數(shù)字媒體技術(shù)課件-ch01

數(shù)字媒體技術(shù)數(shù)字媒體技術(shù)教材及參考書教材劉清堂等著，數(shù)字媒體技術(shù)導論，清華大學出版社，2008年參考書鐘玉琢等著，多媒體計算機技術(shù)基礎及應用（第3版），高等教育出版社，2009年胡曉峰等著，多媒體技術(shù)教程，人民郵電出版社，2002年教材及參考書教材課程內(nèi)容第一章數(shù)字媒體技術(shù)概述第二章數(shù)字音頻技術(shù)第三章數(shù)字圖像技術(shù)第四章數(shù)字視頻技術(shù)第五章數(shù)字媒體壓縮技術(shù)第六章數(shù)字媒體存儲技術(shù)第七章數(shù)字媒體管理與保護課程內(nèi)容第一章數(shù)字媒體技術(shù)概述第一章數(shù)字媒體技術(shù)概述媒體的基本概念數(shù)字媒體及其特性媒體的種類和特點數(shù)字媒體技術(shù)的研究領(lǐng)域第一章數(shù)字媒體技術(shù)概述媒體的基本概念媒體媒體的概念媒體（media，medium）承載信息之載體ITU-T（原CCITT）對媒體的分類感覺、表示、顯示、存儲、傳輸媒體媒體的概念媒體感覺媒體：用戶接觸信息的感覺形式視覺、聽覺、觸覺等表示媒體：信息的表示形式文字、圖像、聲音、視頻、動畫等顯示媒體：表現(xiàn)和獲取信息的物理設備顯示器、打印機、揚聲器、鍵盤等媒體感覺媒體：用戶接觸信息的感覺形式媒體存儲媒體：存儲數(shù)據(jù)的物理設備磁帶、磁盤、光盤等傳輸媒體：傳輸數(shù)據(jù)的物理設備光纜、電纜、電磁波、交換設備等媒體存儲媒體：存儲數(shù)據(jù)的物理設備CPUOutputDeviceStorageInputDevice表示媒體存儲媒體表現(xiàn)媒體表現(xiàn)媒體感覺媒體感覺媒體表示媒體傳輸媒體媒體CPUOutputStorageInput表示媒體存儲媒體表第一章數(shù)字媒體技術(shù)概述媒體的基本概念數(shù)字媒體及其特性媒體的種類和特點數(shù)字媒體技術(shù)的研究領(lǐng)域第一章數(shù)字媒體技術(shù)概述媒體的基本概念數(shù)字媒體及特性數(shù)字媒體概念計算機存儲、處理和傳播的信息媒體為數(shù)字媒體（digitalmedia）。數(shù)字媒體包括兩個方面，（1）信息，內(nèi)容采用二進制表示；（2）媒介，能存儲、傳播二進制信息。數(shù)字媒體及特性數(shù)字媒體概念數(shù)字媒體概念（續(xù)）數(shù)字媒體概念數(shù)字媒體是數(shù)字化的內(nèi)容作品以現(xiàn)代網(wǎng)絡為主要傳播載體，通過完善的服務體系，分發(fā)到終端和用戶進行消費的全過程。數(shù)字媒體是指最終以二進制數(shù)的形式記錄、處理、傳播、獲取的信息媒體。這些媒體包括數(shù)字化的文字、圖形、圖像、聲音、視頻影像和動畫及其編碼等邏輯媒體和存儲、傳輸、顯示邏輯媒體的物理媒體。但常常指邏輯媒體。數(shù)字媒體概念（續(xù)）數(shù)字媒體概念數(shù)字媒體特性數(shù)字化多樣性交互性集成性趣味性技術(shù)與藝術(shù)的融合數(shù)字媒體特性數(shù)字化數(shù)字化我們過去熟悉的媒體幾乎都是以模擬的方式進行存儲和傳播的，而數(shù)字媒體卻是以比特的形式通過計算機進行存儲、處理和傳播。數(shù)字化我們過去熟悉的媒體幾乎都是以模擬的方式進行存儲和傳播的多樣性信息載體的多樣性融合兩種或兩種以上媒體。