新程機構(gòu)計算機章節(jié)講解第

1-1第五章數(shù)字媒體及應(yīng)用1-21.理解GB2312，GBK和GB18030三種漢字編碼標(biāo)準的內(nèi)容、關(guān)系與應(yīng)用，熟悉中文文本準備的方法，掌握常用文本編輯與處理軟件的功能與應(yīng)用2.懂得數(shù)字圖像獲取的原理與方法，熟悉圖像在計算機中的表示，初步了解數(shù)字圖像處理的內(nèi)容與應(yīng)用，大體明白計算機圖形的生成過程及應(yīng)用3.掌握聲音獲取的方法與設(shè)備，熟悉波形聲音在計算機中的表示、標(biāo)準與應(yīng)用，初步了解語音合成和音樂合成的過程與應(yīng)用4.了解數(shù)字視頻的獲取方法與設(shè)備，熟悉視頻壓縮編碼的幾種標(biāo)準及其應(yīng)用，初步懂得計算機動畫的制作過程學(xué)習(xí)目標(biāo)1-3補充媒體的概念媒體（medium（單）media（復(fù)））：又稱媒介/媒質(zhì)，承載信息的載體，是信息的各種表示形式（如數(shù)值、文字、圖象、聲音、視頻等）數(shù)字媒體：

數(shù)值、文字、聲音、圖像等的二進制數(shù)字表示數(shù)字媒體是隨著計算機功能的不斷增強、計算機應(yīng)用的不斷深入而發(fā)展起來的1-4補充5種與計算機信息處理有關(guān)的媒體感覺媒體如：聲音，文字，圖畫，氣味，等；表示媒體如：聲，文，圖，活動圖像的二進制表示存儲媒體如磁盤，光盤，半導(dǎo)體存儲器等；表現(xiàn)媒體如：輸入設(shè)備，輸出設(shè)備傳輸媒體如：同軸電纜，光纖，電話線1-55.1.1字符編碼西文字符的編碼

AmericanStandardCodeforInformationInterchange(ASCII，美國標(biāo)準信息交換碼)。

國際通用的信息交換標(biāo)準代碼(ISO646)。

ASCII碼是對數(shù)字、字母、通用符號和控制符號等字符進行編碼。

ASCII碼：7位→128種0000000→11111115.1文本與文本處理1-6ASCII碼表(7位)高三位b6b5b4低四位b3b2b1b01-7[例]將China五個字符的ASCII碼查出并存放在內(nèi)存中。

ASCII碼的字符集：

(1)10個數(shù)字：0,1,2,3,4,5,6,7,8,9

(2)52個大、小寫字母

(3)25個特殊字符比較大?。?<…<9<A<…<Z<a<…<z(4)030H,A41H,a61H1-8漢字字符的編碼(1)國家標(biāo)準GB/T2312-1980信息交換用漢字編碼字符集--基本集一級漢字3755個(按拼音排序)

二級漢字3008個(按部首排序)

字母、數(shù)字和特殊圖形記號等

圖形字符(7445個)a.區(qū)位碼

書圖94×94例如：啊→區(qū)位碼→1601國→區(qū)位碼→2590

1-9

b.國標(biāo)碼規(guī)定：一個漢字采用兩個字節(jié)來表示0XXXXXXX0XXXXXXX第一字節(jié)第二字節(jié)*國標(biāo)碼＝區(qū)位碼+3232

啊→1601+3232→4833國→2590+3232→57122→01110011111010b1-10c.機內(nèi)碼：剛剛我們了解了國標(biāo)碼，一個漢字采用兩個字節(jié)來表示。漢字機內(nèi)碼是在設(shè)備和信息處理系統(tǒng)內(nèi)部存儲、處理、傳輸漢字用的代碼。目前我國使用的內(nèi)碼是國標(biāo)碼高位置1。漢字機內(nèi)碼＝漢字國標(biāo)碼＋128128

例如：國→機內(nèi)碼＝01110011111010b

＝1011100111111010b01XXXXXXX國標(biāo)碼機內(nèi)碼01XXXXXXX1-11(2)GBK漢字內(nèi)碼擴展規(guī)范問題：GB2312-80只有6763個漢字，使用時功能不夠。解決方法：1995年發(fā)布GBK，全稱為《漢字內(nèi)碼擴展規(guī)范》。GBK字符集中一共有21003個漢字和883個圖形符號，它與GB2312國標(biāo)漢字字符集及其內(nèi)碼保持兼容。GBK/1：GB2312中的符號；

GBK/2：GB2312中的全部漢字；

GBK/4和GBK/3：包括繁體字在內(nèi)的大量漢字；

GBK/5：符號。例如計算機係等繁體漢字和冃冄円冇等生僻的漢字。1-12字體彩蛋1-13（3）UCS/Unicode與GB18030漢字編碼標(biāo)準約有6800種語言和文字在使用，需要建立一個多文種（Multilingual）處理環(huán)境在ISO2022基礎(chǔ)上，使用代碼頁號切換不同字符集的方法過于繁瑣，且與其他系統(tǒng)不兼容目標(biāo)與途徑：實現(xiàn)所有字符在同一字符集中統(tǒng)一編碼1-14

UCS：ISO/IEC10646

UniversalMultiple-OctetCodedCharacterSet，通用多8位編碼字符集Unicode：統(tǒng)一碼或聯(lián)合碼，微軟、IBM等聯(lián)合制定、與UCS完全等同的工業(yè)標(biāo)準

