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第五章多媒體技術基礎 5 2 5 1多媒體技術概述 一 媒體與多媒體1 媒體 媒介 媒質 媒體是信息表示 傳遞和存儲的載體存儲信息的實體紙張 磁盤 光盤表示信息的載體文本 圖形 圖像聲音 動畫 視頻 命運 5 3 5 1多媒體技術概述 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造的媒體 如文本 圖形 動畫等顯示媒體獲取和表現(xiàn)信息的物理設備 如鍵盤 鼠標器 顯示器和音箱等存儲媒體用來存放表示媒體的介質 如磁盤 光盤和內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 圖像動態(tài)媒體 聲音 動畫 視頻多媒體是融合兩種或兩種以上表示媒體的一種人機交互式信息交流和傳播媒體 多媒體的實質 各種媒體數(shù)字化 5 5 5 1多媒體技術概述 二 多媒體技術定義將多種媒體信息通過計算機進行數(shù)字化采集 編碼 存儲 傳輸 處理和再現(xiàn)等 使多種媒體信息建立邏輯連接 并集成一個具有交互性的計算機系統(tǒng) 利用計算機綜合處理圖文聲像 特征多樣性集成性交互性 實時性 5 6 三 多媒體技術的應用1 教育與培訓多媒體教學課件多媒體技能培訓系統(tǒng)虛擬課堂 虛擬實驗室 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 易于保存和復制 能存儲圖文聲像信息等 如光盤百科全書 e book 5 1多媒體技術概述 5 7 3 商業(yè)與咨詢商品簡報 查詢服務 產(chǎn)品演示 商貿交易 電子商務 等 利用多媒體技術可為公眾提供各類咨詢服務 也可通過觸摸屏進行操作 4 通信與網(wǎng)絡信息家電 電話 電視 冰箱 音響 視頻會議 可視電話 遠程醫(yī)療系統(tǒng) 5 1多媒體技術概述 5 8 5 軍事與娛樂軍事遙感戰(zhàn)場模擬核武器模擬CD VCD DVD 三維 游戲 多媒體技術的優(yōu)勢可能不在于某些具體的應用 而是在于它能把復雜的事物變得簡單 把抽象的東西變?yōu)榫唧w 5 1多媒體技術概述 5 9 5 2多媒體系統(tǒng)的組成 一 多媒體系統(tǒng)的層次結構 多媒體硬件系統(tǒng) 多媒體控制板卡及I O電路多媒體驅動程序 用來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 動畫制作軟件 MacromediaFlashMXDiscreet3dsmax視頻編輯軟件 AdobePremiere多媒體著作工具MicrosoftPowerPointMacromediaAuthorware多媒體編程語言VB VC 5 13 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 模擬信號 數(shù)字信號 A DADC D ADAC 5 3音頻信息處理 5 14 聲音數(shù)字化過程 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 聲音層次豐富 還原音質好MP3文件MP3 MPEGAudiolayer3 是一種按MPEG標準的音頻壓縮技術制作的音頻文件 特點 高壓縮比 11 1 優(yōu)美音質 5 3音頻信息處理 5 18 WMA文件WMA WindowsMediaAudio 是WindowsMedia格式中的一個子集 音頻格式 特點 壓縮到MP3一半MIDI文件MIDI 樂器數(shù)字接口 是由一組聲音或樂器符號的集合 特點 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行轉錄 購買數(shù)字音頻庫 5 3音頻信息處理 5 20 音頻處理 刪除無用的部分 將需要合并的音軌拼貼起來 降噪 去除錄音時的背景噪音 調節(jié)均衡 使得高 中 低幾個頻段聽起來更加悅耳 添加混響 延遲和變速等效果 壓縮與限制 即動態(tài)處理 音頻文件格式的轉換 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描述的 這些指令給出構成圖形的各種屬性和參數(shù) 例如 圓 圓心坐標 半徑及粗細 色彩 優(yōu)缺點 圖形文件占用空間較少 圖形復雜時耗時相對較長繪圖軟件 CorelDRAWFreeHand 5 22 2 圖像 位圖圖像 點陣圖像 位圖是指在空間和亮度上已離散化的圖像 通過描述每一像素的顏色或亮度來表示該圖像 它適應表現(xiàn)包含大量細節(jié)的圖片 如明暗 濃淡 層次和色彩變化等 優(yōu)缺點 色彩和色調豐富 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 像素分辨率 指像素的寬高比 1 1 在像素分辨率不同的機器間傳輸圖像會變形 5 4圖像信息處理 5 26 顏色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 5 4圖像信息處理 5 27 圖像數(shù)據(jù)量的計算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 