2.數字媒體概論第二章(技術)

數字媒體概論IntroductiontoDigitalMediafromArtandTechnolgyAspects緒論數字媒體表達基礎媒體表現形式—文字 媒體表現形式—聲音媒體表現形式—視頻媒體表現形式—動畫數字媒體概論本書從藝工交叉的視角，立足于數字媒體作為一個整體的學科，融合介紹數字媒體技術與數字媒體藝術的相關基礎知識。全書共9章，首先講述了數字媒體表達的基本語言，隨后從應用的角度重點介紹數字媒體的文字、圖像、聲音、視頻、動畫五大媒體表現形式，最后從整體的數字產品開發(fā)的實踐和創(chuàng)業(yè)角度，解讀典型藝工交叉的游戲、影像、裝置、虛擬現實等方向綜合作品的創(chuàng)作理念、藝術特點、藝工融合的方式以及組員之間的分工合作等。目錄數字媒體的實施與應用基礎媒體表現形式—圖像數字媒體的實踐與創(chuàng)業(yè)數字媒體表達基礎2第二章數字媒體的表達可以從技術和藝術兩個方面來理解。技術方面，數字媒體應用主要使用由計算機和網絡組成的平臺進行各種運作。而數字或數碼(Digital)是使用此平臺的基本通用語言。12%數字媒體表達基礎數據可以用兩種形式表示：模擬和數字。模擬數據由連續(xù)的信號單位組成，而數字資料由不連續(xù)、離散的信號單位組成。傳統(tǒng)的媒體，如圖像和聲音都是由模擬形式生成、儲存和傳送。繪畫和照片則由一連串的色彩區(qū)塊組成。這些模擬式媒體無法直接使用數字計算機生成、編輯和傳送。為了解決此問題，必須將媒體數據數字化。2.1數字資料首先了解什么是數字資料。以我們最熟悉的以10為底（Base-10）的表示法為例，有0~9共10個數字符號，用這10個數字可以表示我們日常生活中需要的數字信息。0和1是二進制系統(tǒng)的基本數字元素，我們又將基本數字元素稱為二進制數字或比特（bit）。2.1.1比特、字節(jié)、代碼1.編程基礎比特是數字資料的基本元素。2.1.1比特、字節(jié)、代碼如果再加1bit，2bit可以代表四個不同的組合：11,10,01和00。8bit的編碼可以代表256（2^8）種不同的數據項。一般而言8bit的編碼足以表示我們常用的英文文件描述所需的符號，包括字母、數字、標點和數學符號。它也足以用來表示聲音（表示256種聲音的波幅）或圖像（256種圖像的色彩）。計算機通常處理以8bit特為一單位的格式或者8bit為倍數的格式，如16、32或64bit。我們稱此8bit單位為一字節(jié)（byte）。2.1.1比特、字節(jié)、代碼一個有效率的編碼（EffectiveCodes）是指一個編碼能夠分別表示一組數據項，比如一星期有7天，至少需要一個3bit的編碼才能分別表示它，一年有12個月則至少需要一個4bit的編碼才能分別表示每個月。2.1.1比特、字節(jié)、代碼2、有效率的編碼（EffectiveandEfficientCodes）例如起初的美國信息交換標準碼（AmericanStandardCodeforInformationInterchangeASCII）只用了一個7bit的編碼，就足以表示計算機所需的文字、數字和符號如圖所示。12%2.1.1比特、字節(jié)、代碼美國信息交換標準碼一個計算機文件包含了一堆0和1二位碼。這些碼包括用來控制開啟/關閉/運算計算機的指令、程序以及運算數據。這些二位碼也就是計算機的通用語言。計算機從文件中讀取指令，依照指令處理和運算數據。文件格式（FileFormat）指定如何將這些指令和數據進行編碼。12%2.1.2數字化文件文件的大小（FileSizes）取決于文件內的字節(jié)數，一般使用千字節(jié)（Kilobyte，KB），兆字節(jié)（Megabyte，MB），千兆字節(jié)（Gigabyte，GB）以及一百萬兆字節(jié)（Terabyte，TB）為單位。由于計算機使用的是二進位系統(tǒng)，所以它的儲存值為2的冪。