UCS/Unicode用4個字節(jié)對全世界現(xiàn)代書面文字所使用的所有字符、符號進行編碼

1-15

優(yōu)點：編碼空間極大，能容納足夠多的各種字符集（13億字符）

缺點：4字節(jié)的字符編碼使存儲空間浪費嚴重

克服：在UCS/Unicode編碼空間中，把第1和第2字節(jié)均為“0”的一個子空間（稱為基本多文種平面BMP），作為UCS/Unicode的子集來使用，記作UCS-2。UCS-2是雙字節(jié)編碼，共有字符49194個，其中包括：歐洲及中東地區(qū)使用的拉丁字母、音節(jié)文字各種標(biāo)點符號、數(shù)學(xué)符號、技術(shù)符號、幾何形狀箭頭及其他符號中、日、韓（CJK）統(tǒng)一編碼的漢字1-16（4）UCS/Unicode與GB18030漢字編碼標(biāo)準為了既能與UCS/Unicode編碼標(biāo)準接軌，又能向下兼容GB2312和GBK漢字編碼標(biāo)準，保護已有的大量信息資源，信息產(chǎn)業(yè)部和國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局在2000年聯(lián)合發(fā)布了GB18030-2000漢字編碼國家標(biāo)準，并在2001年開始執(zhí)行。在GB2312和GBK的基礎(chǔ)上進行擴充，增加了4個字節(jié)的編碼，所包含的漢字數(shù)增加到27000多個。（5）BIG5編碼繁體字編碼雙字節(jié)編碼1-17GBK－95GB2312－80GB12345－90GB18030－200000FF00FF00FF00FF00FF00FF27484漢字20902漢字6763漢字2個擴充的漢字字符集GB2312GBK-95GB18030-2000虛線外的漢字，4字節(jié)表示1-18漢字處理技術(shù)：漢字輸入、漢字輸出、計算機內(nèi)部的編碼問題。根據(jù)漢字處理過程中的不同要求，有多種編碼形式。漢字輸入碼漢字交換碼漢字機內(nèi)碼漢字字形碼輸入設(shè)備輸出設(shè)備漢字庫5.1.2文本處理1-19人工輸入：通過鍵盤、手寫筆或語音輸入方式輸入字符特點：速度慢、成本高，不適合需處理大批量文字的應(yīng)用自動輸入：將紙介質(zhì)上的文本通過識別技術(shù)自動轉(zhuǎn)換為文字的編碼特點：速度快，效率高文字的自動識別分為：印刷體識別和手寫體識別1-20文本信息的輸入人工輸入自動識別輸入鍵盤輸入聯(lián)機手寫輸入語音輸入印刷體識別手寫體識別文本信息的輸入方法1-21

⑴漢字輸入碼

作用：讓用戶直接使用標(biāo)準鍵盤輸入漢字。

特點：規(guī)則簡單，重碼率低，擊鍵次數(shù)少。

分類：數(shù)字編碼→電報碼、區(qū)位碼等字音編碼→全拼、雙拼等字形編碼→五筆字型、鄭碼等混合編碼→自然碼、智能ABC等1.2計算機運算基礎(chǔ)1-22

⑵漢字交換碼

在漢字信息處理系統(tǒng)與通信處理系統(tǒng)之間進行漢字信息交換時所使用的編碼。

設(shè)計漢字交換碼編碼體系要考慮：☆被編碼的漢字個數(shù)盡量多；☆編碼的長度盡可能短；☆編碼具有唯一性；☆碼制的轉(zhuǎn)換要方便。1.2計算機運算基礎(chǔ)按照國家標(biāo)準GB/T-2312-1980編碼的漢

字交換碼→國標(biāo)碼.1-23

⑶漢字機內(nèi)碼漢字機內(nèi)碼是在設(shè)備和信息處理系統(tǒng)內(nèi)部存儲、處理、傳輸漢字用的代碼。目前我國使用的內(nèi)碼是國標(biāo)碼高位置1。1.2計算機運算基礎(chǔ)漢字機內(nèi)碼＝漢字國標(biāo)碼＋8080H

例如：啊→機內(nèi)碼＝3021H+8080H＝B0A1H1-24

又如：“中國”→漢字機內(nèi)碼＝？漢字區(qū)位碼漢字國標(biāo)碼漢字機內(nèi)碼中54488680=5650HD6D0H國259057122=397AHB9FAH

通過Debug查看漢字機內(nèi)碼：1.2計算機運算基礎(chǔ)1-25文本的分類(1)簡單文本（plaintext）：是由一連串的字符組成的，除了用于表達正文內(nèi)容的字符（包括漢字）及“回車”、“換行”、“制表”等有限的幾個打?。@示）控制字符之外，幾乎不包含任何其他格式信息和結(jié)構(gòu)信息。這種文本通常稱為純文本或ASCII文本，在PC機中的文件擴展名是.txt特性：呈現(xiàn)為一種線性結(jié)構(gòu)，以行、字為單位，順序?qū)懽髋c閱讀是最通用的文本文件格式，文件體積小，閱讀不受限制，幾乎所有的文字處理軟件都能識別和處理。不能插入圖片、表格等，不能建立超鏈接。1-26（2）豐富格式文本的格式化(排版)

設(shè)定文字的字體、字號、顏色等、確定頁面大小、文本在頁面上的布局等，這稱為文本的格式化(排版)。排版后產(chǎn)生豐富格式文本。豐富格式文本(richtext,fancytext,formattedtext)包含格式控制和結(jié)構(gòu)說明信息的文本。RTF格式為了便于豐富格式文本在不同的軟件和系統(tǒng)之間互換使用而提出的公用的中間格式。多媒體文檔（MultimediaDocument）

不僅插入圖、表與公式，還包含聲音或者視頻信息的文本。1-27文本編輯的主要功能對字、詞、句、段落進行添加、刪除、修改等操作字（符）的處理：設(shè)置字體、字號、字的排列方向、間距、顏色、效果等段落的處理：設(shè)置行距、段間距、段縮進、對稱方式等頁面布局的處理：設(shè)置頁邊距、每頁行列數(shù)、分欄、頁眉、頁腳等“所見即所得”（WhatYouSeeIsWhatYouGet,簡稱WYSIWYG）：一方面所有的編輯操作效果立即可以在屏幕上看到，另一方面在屏幕上看到的效果與打印機的輸出結(jié)果相同。文本的編輯與處理1-28文本處理內(nèi)容：字數(shù)統(tǒng)計，字頻統(tǒng)計，簡/繁體相互轉(zhuǎn)換，漢字/拼音相互轉(zhuǎn)換詞語排序，詞語錯誤檢測，文句語法檢查自動分詞，詞頻統(tǒng)計，詞性標(biāo)注，詞義辨識，大陸/臺灣術(shù)語轉(zhuǎn)換文本壓縮，文本加密，文本著作權(quán)保護關(guān)鍵詞提取，文摘自動生成，文本分類文本檢索（關(guān)鍵詞檢索、全文檢索），文本過濾文語轉(zhuǎn)換（語音合成），文種轉(zhuǎn)換（機器翻譯）篇章理解，自動問答，自動寫作等1-29面向通信的文本處理軟件計算機網(wǎng)絡(luò)上最普及的應(yīng)用是用電子郵件進行通信。大多數(shù)情況下電子郵件正文的內(nèi)容一般都是簡單文本，因此電子郵件內(nèi)嵌的文本編輯器功能比較簡單，操作使用方便。典型軟件：微軟公司的OutlookExpress，具有文字的增、刪、改以及字體、字號的設(shè)置功能，也可以設(shè)定一些簡單的格式和插入一些圖片。當(dāng)然郵件所帶的附件并不受此限制。在互聯(lián)網(wǎng)上進行聊天所使用的文本處理軟件更加簡單。1-30面向辦公的文本處理軟件功能要求：文本制作的高效率、高質(zhì)量軟件面向非專業(yè)用戶，易學(xué)好用文本處理能力，既功能豐富，又操作簡單排版功能典型軟件：MS-Office

