使用的數(shù)據(jù)。衡量一種數(shù)據(jù)壓縮技術的好壞有三個重要的指標：一是壓縮比要大，即壓縮前后所需的信息存儲量之比要大；二是實現(xiàn)壓縮的算法要簡單，壓縮、解壓速度快，盡可能地做到實時壓縮解壓；三是恢復效果要好，要盡可能地恢復原始數(shù)據(jù)。目前常用的壓縮編碼方法可以分為兩大類，一類是冗余壓縮法，也稱無損壓縮法；另一類是熵壓縮法，也稱有損壓縮法。6.4.1數(shù)據(jù)壓縮方法

JPEG標準適用于連續(xù)色調(diào)和多級灰度的靜態(tài)圖像

MPEG標準適用于運動圖像、音頻信息。包括MPEG視頻、MPEG音頻、MPEG系統(tǒng)（視頻和音頻的同步）。MPEG已制定了MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7和MPEG-21五種6.4.2兩大國際壓縮標準JPEG標準與MPEG標準

6.4.3數(shù)據(jù)壓縮的應用1.MP3音樂(1)MP3與CD音樂和WAV文件的轉(zhuǎn)換(2)MP3播放器Winamp2.利用軟件播放VCD

6.5虛擬現(xiàn)實技術

虛擬現(xiàn)實(VR即VirtualReality)是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機系統(tǒng)。它充分利用計算機硬件與軟件資源的集成技術，提供了一種實時的、三維的虛擬環(huán)境(VirtualEnvironment)，使用者完全可以進入虛擬環(huán)境中，觀看計算機產(chǎn)生的虛擬世界，聽到逼真的聲音，在虛擬環(huán)境中交互操作，有真實感，可以講話，并且能夠嗅到氣味。

6.5.1虛擬現(xiàn)實的特點1.沉浸沉浸是指用戶借助各類先進的傳感器進入虛擬環(huán)境之后，由于他所看到的、聽到的、感受到的一切內(nèi)容非常逼真，因此，他相信這一切都“真實”存在，而且相信自己正處于所感受到的環(huán)境中。

2.交互交互是指用戶進入虛擬環(huán)境后，不僅可以通過各類先進的傳感器獲得逼真的感受，而且可以用自然的方式對虛擬環(huán)境中的物體進行操作。如搬動虛擬環(huán)境中的一個虛擬盒子，甚至還可以在搬動盒子時感受到盒子的重量。3.構想構想是由虛擬環(huán)境的逼真性與實時交互性而使用戶產(chǎn)生更豐富的聯(lián)想，它是獲取沉浸感的一個必要條件。6.5.2醫(yī)學圖像引導手術圖像引導手術相對于傳統(tǒng)的外科手術是一種革命性的進步，這個技術有助于縮短手術時間、減少患者創(chuàng)口的大小、減少手術過程的步驟，這些都能提高手術的質(zhì)量和縮短病人的恢復周期。圖像引導手術系統(tǒng)包括圖像獲取、圖像分割、創(chuàng)建三維模型、術前規(guī)劃、圖像空間到物理空間的配準、三維跟蹤系統(tǒng)、手術導航、文檔數(shù)據(jù)的存儲等。圖像引導手術系統(tǒng)的幾個關鍵技術如下?；隗w直方圖分割算法的體繪制

為了減少醫(yī)學圖像分割過程中耗費的時間以及參數(shù)設置和調(diào)整的復雜程度，采用體直方圖分割算法產(chǎn)生不透明度函數(shù)，通過不透明度函數(shù)進行體繪制。目前，這個技術與大多數(shù)分割技術具有調(diào)整參數(shù)簡單、費時少、體繪制結(jié)果好的優(yōu)點。2．采用隱函數(shù)建模方法對三維模型進行隨意剪切

在術前規(guī)劃和手術導航過程中，為了擴大醫(yī)生的視野，讓他們精確地看到他們想看到的區(qū)域，三維模型的隨意剪切是一種必要的技術。采用VTK(VisualizationToolkit)提供的隱函數(shù)建模技術，實現(xiàn)對三維模型的隨意剪切。3．圖像空間到物理空間的配準關于圖像配準已經(jīng)提出了大量的方法，所使用的分類標準包括維數(shù)、變換的范圍、變換的類型等等。6.5.3基于微機的實用虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)1．計算機輔助虛擬透視技術的臨床意義手術過程中的X線透視是外科手術中的一個很有價值的工具。術中進行X射線透視掃描輔助定位，可明確手術器械與病人解剖結(jié)構的相對位置，提高手術精確度．減小手術的暴露范圍。

2．計算機輔助的虛擬透視系統(tǒng)的原理

手術導航系統(tǒng)的設計原理源自（GPS，GlobalPositioningSy