連續(xù)媒體（音頻和視頻）是人機交互最自然的媒體，是對計算機更人性化的要求65%20%10%2%3%視覺味覺嗅覺觸覺聽覺多樣性信息載體的多樣性65%20%10%2%3%視覺味覺嗅覺多媒體是技術(shù)與應用發(fā)展的必然在計算機發(fā)展的初期，人們只能用數(shù)值這種媒體承載信息只能通過“0”和“1”表示信息紙帶機和卡片機是主要的I/O設備機器語言時代計算機的應用只限于極少數(shù)計算機專業(yè)人員多媒體是技術(shù)與應用發(fā)展的必然在計算機發(fā)展的初期，人們只能用數(shù)多媒體是技術(shù)與應用發(fā)展的必然1950’s~1970’s，出現(xiàn)了高級程序設計語言，開始用文字作為信息的載體用文字（如英文）編程，輸入計算機，處理結(jié)果也可用文字表示輸出這時的I/O設備主要是打字機、鍵盤和顯示終端計算機的應用擴大到具有一般文化程度的科技人員多媒體是技術(shù)與應用發(fā)展的必然1950’s~1970’s，出現(xiàn)多媒體是技術(shù)與應用發(fā)展的必然1980’s開始，人們致力于研究將聲音、圖形和圖像作為新的信息媒體輸入輸出計算機，這將使計算機的應用更為直觀、容易1984年Apple公司的Macintosh個人計算機首次引進“位映射”的圖形機理，用戶接口開始使用Mouse驅(qū)動的窗口技術(shù)和圖符（WindowsandIcon）這使得文化水平較低的公眾，包括兒童在內(nèi)都能夠使用計算機多媒體是技術(shù)與應用發(fā)展的必然1980’s開始，人們致力于研究多媒體是技術(shù)與應用發(fā)展的必然今天，國際上下述幾項技術(shù)又有了突破性的進展VLSI的密度和速度的增加；CD-ROM、DVD等低成本、大容量存儲器的出現(xiàn)；雙通道VRAM、RDRAM的引進；網(wǎng)絡技術(shù)的廣泛使用以上技術(shù)有效帶動了視頻壓縮算法和視頻處理器結(jié)構(gòu)的改進促使十多年前單色文本/圖形子系統(tǒng)轉(zhuǎn)變成今天的色彩豐富、高清晰度顯示子系統(tǒng)同時能做到全屏幕、全運動視頻圖像，高清晰度的靜態(tài)圖像，視頻特技，三維實時的全電視信號以及高速真彩色圖形，高保真度音響信息多媒體是技術(shù)與應用發(fā)展的必然今天，國際上下述幾項技術(shù)又有了突多媒體是技術(shù)與應用發(fā)展的必然綜上所述，無論從半導體的的發(fā)展還是從計算機進步的角度，或者從普及計算機應用、拓寬計算機處理信息類型看，利用多媒體是計算機技術(shù)發(fā)展的必然趨勢多媒體是技術(shù)與應用發(fā)展的必然綜上所述，無論從半導體的的發(fā)展還交互性交互性能的實現(xiàn)，在模擬域中是相當困難的，而在數(shù)字域中卻容易得多。因此，具有計算機的“人機交互作用”是數(shù)字媒體的一個顯著特點。數(shù)字媒體就是以網(wǎng)絡或者信息終端為介質(zhì)的互動傳播媒介。交互性交互性能的實現(xiàn)，在模擬域中是相當困難的，而在數(shù)字域中卻交互性（續(xù)）交互性傳統(tǒng)媒體（電視、廣播）：被動接受信息多媒體：是一種人－機交互式媒體，向用戶提供交互式的使用、加工和控制信息的手段簡單的交互式應用：如視頻點播（VOD）、從數(shù)據(jù)庫中檢索出某人的照片等高級的交互式應用：虛擬現(xiàn)實（VirtualReality，VR），又稱“靈境”技術(shù)交互性（續(xù)）交互性交互性（續(xù)）虛擬現(xiàn)實（VirtualReality）：是一種逼真的視、聽、觸覺一體化的計算機生成環(huán)境，用戶可以借助必要的裝備（如頭盔顯示器、數(shù)據(jù)手套等）以自然的方式與虛擬環(huán)境中的物體進行交互作用、相互影響，從而獲得親臨等同真實環(huán)境的感受和體驗。