中的WordWPS2000永中Office中的文本處理軟件1-31面向出版的文本處理軟件排版軟件的主要功能：將文字、圖形和圖像等合理地安排在頁面內(nèi).ps文件：排版軟件的輸出的一種使用頁面描述語言（例如PostScript）描述的文件，該文件記錄了每一個頁面的排版結(jié)果，它被送到裝有柵格圖像處理器（RIP）的激光照排機去，經(jīng)過RIP的解釋，產(chǎn)生頁面的圖像，然后驅(qū)動激光束對感光材料進行掃描曝光，以得到用于制版的膠片典型排版軟件：方正集團公司的“飛騰”排版軟件美國Adobe公司的PageMaker和PDFWriter1-32文本的展現(xiàn)(1)漢字的字形碼字形碼是一種用點陣表示漢字字形的編碼，它主要用于漢字輸出(打印、顯示等)時產(chǎn)生的漢字字形。

點陣大小類型：16×16、24×24

32×32、48×48以上

漢字庫：一個漢字系統(tǒng)所允許使用的全部漢字的漢字字形編碼的集合。1-33

例如：把一個方塊橫向和縱向都分為16格。若用1表示黑點，用0表示白點，則16×16的點陣漢字可用256位二進制數(shù)來表示，占用32B。

漢字“寶”的16×16點陣數(shù)字化信息：02H00H01H04H7FHFEH40H04H80H08H00H00H3FHF8H01H00H01H00H1FHF0H01H00H01H40H01H20H01H20H7FHFCH00H00H1.2計算機運算基礎(chǔ)1-34(1)漢字矢量表示

字符的點陣描述字符的輪廓描述1-355.2圖像與圖形(1)圖像(位圖圖像、點陣圖像)圖像：從現(xiàn)實世界中通過數(shù)字化設(shè)備獲取的圖像，稱為：取樣圖像（sampledimage）、點陣圖像（dotmatriximage）、位圖圖像（bitmapimage）——簡稱圖像（image）

優(yōu)缺點：①色彩和色調(diào)豐富，景物逼真

②縮放處理易失真，數(shù)據(jù)量大繪畫軟件：PhotoshopPhotoImpact1-36（2）圖形計算機合成的圖像(syntheticimage)稱為：矢量圖形（vectorgraphics），簡稱圖形（graphics）矢量圖是用一組指令來描述的，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,色彩)

優(yōu)缺點：①圖形文件占用空間較少②圖形復(fù)雜時耗時相對較長

繪圖軟件：CorelDRAWFreeHand1-37圖形與圖像的比較圖形圖像文件大小與圖形的復(fù)雜程度有關(guān)，一般較小與圖像的尺寸和顏色有關(guān)，一般較大文件內(nèi)容圖形指令圖像點陣數(shù)據(jù)縮放、旋轉(zhuǎn)處理無失真有失真處理技術(shù)繪制、創(chuàng)造和藝術(shù)性獲取、復(fù)制和技巧性適合范圍表現(xiàn)變化的曲線簡單圖案、運算結(jié)果表現(xiàn)自然和細節(jié)景物層次、色彩較豐富圖形圖像真實感圖形繪制模式識別技術(shù)1-385.2.1數(shù)字圖像的獲取

1.圖像的數(shù)字化圖像的獲取（capturing）：從現(xiàn)實世界中獲得數(shù)字圖像的過程圖像獲取的過程實質(zhì)上是模擬信號的數(shù)字化過程，它的處理步驟：掃描分色取樣量化1-39數(shù)字化掃描分色取樣量化

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×n20×13256亮度量化8b24b1-40圖像的數(shù)字化過程量化量化模擬圖像掃描分色量化數(shù)字圖像RGB

取樣

取樣取樣1-41數(shù)字圖像獲取設(shè)備設(shè)備：從現(xiàn)實世界獲得數(shù)字圖像過程中所使用的設(shè)備通稱為數(shù)字圖像獲取設(shè)備設(shè)備的功能：將現(xiàn)實的景物輸入到計算機內(nèi)并以取樣圖像的形式表示2D圖像獲取設(shè)備（如掃描儀、數(shù)碼相機等）只能對圖片或景物的2D投影進行數(shù)字化3D掃描儀能獲取包括深度信息在內(nèi)的3D景物的信息1-425.2.2圖像的表示與壓縮編碼

一、圖像的主要參數(shù)

⑴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數(shù)目。(640*480,800*600,1024*768)

圖像分辨率：指數(shù)字圖像的實際像素數(shù)目，它反映圖像在屏幕中顯示的大小。

1-43圖象文件的大小圖象文件名圖象大小、深度、類型1-44

⑵像素深度指記錄每個像素所使用的二進制位數(shù)。

彩色圖像：可使用的最多顏色數(shù)目

灰度圖像：可使用的亮度級別數(shù)目位數(shù)顏色數(shù)說明4位16種Windows3.x中畫筆支持16種顏色8位256種多媒體應(yīng)用中的最低顏色深度16位32768種RGB5:5:5,剩余1位表示其它屬性(透明度)24位16M種真彩色，超出人眼所能識別的顏色范圍32位16M種RGB8:8:8,剩余8位表示其它屬性(透明度)1-45