12%2.1.1比特、字節(jié)、代碼1、文件大小和文件擴展名文件擴展名（FileExtensions）是用一串字母來指定文件的格式。一般是在文件名之后加一個“.”號以及2~4個字母。除此之外，計算機的操作系統(tǒng)（OperatingSystem）也能由文件擴展名直接找到相對應的執(zhí)行程序來開啟和執(zhí)行此文件，這樣開發(fā)人員不必記住文件格式以及尋找適當的執(zhí)行程序。12%2.1.2數字化文件常用的多媒體文件擴展名雖然數字計算機都使用二位編碼，但它們并不一定使用相同的碼。不同的計算機系統(tǒng)或平臺（Platforms）使用不同的硬件和軟件。一個文件可能用于某個計算機平臺，但不能用于另一個平臺。2.1.2數字化文件2、文件兼容性和文件轉換數字媒體數據文件（DataFiles）包括文字、圖像、聲音、視頻和動畫，有兩種兼容性考慮。第一是考慮文件格式是否是跨平臺兼容（Cross-PlatformCompatible）。第二是考慮在同一個平臺上。不同的應用程序能否處理某個格式的數字媒體數據文件。12%2.1.2數字化文件如果文件不兼容，可以通過文件轉換（FileConversion）將一種文件格式轉成另一種格式。文件轉換可使用某些特定的應用軟件或用一般多媒體應用軟件的“saveas”功能轉換文件格式。12%2.1.2數字化文件開發(fā)多媒體應用或產品通常會使用許多不同格式的媒體文件，如何保存原始文件和衍生文件非常重要。有效的文件維護包括3個主要步驟:識別（Identification）、分類（Categorization）和保存（Preservation）。12%2.1.2數字化文件3、文件維護分類是將一些相關的文件聚集起來存放在同一個文件夾中。保存包括準備和儲存?zhèn)浞輸祿１４嫘杩紤]儲存器的持久性和可及性，重要的文件最好多存放在幾個不同的地方，這樣比較保險。2.1.2數字化文件數字化（Digitization）是經由取樣（Sampling）將模擬數據轉換成數字數據格式的過程。多媒體工作人員通常會使用計算機平臺以及各種不同的媒體材料進行設計開發(fā)。這些材料如聲音、圖像和視頻，通常以連續(xù)信號或模擬的方式表示和儲存。12%2.1.3數字化取樣過程分析圖像和聲音的模擬信號并將其分割成一系列的小元素或樣本，再將每一個元素轉換成數字編碼。一個圖像或聲音信號被分割成很多的數字碼樣本，可以把它們重新組合并還原成原來的模擬信號。12%2.1.3數字化聲音模擬波形計算機可以處理這些數字碼并將它還原成原來的模擬信號。也可以在模擬圖像上取樣，比如相片，在不同的點上采取色彩樣本并將它數字化。我們把一個圖像切割成很多格子，每個格子稱為一像素(Pixel)。12%2.1.3數字化將圖像切割成許多像素格子取樣過程主要考慮兩方面:取樣分辨率(SampleResolution)和取樣率(SampleRate)。取樣分辨率是用來表示一個數字樣本的比特數。取樣分辨率又稱為取樣深度(SampleDepth)。使用較高的取樣分辨率可以更忠實的代表并還原原始的模擬數據，但也需要更大的數據文件來儲存它。12%2.1.3數字化在數字媒體再生時，取樣分辨率會直接影響到另一因素，即量子化(Quantization)。12%2.1.3數字化比如一張黑白相片通常由成百上千的灰階(GreyScale)色彩所組成。當使用較低的取樣分辨率時，可用較少的比特數來編碼，也就是說，可表示的不同灰階色彩數目也比較少。12%2.1.3數字化一個2~256取樣分辨率的例子第二個要考慮的是取樣率。取樣率是指在一個時間/空間單位采取的樣本數。比如聲音取樣率是以每秒幾千個樣本，也就是以kHz(kilohertz)為單位。然而圖像的取樣分辨率是以空間為主，因而又稱為空間分辨率(SpatialResolution)。12%2.1.3數字化較低取樣率圖像和較高取樣率圖像數字媒體必須使用二位碼方式表示和儲存，它可以有兩種來源:由原始的模擬數據轉換成數字數據，以及直接生成數字媒體數據。