交互性（續(xù)）虛擬現(xiàn)實（VirtualReality）：是一趣味性互聯(lián)網(wǎng)、IPTV、數(shù)字游戲、數(shù)字電視、移動流媒體等為人們提供了寬廣的娛樂空間，媒體的趣味性真正體現(xiàn)出來。如觀眾可以參與電視互動節(jié)目，觀看體育賽事的時候可以選擇多個視角，從浩瀚的數(shù)字內(nèi)容庫里搜索并觀看電影和電視節(jié)目，分享圖片和家庭錄像，瀏覽好品質(zhì)內(nèi)容。趣味性互聯(lián)網(wǎng)、IPTV、數(shù)字游戲、數(shù)字電視、移動流媒體等為人集成性集成性多種信息媒體的集成處理這些媒體的設備與設施的集成1+1〉2集成性集成性1+1〉2技術(shù)與藝術(shù)的融合信息技術(shù)與人文藝術(shù)、左腦與右腦之間都有著明顯差異，但數(shù)字媒體傳播卻可以在這些領(lǐng)域之間架起橋梁。計算機的發(fā)展與普及已經(jīng)使信息技術(shù)離開了純粹技術(shù)的需要，數(shù)字媒體傳播需要信息技術(shù)與人文藝術(shù)的融合。例如，在開發(fā)多媒體產(chǎn)品時，技術(shù)專家要負責技術(shù)規(guī)劃，藝術(shù)家/設計師要負責所有可視內(nèi)容，清楚觀眾的欣賞要求。技術(shù)與藝術(shù)的融合信息技術(shù)與人文藝術(shù)、左腦與右腦之間都有著明顯數(shù)字媒體傳播模式數(shù)字媒體是利用數(shù)字電視技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)，通過互聯(lián)網(wǎng)、寬帶局域網(wǎng)、無線通信網(wǎng)和衛(wèi)星等渠道，以電視、電腦和手機為終端，向用戶提供視頻、音頻、語音數(shù)據(jù)服務、連線游戲、遠程教育等集成信息和娛樂服務的一種傳播形式。數(shù)字媒體傳播模式數(shù)字媒體是利用數(shù)字電視技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)，通過互大眾傳播模式傳統(tǒng)的大眾傳播媒體，是一對多的傳播過程，由一個媒介出發(fā)達到大量的受眾。大眾傳播模式傳統(tǒng)的大眾傳播媒體，是一對多的傳播過程，由一個媒數(shù)字媒體傳輸模式在數(shù)字媒體傳播模式中，信源和信宿都是計算機。因此，信源和信宿的位置是可以隨時互換的。這與傳統(tǒng)的大眾傳播如報紙、廣播電視等相比，發(fā)生了深刻的變化和革命。數(shù)字媒體傳輸模式在數(shù)字媒體傳播模式中，信源和信宿都是計算機。數(shù)字媒體傳輸模式（續(xù)）數(shù)字媒體傳播的理想信道是具有足夠帶寬的、可以傳輸比特流的高速網(wǎng)絡信道。網(wǎng)絡可能由電話線、光纜或衛(wèi)星通信構(gòu)成。數(shù)字媒體可以是多點之間的傳播。