(3)彩色空間

顏色空間的類型，指彩色圖像所使用的顏色描述方法，也叫顏色模型。常用顏色模型：RGB(紅、綠、藍)、CMYK(青、品紅、黃、黑)、HSV(色彩、飽和度、亮度)、YUV(亮度、色度)等1-46Blackandwhiteimage黑白圖象的表示1-47Grayscaleimage灰度圖象的表示1-48彩色圖像的表示155156159170150151175176150154159166156158177178147153158162156168180188168175175174177182187183225225219217216218223227225224221220214215222225240233226223219220224229233231229226220220227230178176176176176205216226179178175180177200223231174175178184181189217224208203208196193197216225212210215202192196207218211212212210198194207210224227224214197196213220228231233220202197210217180177187190190220225231182184179188192217239233182185190191194207229235219215218198198205220237211214218202192195212234217214213210194192214238222225226214197200216230228230230225200206212220紅色分量綠色分量藍色分量1-49二、圖像的壓縮圖像文件的大小是指在磁盤上存儲整幅圖像所需的字節(jié)數(shù)。數(shù)據(jù)量＝圖像水平分辨率×圖像垂直分辨率×顏色深度/8(B)[例題]一幅640×480的24位真彩色圖像，未壓縮的圖像數(shù)據(jù)量是多少？640×480×24/8＝921600B＝900KB圖像大小8位（256色）16位（65536色）24位（真彩色）640×480300KB600KB900KB1024×768768KB1.5MB2.25MB1280×10241.25MB2.5MB3.75MB1-50圖像數(shù)據(jù)壓縮的可能性：由于數(shù)字圖像中的數(shù)據(jù)相關(guān)性很強，數(shù)據(jù)的冗余度很大，因此對數(shù)字圖像進行大幅度的數(shù)據(jù)壓縮是完全可能的。而且，人眼的視覺有一定的局限性，即使壓縮前后的圖像有一定失真，只要限制在人眼允許的誤差范圍之內(nèi)，也是允許的。1-51數(shù)據(jù)壓縮類型(1)無損壓縮:壓縮以后的數(shù)據(jù)進行圖像還原(也稱為解壓縮)時，重建的圖像與原始圖像完全相同壓縮比2：1-5：1

行程長度編碼（RunLengthCoding,RLC）：111110005555333302222222513045431072

哈夫曼(Huffman)編碼：對出現(xiàn)概率高（低）的編短（長）碼，是變長碼

預(yù)測編碼、二進制算術(shù)編碼等

軟件：winzipwinrar(2)有損壓縮：使用壓縮后的數(shù)據(jù)進行圖像重建時，重建后的圖像與原始圖像雖有一定的誤差，但不影響人們對圖像含義的正確理解。如變換編碼、矢量編碼等1-52圖像壓縮方法很多，不同方法適用于不同的應(yīng)用，在計算機中常常是多種壓縮方法的綜合使用。為得到較高的數(shù)據(jù)壓縮比，一般都采用有損壓縮。壓縮編碼方法優(yōu)劣的評價壓縮倍數(shù)的大小重建圖像的質(zhì)量（有損壓縮時）壓縮算法的復(fù)雜程度1-53圖像壓縮編碼方法的國際標(biāo)準和工業(yè)標(biāo)準：ISO和IEC兩個國際機構(gòu)聯(lián)合組成了一個專家組

(JointPhotographicExpertsGroup)，制定了一個靜止圖像數(shù)據(jù)壓縮編碼的國際標(biāo)準，稱為JPEG標(biāo)準。JPEG標(biāo)準的特點：適用范圍廣；能處理各種連續(xù)色調(diào)的彩色或灰度圖像；算法復(fù)雜度適中；既可用硬件實現(xiàn)，也可用軟件實現(xiàn)；圖像的壓縮比可控制（壓縮比越低，圖像質(zhì)量越好；壓縮比越高，圖像質(zhì)量越差）JPEG2000：適用于各種不同類型（黑白、灰度、彩色等）和不同特性（自然、醫(yī)學(xué)、遙感、合成）的圖像，可用于不同的應(yīng)用模式（實時傳輸、檢索、存檔等）。采用了小波分析等先進算法，提供了更好的圖像質(zhì)量，更低的碼率，更適合在WWW網(wǎng)上傳輸?shù)?，它兼容JPEG1-54JPEG圖像壓縮比例

中等壓縮后的圖像高倍壓縮后的圖像1-555.2.3圖像的文件格式

BMP：Windows標(biāo)準圖像文件格式

JPG：一種高效率壓縮格式(1:10～20)