一般媒體數據有兩種數字編碼方式：以描述為基底(DescriptionBased)和以指令為基底(CommandBased)。2.1.4數字編碼第二種是以指令為基底的數字編碼方式。2.1.4數字編碼使用以指令為基底方式產生的文件比以描述方式產生的文件要小得多。這對于一些有限頻寬的應用，如網絡應用而言是非常重要的優(yōu)點。另一個優(yōu)點則是使用以指令為基底的方式縮放對象比例時不會造成失真，而對使用以描述為基底的方式產生的位圖文件放大對象時會出現鋸齒狀圖形失真的問題。雖然有這些優(yōu)點，但是以指令為基底的方式并不適合用來產生比較復雜的自然媒體信息。一般而言，照片和人的聲音比較適合使用以描述為基底的數字編碼方法。2.1.4數字編碼數字文件，尤其是以描述為基底數字編碼方式產生的圖像、聲音以及視頻文件常常會很大。文件壓縮(FileCompression)是縮減數字文件大小的方法和過程。壓縮文件常用的程序是編解碼器(COmpressor/DECompressorCODEC)，它可以將原始的文件以編碼的方式縮小到比較小的版本。如此一來占用的儲存空間就比較小，傳輸也比較快。它也可以以解碼的方式將壓縮版本還原到可以使用的原始狀態(tài)。12%2.1.5文件壓縮一般，有兩種壓縮方式:無損型(Lossless)和有損型(Lossy)。使用無損型壓縮方式的原始文件會經過編碼產生比較小的壓縮文件，此壓縮文件也可解碼還原成和原始文件一模一樣的文件。2.1.5文件壓縮可以使用計算機來對數字資料進行各種處理，使用某些數字媒體應用軟件，比如文字處理器和相片編輯器，可以直接對媒體數字資料進行各種運算、轉換、編輯和傳輸。2.1.6數字資料的優(yōu)點和考慮在數字媒體應用設計上，使用數字資料配合計算機軟硬件運作有4個主要的優(yōu)點。第一個優(yōu)點是再制性（Reproduction）。它可以很容易重復地被復制，也可以保存和原文件一模一樣的數據。第二個優(yōu)點是易于編輯（Editing）?？梢允褂迷S多不同的應用軟件進行編輯工作，比如，可以用微軟的Word文字處理器修改和編輯文件，也可以使用AdobePhotoshop來修改和編輯照片。第三個優(yōu)點是易于整合（Integration）。多媒體應用設計從定義上來看就是要整合不同形式的媒體信息進行某種應用設計。2.1.6數字資料的優(yōu)點和考慮第四個優(yōu)點是易于分送（Distribution）。在過去，模擬媒體信息都需要通過如收音機、電視、電影和印刷都需要透過它們特定的設備和方法來分送傳達到它們的客戶群。2.1.6數字資料的優(yōu)點和考慮數字媒體開發(fā)人員在設計時應該考慮以下方面：（1）文件的大小（2）處理器的需求（3）標準化的問題（4）頻寬（5）保存2.1.6數字資料的優(yōu)點和考慮現代數字媒體應用主要運行在計算機和網絡平臺上。而數字資料是使用這些平臺的基本通用語言。了解模擬數據是由連續(xù)的信號組成，數字數據則是由不連續(xù)的離散信號組成的。數字數據是一個以二為底的表示法，而比特是它的基本元素。使用數字編碼過程可以指定比特來表示數據項。而有效率的編碼是涵蓋所有數據項所需最少比特數的編碼。小結數字化是通過取樣將模擬數據轉換成數字數據格式的過程。取樣過程有主要兩個方面考慮:取樣分辨率和取樣率。因此，在開發(fā)產品時需要考慮品質和文件大小的要求，選用適當的取樣分辨率和取樣率。小結數字媒體可能有兩種來源:由原始的模擬數據轉換成數字數據和直接產生數字媒體數據。一般媒體數據有兩種編碼方式:以描述為基底和以指令為基底的方式。以指令為基底的編碼則執(zhí)行計算機指令來產生數字圖像和聲音。它的文件比描述方式產生的文件小，而且縮放圖像時不會造成鋸齒狀失真，但是不適合用來生成比較復雜的自然媒體信息。小結壓縮是縮減數字文件大小的方法。壓縮文件占用的儲存空間比較小，在網絡傳輸上也比較快，除此之外，傳輸消耗的功率也比較少。一般有無損型和有損型兩種壓縮方式。使用無損型壓縮，原始文件經過編碼產生比較小的壓