數(shù)字媒體傳輸模式（續(xù)）數(shù)字媒體傳播的理想信道是具有足夠帶寬的第一章數(shù)字媒體技術(shù)概述媒體的基本概念數(shù)字媒體及其特性媒體的種類和特點數(shù)字媒體技術(shù)的研究領(lǐng)域第一章數(shù)字媒體技術(shù)概述媒體的基本概念媒體的種類人類利用視覺、聽覺、觸覺、嗅覺和味覺來感受各種信息，因此媒體可分為：視覺類媒體(70%-80%)聽覺類媒體(10%)觸覺、嗅覺和味覺類媒體(10%)媒體的種類人類利用視覺、聽覺、觸覺、嗅覺和味覺來感受各種信息視覺類媒體視覺是人類感知信息最重要的途徑百聞不如一見視覺類媒體元素文本(Text)、圖像(Image)、圖形(Graphic)、視頻(Video)、動畫(Animation)視覺類媒體視覺是人類感知信息最重要的途徑文本文本是使用最早的計算機媒體信息英文文本：由ASCII碼表示，每個字母、數(shù)字、標點或數(shù)學符號各占一個字節(jié)中文文本：由國標GB2312-80的雙字節(jié)編碼表示，每個字符占兩個字節(jié)WPS(.wps)、Word(.doc)、Notepad(.txt)…非格式化文本文件、格式化文本文件文本文本是使用最早的計算機媒體信息圖像一幅圖像可定義為一個二維函數(shù)f(x,y)(x,y)為空間坐標；f(x,y)為圖像在點(x,y)處的強度數(shù)字圖像：當x,y和f都是有限的、離散的像素：構(gòu)成數(shù)字圖像的基本元素圖像一幅圖像可定義為一個二維函數(shù)f(x,y)圖形圖形一般是指計算機繪制的畫面，如直線、圓、圓弧、矩形、任意曲線和圖表等不直接描述數(shù)據(jù)的每一點，而是描述產(chǎn)生這些點的過程和方法。圖形的格式是一組描述點、線、面等幾何圖形的大小、形狀、位置的指令，如:line(x1,y1,x2,y2,color)Circle(x,y,r,color)圖形圖形一般是指計算機繪制的畫面，如直線、圓、圓弧、矩形、任圖形vs圖像雖然對用戶而言是一樣的，但是兩者的存儲結(jié)構(gòu)和表示方法完全不同圖形是矢量結(jié)構(gòu)的畫面存儲形式，抽象，數(shù)據(jù)量小，但顯示成本高圖像是柵格結(jié)構(gòu)的畫面形式，基本元素是像素，逼真，數(shù)據(jù)量大圖形是更加抽象化的圖像圖形vs圖像雖然對用戶而言是一樣的，但是兩者的存儲結(jié)構(gòu)和圖形vs圖像圖形vs圖像視頻和動畫一幅幅有聯(lián)系的靜態(tài)圖像的連續(xù)播放，利用了人眼的視覺暫留性，即每秒連續(xù)播放20-30幀(frame)，產(chǎn)生運動畫面的效果視頻：單幀是采集的真實圖像動畫：單幀是由計算機產(chǎn)生或人工畫出的圖像或圖形，動畫包括：二維動畫、三維動畫、真實感三維動畫等視頻和動畫一幅幅有聯(lián)系的靜態(tài)圖像的連續(xù)播放，利用了人眼的視覺視頻和動畫一個動畫例子（共6幀，10幀/秒）視頻和動畫一個動畫例子（共6幀，10幀/秒）聽覺類媒體波形聲音（Wave）20~20kHz，波形聲音是對自然界聲音進行采樣和量化的結(jié)果，是自然界所有聲音的拷貝語音（Speech）300~3.4kHz，語音（或稱話音）是指人的說話聲，它除了是聲音的載體外，還包含語意和情感等信息，語音信號處理可能涉及語言學、社會學、聲學等音樂（Music）符號化了的聲音，多媒體中專指MIDI音樂聽覺類媒體波形聲音（Wave）第一章數(shù)字媒體技術(shù)概述媒體的基本概念數(shù)字媒體及其特性媒體的種類和特點數(shù)字媒體技術(shù)的研究領(lǐng)域第一章數(shù)字媒體技術(shù)概述媒體的基本概念數(shù)字媒體技術(shù)研究領(lǐng)域數(shù)字媒體涉及的技術(shù)范圍很廣，是多種學科和多種技術(shù)交叉的領(lǐng)域。主要技術(shù)范疇包括：數(shù)字媒體表示與操作，包括數(shù)字聲音及處理、數(shù)字圖像及處理、數(shù)字視頻及處理、數(shù)字動畫技術(shù)等。