GIF：用于交換圖片的，對灰度

圖像表現(xiàn)佳，但不超過256色的圖像。

PNG：流式網(wǎng)絡(luò)圖形格式，它使用LZ77派生的無損數(shù)據(jù)壓縮算法。

PNG存儲灰度圖像時圖像深度達16位

PNG存儲彩色圖像時圖像深度達48位1-56名稱壓縮編碼方法性質(zhì)典型應(yīng)用開發(fā)組織/公司BMPRLC無損Windows應(yīng)用程序MicrosoftTIFRLC,LZW無損DesktoppublishingAldus，MicrosoftGIFLZW無損InternetCompuServeJPEGDCT,Huffman無損/有損Internet，數(shù)碼相機等ISO/IECJP2小波變換，算術(shù)編碼無損/有損Internet，數(shù)碼相機等ISO/IEC1-571-581-591-60美國Adobe公司的PhotoShop，集圖像掃描、圖像編輯、繪圖、圖像合成及圖像輸出等多種功能于一體，是一個流行的圖像處理工具。處理前圖片上有劃痕處理后劃痕被清除圖像的濾鏡操作背景圖前景圖復(fù)合后的圖像圖層操作1-61應(yīng)用：圖像通信：傳真，可視電話，視頻會議遙感：航空遙感，衛(wèi)星遙感醫(yī)療診斷：X射線，超聲，CT，核磁共振工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用：生產(chǎn)過程的自動控制機器人視覺：軍事偵察，危險環(huán)境作業(yè)軍事、公安、檔案管理：指紋識別，檔案修復(fù)1-625.2.4計算機圖形景物的模型(model):景物在計算機內(nèi)的描述景物的建模(modeling):人們進行景物描述的過程繪制(rendering):也稱圖像合成(imagesynthesis)，根據(jù)景物的模型生成圖像的過程，所產(chǎn)生的數(shù)字圖像稱為計算機合成圖像計算機圖形學(xué)(ComputerGraphics):研究如何使用計算機描述景物并生成其圖像的原理、方法與技術(shù)1-63計算機合成圖像的過程：建模/造型（Modeling）景物形狀的模型(Model)繪制(Rederring)(ImageSynthesis)景物形狀的視圖1-64幾何模型：景物建模方法與景物類型有關(guān)。普通工業(yè)產(chǎn)品（如電視機、電話機、汽車、飛機等），使用基本的幾何元素（如點、線、面、體等）及表面材料的性質(zhì)等進行描述所建立的模型幾何模型分類（按照所使用的幾何元素類型）線框模型曲面模型實體模型幾何模型應(yīng)用：工業(yè)產(chǎn)品的計算機輔助設(shè)計/制造過程模型/算法模型：根據(jù)景物的生成規(guī)律，并使用相應(yīng)的算法來描述其規(guī)律所建立的模型1-65剪貼畫剪貼畫的分解剪貼畫的構(gòu)造與效果1-66改變幾何點1-67景物形狀的計算機表示使用幾何模型描述的機械零件使用分形模型描述的圖案形體與景物的建模方法線框模型實體模型曲面模型幾何造型技術(shù)過程模型技術(shù)分形幾何形狀語法微粒系統(tǒng)基于物理的建模1-68使用計算機合成圖像的主要優(yōu)點：能生成實際存在的具體景物的圖像，還能生成假想或抽象景物的圖像能生成靜止圖像，還能生成各種運動、變化的動態(tài)圖像計算機合成圖像的應(yīng)用：計算機輔助設(shè)計和輔助制造（CAD／CAM）利用計算機生成各種地形圖、交通圖、天氣圖、海洋圖、石油開采圖等作戰(zhàn)指揮和軍事訓(xùn)練計算機動畫和計算機藝術(shù)其他：電子出版、數(shù)據(jù)處理、工業(yè)監(jiān)控、輔助教學(xué)(CAI)、軟件工程等1-69矢量圖形：計算機合成圖像矢量繪圖軟件：制作矢量圖形的軟件 如：AutoCAD、MAPInfo、ARCInfo等2D的矢量繪圖軟件：Corel公司的CorelDrawAdobe公司的IllustratorMacromedia公司的FreeHand微軟公司的MicrosoftVisio微軟公司Office辦公套件中的Word和PowerPoint矢量繪圖軟件1-705.3數(shù)字聲音及應(yīng)用聲音：由振動而產(chǎn)生，通過空氣進行傳播。它由許多不同頻率的諧波所組成，諧波的頻率范圍稱為聲音的帶寬(bandwidth)，帶寬是聲音的一項重要參數(shù)。多媒體技術(shù)處理的聲音信號主要是人耳可聽到的20～20kHz的音頻信號(audio)言語（speech）/語音：人說話的聲音，其頻率范圍約為300～3400Hz全頻帶聲音：音樂聲、風(fēng)雨聲、汽車聲等其他聲音，其帶寬可達到20～20kHz1-715.3.1數(shù)字聲音的獲取與設(shè)備聲音信號的數(shù)字化：將模擬聲音信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字編碼形式以便于計算機進行處理的過程聲音信號數(shù)字化的過程：取樣量化編碼1-72一、聲音信號的類型模擬信號(自然界、物理)數(shù)字信號(計算機)二、聲音的數(shù)字化采樣量化編碼模擬信號數(shù)字信號模擬信號數(shù)字信號A/DADCD/ADAC1-73聲音數(shù)字化過程連續(xù)的模擬聲音信號聲音信號的采樣離散的音頻信號示意5.3音頻信息處理1-74.波形聲音的獲取設(shè)備麥克風(fēng)：將聲波轉(zhuǎn)換為電信號聲卡（soundcard）：控制并完成聲音的輸入(數(shù)字化)和輸出(重建)波形聲音的獲取(數(shù)字化)：把模擬的聲音信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式。

(話筒或線路輸入、單雙聲道）波形聲音的重建與播放MIDI聲音的輸入

(MusicalInstrumentDigitalInterface)MIDI聲音的合成與播放1-75

聲卡的工作原理取樣、量化DSPMIDI合成器重建、濾波D/A聲音輸入數(shù)字聲音輸出聲音輸出DMA接口PCI總線MIDI接口混音器1-76聲音重建聲音播放：計算機輸出聲音的過程聲音重建步驟：聲音重建（reconstruction）：把聲音從數(shù)字形式轉(zhuǎn)換成模擬信號形式解碼數(shù)模轉(zhuǎn)換插值處理將模擬聲音信號經(jīng)過處理和放大送到揚聲器發(fā)出聲音1-775.3.2波形聲音的表示與壓縮編碼波形聲音的主要參數(shù)取樣頻率量化位數(shù)聲道數(shù)目使用的壓縮編碼方法數(shù)碼率（bitrate）：指的是每秒鐘的數(shù)據(jù)量，也稱比特率、碼率數(shù)字聲音碼率計算公式為：壓縮編碼前波形聲音的碼率

＝

取樣頻率

×

量化位數(shù)

×

聲道數(shù)壓縮編碼后波形聲音的碼率＝壓縮前的碼率/壓縮倍數(shù)1-78幾種常見數(shù)字聲音的主要參數(shù)

波形聲音的主要參數(shù)聲音類型帶寬(Hz)取樣頻率(kHz)量化位數(shù)(bits)聲道數(shù)未壓縮時的碼率壓縮后的碼率數(shù)字語音300～340088164kb/s2~64kb/sCD唱片20～2000044.1162176.4kB/s176.4kB/sMP3音樂20～2000044.1162176.4kB/s128~112kb/s1-791-80

聲音數(shù)字化計算公式數(shù)據(jù)量＝采樣頻率×量化位數(shù)