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)碼相機進行模數(shù)轉換從數(shù)字圖像庫 網(wǎng)上獲取 自行繪制2 圖像的處理技術圖像處理手段很多 所有處理都是建立在對數(shù)據(jù)進行數(shù)學運算的基礎上 一般用戶可通過圖像處理軟件 Photoshop 來完成 例如 圖像亮度 對比度的調整等 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)膜上會保留一個非常短暫的時間 約0 1s 利用這一現(xiàn)象 將一系列畫面中物體移動或形狀改變很小的圖像 以足夠快的速度連續(xù)播放 就會產(chǎn)生連續(xù)活動的場景 5 5視頻信息處理 5 31 2 視頻的定義視頻又稱運動圖像或活動圖像 它是指連續(xù)地隨著時間變化的一組圖像 幀 一幅單獨的圖像幀率 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 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 日本 中國臺灣等 NationalTelevisionSystemsCommittee 1953 美國 30幀 秒 29 97fps 525行 幀 隔行掃描 2場 幀 262 5行 場 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 德國 英國 朝鮮等 PhaseAlternationLine 1962 德國 25幀 秒 625行 幀 隔行掃描 2場 幀 312 5行 場 顏色模型 YUV 寬高比 4 3 幀大小 352 288 SECAM制式 法國 俄羅斯 東歐國家 輪流傳送彩色與存儲 1966年 法國 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)點與模擬視頻相比 其優(yōu)點 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行多次復制 在網(wǎng)絡環(huán)境下容易實現(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文件及其應用軟件VideoforWindows 特點 AVI采用幀內壓縮 可用一般的視頻編輯軟件進行編輯 提供無硬件視頻回放 其窗口大小和幀率可根據(jù)播放環(huán)境調整 5 5視頻信息處理 5 37 MOV文件MOV Moviedigitalvideo 文件是Apple公司在其Macintosh機推出的視頻文件格式 其相應的視頻應用軟件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算法進行壓縮的全運動視頻文件格式 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動視頻圖像和CD音樂伴音 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 從模擬設備中采集視頻數(shù)據(jù) 從數(shù)字設備中采集視頻數(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 以便對其進行描述 分類和識別 5 40 5 6多媒體存儲技術 一 光盤技術光盤 CD CompactDisc 高密盤 特點 存儲容量大 CD ROM 650MBDVD 4 7GB 記錄密度高 107 108bit cm2 長期保存信息 10 100年 非接觸方式 價格低廉 5 41 5 6多媒體存儲技術 1 CD ROM技術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多媒體存儲技術 CD ROM的工作原理 CD ROM驅動器讀取數(shù)據(jù)時由激光束照射到光盤的平面上 當激光束射到光盤的平坦部分時 有70 80 的光反射并傳輸?shù)焦鈾z測器中 記下ON 1 當激光束照在凹坑上時 激光束由于散射而無法接收到反射信號 則光檢測器記下OFF 0 5 43 5 6多媒體存儲技術 2 CD R技術CD R是只寫一次型光盤或追記型光盤 可寫一次 寫過后不能修改 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多媒體存儲技術 CD R光盤的工作原理 刻錄機將數(shù)據(jù)寫入CD R光盤時 以高功率激光束照射光盤的塑料層 該位置的有機染料會融化并產(chǎn)生化學反應 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 但由于它使用有機染料 降低了光反射率 因此用金或銀作為反射層以提高對光的反射率 5 45 5 6多媒體存儲技術 3 CD RW技術CD RW是可擦寫型光盤 采用重復寫入技術 可讀 可擦除 可重寫 與CD R光盤相比 CD RW具有以下特點 塑料層變?yōu)槿玖蠈?硒或碲的結晶層 相變技術 通過激光照射能將染料層呈現(xiàn)結晶 平面 和非結晶 凹坑