數(shù)字媒體壓縮，包括通用壓縮編碼、專門壓縮編碼（聲音、圖像、視頻）技術(shù)等。數(shù)字媒體存儲與管理，包括光盤存儲（CD技術(shù)、DVD技術(shù)等）、媒體數(shù)據(jù)管理、數(shù)字媒體版權(quán)保護等。數(shù)字媒體傳輸，包括流媒體技術(shù)、P2P技術(shù)等。數(shù)字媒體技術(shù)研究領(lǐng)域數(shù)字媒體涉及的技術(shù)范圍很廣，是多種學科和數(shù)字媒體技術(shù)主要的研究方向數(shù)字媒體的技術(shù)范疇規(guī)劃了數(shù)字媒體技術(shù)的研究領(lǐng)域，其主要的研究方向包括：數(shù)字聲音處理：包括音頻及其傳統(tǒng)技術(shù)（記錄、編輯技術(shù)）、音頻的數(shù)字化技術(shù)（采樣、量化、編碼）、數(shù)字音頻的編輯技術(shù)、話音編碼技術(shù)（如PCM、DA、ADM）。數(shù)字音頻技術(shù)可應用于個人娛樂、專業(yè)制作、數(shù)字廣播等。數(shù)字圖像處理：包括數(shù)字圖像的計算機表示方法（位圖、矢量圖等）、數(shù)字圖像的獲取技術(shù)、圖像的編輯與創(chuàng)意設計。常用的圖像處理軟件有Photoshop等。數(shù)字圖像處理技術(shù)可應用于家庭娛樂、數(shù)字排版、工業(yè)設計、企業(yè)徽標設計、漫畫創(chuàng)作、動畫原形設計、數(shù)字繪畫創(chuàng)作。數(shù)字媒體技術(shù)主要的研究方向數(shù)字媒體的技術(shù)范疇規(guī)劃了數(shù)字媒體技數(shù)字媒體技術(shù)主要的研究方向（續(xù)）數(shù)字視頻處理：包括數(shù)字視頻及其基本編輯技術(shù)、后期特效處理技術(shù)。常用的視頻處理軟件有Premiere等。數(shù)字視頻處理技術(shù)可應用于個人、家庭影像記錄、電視節(jié)目制作、網(wǎng)絡新聞。數(shù)字動畫設計：包括動畫的基本原理、動畫設計基礎（包括環(huán)節(jié)：構(gòu)思、劇本、情節(jié)鏈圖片、模板與角色、背景、配樂）、數(shù)字二維動畫技術(shù)、數(shù)字三維動畫技術(shù)、數(shù)字動畫的設計與創(chuàng)意。常用的動畫設計軟件有3DMAX、Flash等。數(shù)字動畫可應用于少兒電視節(jié)目制作、動畫電影制作、電視節(jié)目后期特效包裝、建筑和裝潢設計、工業(yè)計算機輔助設計、教學課件制作等。數(shù)字游戲設計：包括游戲設計相關(guān)軟件技術(shù)（DirectX、OpenGL等）、游戲設計與創(chuàng)意。數(shù)字媒體技術(shù)主要的研究方向（續(xù)）數(shù)字視頻處理：包括數(shù)字視頻及數(shù)字媒體技術(shù)主要的研究方向（續(xù)）數(shù)字媒體壓縮：包括數(shù)字媒體壓縮技術(shù)及分類、通用的數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)（行程編碼、字典編碼、熵編碼等）、數(shù)字媒體壓縮標準，如用于聲音的MP3、MP4、用于圖像的JPEG、用于運動圖像的MPEG。數(shù)字媒體存儲：包括內(nèi)存儲器、外存儲器、光盤存儲器等。數(shù)字媒體管理與保護：包括數(shù)字媒體的數(shù)據(jù)管理、媒體存儲模型及應用、數(shù)字媒體版權(quán)保護概念及框架、數(shù)字版權(quán)保護技術(shù)，如加密技術(shù)、數(shù)字水印技術(shù)、權(quán)利描述語言等。