×聲道數(shù)/8(字節(jié)/秒)采樣頻率(kHz)量化位數(shù)(bit)數(shù)據(jù)量(KB/s)單聲道立體聲11.025810.7721.531621.5343.0722.05821.5343.071643.0786.1344.1843.0786.131686.13172.275.3音頻信息處理1-81聲音數(shù)字化三要素采樣頻率量化位數(shù)聲道數(shù)每秒鐘抽取聲波幅度樣本的次數(shù)每個采樣點用多少二進制位表示數(shù)據(jù)范圍使用聲音通道的個數(shù)采樣頻率越高聲音質(zhì)量越好數(shù)據(jù)量也越大量化位數(shù)越多音質(zhì)越好數(shù)據(jù)量也越大立體聲比單聲道的表現(xiàn)力豐富，但數(shù)據(jù)量翻倍11.025kHz22.05kHz44.1kHz8位＝256個值16位＝65536個值單聲道立體聲5.3音頻信息處理1-82問題：數(shù)據(jù)量很大。如CD盤片上所存儲的立體聲高保真的全頻帶數(shù)字音樂，1小時的數(shù)據(jù)量大約是635MB目的與辦法：降低存儲成本和提高通信效率，對數(shù)字波形聲音進行數(shù)據(jù)壓縮波形聲音數(shù)據(jù)壓縮的可能性：聲音信號中包含有大量的冗余信息，再加上還可以利用人的聽覺感知特性，因此，產(chǎn)生了許多壓縮算法聲音數(shù)據(jù)壓縮算法的評價：壓縮倍數(shù)高，聲音失真小，算法簡單，編碼器/解碼器的成本低全頻帶聲音的壓縮編碼1-83第1代編碼技術(shù)——PCM（脈沖編碼調(diào)制）編碼：依據(jù)聲音波形本身的信息相關(guān)性進行數(shù)據(jù)壓縮，代表性的應(yīng)用是CD唱片第2代壓縮編碼——感知聲音編碼(perceptualaudiocoding)

：不但充分利用聲音信息本身的相關(guān)性，而且還充分利用人耳的聽覺特性，即，使用“心理聲學(xué)模型”來達到大幅度壓縮數(shù)據(jù)的目的全頻帶聲音的壓縮編碼（2）1-84第2代全頻帶聲音壓縮編碼標(biāo)準名稱壓縮后的碼率（每個聲道）聲道數(shù)目主要應(yīng)用MPEG-1層1384kbps（壓縮4倍）2數(shù)字盒式錄音帶MPEG-1層2256～192kbps（壓縮6～8倍）2DAB、VCD、DVDMPEG-1層3128～112kbps（壓縮10～12倍）2Internet、MP3音樂MPEG-2層audio與MPEG-1層1、層2、層3相同5.1，7.0同MPEG-1DolbyAC-364kbps5.1，7.1DVD、DTV、家庭影院1-85MPEG-1聲音壓縮編碼是國際上第一個高保真聲音數(shù)據(jù)壓縮的國際標(biāo)準，它分為三個層次：層1(Layer1)：編碼簡單，用于數(shù)字盒式錄音磁帶層2(Layer2)：算法復(fù)雜度中等，用于數(shù)字音頻廣播(DAB)和VCD等層3(Layer3)：編碼復(fù)雜，用于互聯(lián)網(wǎng)上的高質(zhì)量聲音的傳輸，如MP3音樂壓縮10倍MPEG-2的聲音壓縮編碼采用與MPEG-1聲音相同的編譯碼器，層1、層2和層3的結(jié)構(gòu)也相同，但它能支持5.1聲道和7.1聲道的環(huán)繞立體聲1-86杜比數(shù)字AC-3（DolbyDigitalAC-3）：美國杜比公司開發(fā)的多聲道全頻帶聲音編碼系統(tǒng)，它提供的環(huán)繞立體聲系統(tǒng)由5個全頻帶聲道加一個超低音聲道組成，6個聲道的信息在制作和還原過程中全部數(shù)字化，信息損失很少，細節(jié)豐富，具有真正的立體聲效果，在數(shù)字電視、DVD和家庭影院中廣泛使用。全頻帶聲音的壓縮編碼（4）1-87按MPEG-1、-2、-3，取樣頻率應(yīng)是多少？波形聲音的碼率=取樣頻率*量化位數(shù)*聲道數(shù)壓縮后的碼率=波形聲音的碼率/壓縮倍數(shù)

192kbps=波形聲音的碼率/4

波形聲音的碼率=192*4=取樣頻率*8*2所以，取樣頻率=48kHz>40kHz這是依據(jù)取樣定理：為了不產(chǎn)生失真，取樣頻率不應(yīng)低于聲音信號最高頻率的兩倍，即，>2*20kHz,今取48kHz

語音信號的取樣頻率應(yīng)是多少？1-88流媒體技術(shù)：允許在窄帶網(wǎng)上讓用戶一邊下載一邊收看(聽)音視頻連續(xù)媒體的技術(shù)流媒體：使用流式傳輸技術(shù)的音/視頻媒體優(yōu)點：等待時間大大縮短減少了對緩沖容量的需求降低了對網(wǎng)絡(luò)帶寬的要求1-89聲音流媒體產(chǎn)品RealNetworks公司的RA（RealAudio）數(shù)字音頻微軟公司的WMA（WindowsMediaAudio）數(shù)字音頻蘋果公司的QuickTime全頻帶聲音的壓縮編碼（7）1-90.wav(waveform)：用于PC.PCM：使用PCM編碼的聲音文件,.VOC：聲霸卡使用的音頻文件格式.Mp2：MPEGLayerI，II.Mp3：MPEGLayerIII,.rm，ra(RealAudio)：

RealNetworks的流式聲音文件.wma：微軟公司的流式聲音文件.aif(AudioInterchangeableFileFormat):蘋果機波形聲音的文件格式1-91語音：空氣通過聲道引起聲門振動產(chǎn)生語音 帶寬只有300～3400Hz壓縮方法有線電話通信系統(tǒng)中（波形編碼）：

G.711標(biāo)準

PCM（脈沖編碼調(diào)制）編碼

G.721標(biāo)準

ADPCM(自適應(yīng)差分脈沖編碼調(diào)制)編碼移動通信和IP電話中（混合編碼）

1-92波形編碼（基于感覺模型的壓縮方法）特點：碼率較高（64kb/s、32kb/s）、語音質(zhì)量高、算法簡單、易實現(xiàn)應(yīng)用：固定電話通信系統(tǒng)、多媒體文檔參數(shù)編碼或模型編碼特點：碼率很低、聲音質(zhì)量較差應(yīng)用：保密通信混合編碼(合成-分析方法）特點：中度碼率(4.8-16kb/s)、壓縮比較高、語音質(zhì)量較好應(yīng)用：移動通信、IP電話1-93數(shù)字語音壓縮編碼方法的比較數(shù)字語音的壓縮編碼語音質(zhì)量優(yōu)良中差壞1

2

4

8

16

32

64混合編碼波形編碼模型編碼碼率(kb/s)極低低中1-945.3.3波形聲音的編輯時間刻度左聲道信號波形淡入淡出播放標(biāo)尺右聲道信號波形數(shù)字聲音的參數(shù)1-951-965.3.4語音合成語音合成（Speechsynthesis）：根據(jù)語言學(xué)和自然語言理解的知識，使計算機模仿人的發(fā)聲，自動生成語音的過程。目前主要是按照文本（書面語言）進行語音合成，這個過程稱為文語轉(zhuǎn)換（Text-To-Speech,簡稱TTS）。文語轉(zhuǎn)換過程文本分析韻律分析語音生成1-97文語轉(zhuǎn)換過程文本文本分析韻律處理語音合成合成語音詞典，發(fā)音規(guī)則庫韻律規(guī)則庫語音庫1-98計算機合成語音的應(yīng)用：股票交易、航班動態(tài)查詢、電話報稅等業(yè)務(wù)有聲E-mail服務(wù)CAI課件或游戲解說詞的自動配音文稿校對、語言學(xué)習(xí)、語音秘書、自動報警、殘疾人服務(wù)等1-99MIDI規(guī)定：樂譜中的音符及其定時、速度、音色（樂器）等采用MIDI消息（MIDImessage）進行描述每個MIDI消息描述一個音樂事件（如開始演奏某個音符、結(jié)束演奏某個音符、選擇音符的音色、改變演奏速度等）一首樂曲所對應(yīng)的全部MIDI消息組成一個MIDI文件MIDI文件在計算機中的文件擴展名為

.MID，它是計算機合成音樂的交換標(biāo)準，也是商業(yè)音樂作品發(fā)行的標(biāo)準音樂合成1-100視頻（video）：指的是內(nèi)容隨時間變化的一個圖像序列，也稱為運動圖像或活動圖像(motionpicture)。常見的視頻有電視和計算機動畫。電視：當(dāng)代最有影響力的信息傳播工具。數(shù)字視頻：數(shù)字化的電視信號稱為數(shù)字視頻。計算機動畫：是計算機制作的圖像序列，是一種計算機合成的視頻。5.5數(shù)字視頻1-101電視畫面：一種光柵掃描圖像，一般采用隔行掃描方式，即圖像由奇數(shù)場和偶數(shù)場兩部分組成，合起來組成一幀圖像PAL制式(中國采用)(PhaseAlternatingLine)幀頻25幀/s,場頻50場/s，圖像的垂直分辨率（一幀圖像中的掃描線總數(shù)）625線，可見部分575線，不可見的回掃線50線，→電視信號行頻為625×25=15.625kHz遠距離傳輸時用亮度信號Y和兩個色度信號U、V來表示，優(yōu)點：能與黑白電視接收機保持兼容，Y分量由黑白電視機直接顯示而無需做進一步處理可利用人眼對兩個色度信號不太靈敏的視覺特性來節(jié)省電視信號的帶寬和發(fā)射功率電視基本知識1-102彩色信號的YUV表示與RGB表示的轉(zhuǎn)換：

亮度分量

Y＝0.3×R＋0.59×G＋0.11×B

色度分量

U＝0.493×(B

－Y)

色度分量

V＝0.877×(R

－Y)電視基本知識(2)1-103數(shù)字視頻與模擬視頻相比的優(yōu)點：復(fù)制和傳輸時不會造成質(zhì)量下降容易進行編輯修改有利于傳輸(抗干擾能力強，易于加密)可節(jié)省頻率資源視頻信號的數(shù)字化：以一幀幀畫面為單位進行由于采用YUV彩色空間，人眼對顏色信號的敏感度遠不如對亮度信號靈敏，所以色度信號的取樣頻率可以比亮度信號的取樣頻率低，以減少數(shù)字視頻的數(shù)據(jù)量2.視頻信號的數(shù)字化1-104BT.601、CIF、QCIF和SQCIF視頻圖像的格式視頻信號的數(shù)字化(3)BT.601CIFQCIFSQCIF行數(shù)/幀像素/行行數(shù)/幀像素/行行數(shù)/幀像素/行行數(shù)/幀像素/行亮度(Y)57672028836014418096128色度(U)57636014418072904864色度(V)57636014418072904864BT.601格式:亮度Y取樣頻率13.5MHz,色度信號U與V減半CIF:公用中間分辨率格式QCIF:?公用中間分辨率格式1-105⑴視頻采集卡：簡稱視頻卡，PC機中用于視頻信號數(shù)字化的插卡。功能：將輸入的模擬視頻信號（及伴音信號）數(shù)字化并存儲在硬盤中。數(shù)字化后的視頻圖像，經(jīng)彩色空間轉(zhuǎn)換（從YUV轉(zhuǎn)換為RGB），與計算機圖形顯示卡產(chǎn)生的圖像疊加，顯示在屏幕上。獲取數(shù)字視頻的同時使用數(shù)字信號處理器（DSP）進行音頻和視頻數(shù)據(jù)的壓縮編碼視頻卡與視頻獲取設(shè)備1-106視頻卡、圖形卡與主機之間的關(guān)系視頻卡與視頻獲取設(shè)備(2)模擬視頻輸入視頻獲取器視頻緩沖器電視/錄像機電視編碼器RGB顯示器疊加/彩色轉(zhuǎn)換圖形控制器顯示緩沖器DSP系統(tǒng)總線主存儲器CPU硬盤1-107數(shù)字攝像頭：在線獲取數(shù)字視頻的設(shè)備。通過光學(xué)鏡頭采集圖像，然后直接將圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并輸入到PC機，不需視頻采集卡進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。最高分辨率：640×480，一般：352×288，速度：30幀/s以下，鏡頭視角：45～60度大多數(shù)數(shù)字攝像頭采用CCD光傳感器，部分產(chǎn)品采用CMOS類型的光傳感器，后者分辨率不能很高，但功耗低、速度快接口：USB接口，IEEE1394（火線）接口。視頻卡與視頻獲取設(shè)備(3)