數(shù)字媒體傳輸技術(shù)：包括流媒體傳輸技術(shù)、P2P技術(shù)、IPTV技術(shù)等。數(shù)字媒體技術(shù)主要的研究方向（續(xù)）數(shù)字媒體壓縮：包括數(shù)字媒體壓數(shù)字媒體應用領(lǐng)域數(shù)字媒體有著廣泛的應用和開發(fā)領(lǐng)域教育培訓電子商務信息發(fā)布游戲娛樂電子出版創(chuàng)意設計等數(shù)字媒體應用領(lǐng)域數(shù)字媒體有著廣泛的應用和開發(fā)領(lǐng)域數(shù)字媒體應用領(lǐng)域——教育培訓在教育培訓方面，可以開發(fā)遠程教育系統(tǒng)、網(wǎng)絡多媒體資源、制作數(shù)字電視節(jié)目等。數(shù)字媒體因能夠?qū)崿F(xiàn)圖文并茂、人機交互、反饋，從而能有效地激發(fā)受眾的學習興趣。用戶可以根據(jù)自己的特點和需要來有針對性地選擇學習內(nèi)容，主動參與。以互聯(lián)網(wǎng)為基礎的遠程教學，極大地沖擊著傳統(tǒng)的教育模式，把集中式教育發(fā)展成為使用計算機的分布式教學。學生可以不受地域限制，接受遠程教師的多媒體交互指導。因此，教學突破了時空的限制，并且能夠及時交流信息，共享資源。數(shù)字媒體應用領(lǐng)域——教育培訓在教育培訓方面，可以開發(fā)遠程教育數(shù)字媒體應用領(lǐng)域——電子商務在電子商務領(lǐng)域，開發(fā)網(wǎng)上電子商城，實現(xiàn)網(wǎng)上交易。網(wǎng)絡為商家提供了推銷自己的機會。通過網(wǎng)絡電子廣告、電子商務網(wǎng)站，能將商品信息迅速傳遞給顧客，顧客可以訂購自己喜愛的商品。目前，國際上比較流行的電子商務網(wǎng)站有網(wǎng)上拍賣電子灣eBAY、網(wǎng)絡書店amazon，國內(nèi)的電子商務網(wǎng)站有卓越網(wǎng)、阿里巴巴、淘寶網(wǎng)等。數(shù)字媒體應用領(lǐng)域——電子商務在電子商務領(lǐng)域，開發(fā)網(wǎng)上電子商城數(shù)字媒體應用領(lǐng)域——信息發(fā)布在信息發(fā)布方面，組織機構(gòu)或個人都可以成為信息發(fā)布的主體。各公司、企業(yè)、學校及政府部門都可以建立自己的信息網(wǎng)站，通過媒體資料展示自我和提供信息。超文本鏈接使大范圍發(fā)布信息成為可能。討論區(qū)、BBS可以讓任何人發(fā)布信息，實時交流。如清華大學的BBS水木清華站擁有廣泛的國內(nèi)外用戶。另外，博客、播客等形式提供了展示自我和發(fā)布個人信息的舞臺。數(shù)字媒體應用領(lǐng)域——信息發(fā)布在信息發(fā)布方面，組織機構(gòu)或個人都數(shù)字媒體應用領(lǐng)域——個人娛樂開發(fā)娛樂網(wǎng)站，利用IPTV、數(shù)字游戲、影視點播、移動流媒體等為人們提供娛樂。通過數(shù)字電視，不僅可以看電視、錄像，實現(xiàn)視頻點播，而且微機、互聯(lián)網(wǎng)、聯(lián)網(wǎng)電話、電子郵箱、電腦游戲、家居購物和理財都可以使用。電腦游戲已成為流行的娛樂方式，特別是網(wǎng)絡在線游戲因其新穎、開放、交互性好和娛樂性強等特點，受到越來越多人的青睞。數(shù)字媒體應用領(lǐng)域——個人娛樂開發(fā)娛樂網(wǎng)站，利用IPTV、數(shù)字數(shù)字媒體應用領(lǐng)域——電子出版在電子出版方