⑵數(shù)字攝像頭，數(shù)字攝像機1-108數(shù)字攝像機：一種離線的數(shù)字視頻獲取設(shè)備。原理：與數(shù)碼相機類似，功能更多壓縮編碼：視頻圖像及伴音使用M-JPEG或MPEG-2記錄介質(zhì)：磁帶，硬盤接口：USB，IEEE1394視頻卡與視頻獲取設(shè)備(4)1-109數(shù)字視頻的數(shù)據(jù)量：很大。1分鐘BT.601數(shù)字視頻的數(shù)據(jù)量約為1G字節(jié)數(shù)字視頻壓縮的可行性：畫面內(nèi)部信息相關(guān)性很強相鄰畫面的內(nèi)容具有高度的連貫性人眼的視覺特性4.5.2數(shù)字視頻的壓縮編碼

數(shù)字視頻壓縮的可行性1-110視頻壓縮編碼的標(biāo)準及其應(yīng)用名稱源圖像格式壓縮后的碼率主要應(yīng)用MPEG-1CIF格式大約1.2Mb/s~1.5Mb/s適用于VCD、數(shù)碼相機、數(shù)字攝像機等H.261CIF格式，QCIF格式P×64Kb/s(P=1、2時，只支持QCIF格式，P≥6時，可支持CIF格式)應(yīng)用于視頻通信，如可視電話、會議電視等MPEG-2(MP@ML)720×5765Mb/s~15Mb/s用途最廣，如DVD，150路衛(wèi)星電視直播，540路CATV等MPEG-2HighProfile1440×15521920×115280Mb/s~100Mb/s目標(biāo)是高清晰度電視（HDTV）領(lǐng)域MPEG-4(H.324)多種不同的視頻格式與MPEG-1，MPEG-2相當(dāng)，但最低可達到64Kb/s適合于交互式多媒體應(yīng)用，包括虛擬現(xiàn)實、遠程教學(xué)、交互式電視等1-111MPEG-1：一種運動圖像及其伴音的編碼標(biāo)準碼率：1.2Mb/s~1.5Mb/s圖像質(zhì)量：200多線，相當(dāng)于一般家用錄像機應(yīng)用：數(shù)碼相機和數(shù)字攝像機VCD視頻壓縮編碼的標(biāo)準及其應(yīng)用(2)1-112MPEG-2：針對數(shù)字電視(DTV)的應(yīng)用要求碼率：1.5Mb/s～60Mb/s甚至更高特點：通用性，向下兼容MPEG-1應(yīng)用：數(shù)字衛(wèi)星電視高清晰度電視(HDTV)領(lǐng)域數(shù)字視盤DVD視頻壓縮編碼的標(biāo)準及其應(yīng)用(3)1-113MPEG-4：目標(biāo)：支持各種網(wǎng)絡(luò)條件下(包括移動通信)的交互式多媒體應(yīng)用，側(cè)重于對多媒體信息內(nèi)容的訪問支持：自然的（取樣）和計算機合成視頻和音頻，功能強，應(yīng)用前景廣H.261:數(shù)字視頻編碼標(biāo)準，由國際電聯(lián)(ITU)前身CCITT制定，適用于在ISDN網(wǎng)上以p×64kbps(p=l,…,30)的速率開展視頻會議和可視電話業(yè)務(wù)視頻壓縮編碼的標(biāo)準及其應(yīng)用(4)1-114AVI（AudioVideoInterleavedFormat）：一種音頻/視頻文件格式應(yīng)用：Windows平臺，在獲取、編輯以及播放音頻/視頻流的應(yīng)用軟件中被廣泛使用對壓縮方法沒有限制，只需在文件中加以說明，增強了可擴展性 例如,可使用MicrosoftRLE、MicrosoftVideo1、IntelIndeo3.1/3.2、Cinepak，MPEG、Motion-JPEG等壓縮算法缺點：不適應(yīng)在網(wǎng)絡(luò)上對視頻流的實時播放視頻壓縮編碼的標(biāo)準及其應(yīng)用(5)1-115ASF(AdvancedStreamFormat)文件格式針對AVI文件的網(wǎng)絡(luò)實時播放缺陷開發(fā)采用技術(shù)：WMVideo8和WMAudio8流媒體技術(shù)應(yīng)用：互聯(lián)網(wǎng)上視頻直播（WebTV）、視頻點播（VOD）、視頻會議等RealNetworks公司的RealMediaRMVB影片

視頻壓縮編碼的標(biāo)準及其應(yīng)用(6)1-116非線性編輯系統(tǒng)：擺脫了磁帶順序存取束縛的計算機視頻編輯系統(tǒng)。節(jié)目制作是在大容量隨機存取的磁盤存儲器上進行，效率得到了極大的提高。系統(tǒng)組成：計算機主機、視（音）頻卡、SCSI硬盤、視頻編輯軟件、控制裝置使用模式：把電視節(jié)目素材存入硬盤中，根據(jù)需要對不同長短、不同順序的素材進行剪輯，同時配上字幕、特技和各種動畫，再進行配音、配樂，最終制作成高質(zhì)量的電視節(jié)目功能：視頻處理功能和數(shù)字特技機、字幕機、編輯機、調(diào)音臺等眾多功能核心軟件：數(shù)字視頻編輯器，如AdobePremiere4.5.3數(shù)字視頻的編輯

非線性編輯系統(tǒng)1-117虛擬演播室：利用計算機生成運動或靜止的三維場景，與現(xiàn)場拍攝的視頻圖像進行實時合成。在現(xiàn)場直播時，綜合生成的三維場景，可不斷變化更換，并根據(jù)演播室攝像機運動的位置顯示出正確的透視