點(diǎn)此下載此文檔電子版 - 多媒體技術(shù)

1、MTIMTIMTIMTIMTIMTIYELUE電話電話：87984796（H）E-mail: 葉綠葉綠多媒體技術(shù)第三講第三講多媒體技術(shù) 第3講2 人類的感覺視覺、聽覺、觸覺、味覺和嗅覺 多媒體系統(tǒng)對(duì)人類獲取信息的作用擴(kuò)大了范圍、加快了速度、增加了存儲(chǔ)、更易于接受。媒體及媒體技術(shù)多媒體技術(shù) 第3講3 視覺心理學(xué)視覺的心理特征亮度視覺的時(shí)間特性彩色注視點(diǎn)和視野范圍視覺媒體技術(shù)多媒體技術(shù) 第3講4計(jì)算機(jī)圖形分為兩大類位圖圖像和矢量圖形矢量圖形，是由叫作矢量的數(shù)學(xué)對(duì)象所定義的直線和曲線組成的。矢量根據(jù)圖形的幾何特性來對(duì)其進(jìn)行描述，矢量圖形與分辨率無關(guān)。位圖圖象，也叫作柵格圖象。位圖圖象是用小方形網(wǎng)格（

2、位圖或柵格），即人所共知的象素來代表圖象，每個(gè)象素都被分配一個(gè)特定位置和顏色值。位圖圖象與分辨率有關(guān)，換句話說，它包含固定數(shù)量的象素，代表圖象數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)圖形、圖像技術(shù)多媒體技術(shù) 第3講5視覺媒體研究的必要性： 統(tǒng)計(jì)資料：認(rèn)為人們獲取的信息的70來自視覺系統(tǒng)，實(shí)際就是圖像和電視。面臨的問題： 圖像數(shù)字化之后的數(shù)據(jù)量非常大，在因特網(wǎng)上傳輸時(shí)很費(fèi)時(shí)間。解決方案： 數(shù)據(jù)壓縮前提條件： 了解人的視覺系統(tǒng)如何認(rèn)識(shí)彩色、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中如何表示彩色圖像。彩色數(shù)字圖像基礎(chǔ)多媒體技術(shù) 第3講6圖像數(shù)據(jù)壓縮主要根據(jù)下面兩個(gè)基本事實(shí)來實(shí)現(xiàn)的： 圖像數(shù)據(jù)中有許多重復(fù)的數(shù)據(jù)，使用數(shù)學(xué)方法來表示這些重復(fù)數(shù)據(jù)就可以減少數(shù)據(jù)量

3、； 人的眼睛對(duì)圖像細(xì)節(jié)和顏色的辨認(rèn)有一個(gè)極限，把超過極限的部分去掉，這也就達(dá)到壓縮數(shù)據(jù)的目的。 利用前一個(gè)事實(shí)的壓縮技術(shù)就是無損壓縮技術(shù)，利用后一個(gè)事實(shí)的壓縮技術(shù)就是有損壓縮技術(shù)。實(shí)際的圖像壓縮是綜合使用各種有損和無損壓縮技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的。研究路線多媒體技術(shù) 第3講7視覺系統(tǒng)對(duì)顏色和亮度的響應(yīng)特性視覺系統(tǒng)對(duì)顏色的感知多媒體技術(shù) 第3講8產(chǎn)生波長不同的光所需要的三基色值( R=700nm, G=546.1nm, B=435.8nm )視覺系統(tǒng)對(duì)顏色的感知多媒體技術(shù) 第3講9RGB相加混色模型 絕大部分可見光譜可用紅、綠和藍(lán) (RGB) 三色光按不同比例和強(qiáng)度的混合來表示。在顏色重疊的位置，產(chǎn)生青色、

4、品紅和黃色。 因?yàn)?RGB 顏色合成產(chǎn)生白色，它們也叫作加色。將所有顏色加在一起產(chǎn)生白色就是說，所有光被反射回眼睛。加色用于光照、視頻和顯示器。例如，顯示器通過紅、綠和藍(lán)熒光粉發(fā)射光線產(chǎn)生彩色。圖像的RGB顏色模型多媒體技術(shù) 第3講10CMY相減混色模型 CMYK模型以打印在紙張上油墨的光線吸收特性為基礎(chǔ)，白光照射到半透明油墨上時(shí)，部分光譜被吸收，部分被反射回眼睛。 理論上，青色(C)、洋紅(M)和黃色(Y)色素能合成吸收所有顏色并產(chǎn)生黑色。由于這個(gè)原因，這些顏色叫作減色。 因?yàn)樗写蛴∮湍紩?huì)包含一些雜質(zhì)，這三種油墨實(shí)際上產(chǎn)生一種土灰色，必須與黑色 (K) 油墨混合才能產(chǎn)生真正的黑色。將這些

5、油墨混合產(chǎn)生顏色叫作四色印刷。圖像的CMYK顏色模型多媒體技術(shù) 第3講11相加色與相減色關(guān)系多媒體技術(shù) 第3講12RGB彩色空間和CMY彩色空間的表示法顏色模型的空間表示多媒體技術(shù) 第3講13顏色模型關(guān)系示意多媒體技術(shù) 第3講14色度-飽和度-亮度HSL(HSB、HSI)顏色模型huesaturationlightness(brightness、Intensity)VGA調(diào)色板多媒體技術(shù) 第3講15 基于人類對(duì)顏色的感覺，HSL 模型描述顏色的三個(gè)基本特征： 色相是從物體反射或透過物體傳播的顏色。在 0 到 360 度的標(biāo)準(zhǔn)色輪上，色相是按位置度量的。在通常的使用中，色 相是由顏色名稱標(biāo)識(shí)的，

6、比如紅、橙或綠色。 飽和度，是指顏色的強(qiáng)度或純度。飽和度表示色相中灰成分所占的比例，用從 0%（灰色）到 100%（完全飽和）的百分比來度量。在標(biāo)準(zhǔn)色輪上，從中心向邊緣飽和度是遞增的。 亮度是顏色的相對(duì)明暗程度，通常用從 0%（黑）到 100%（白）的百分比來度量。圖像的HSL顏色模型多媒體技術(shù) 第3講16L L* *a a* *b b 顏色模型顏色模型是在 1931 年國際照明委員會(huì)（CIE）制定的顏色度量國際標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上建立的。1976 年，這種模型被重新修訂并命名為 CIE L*a*b。L*a*b 顏色設(shè)計(jì)為與設(shè)備無關(guān)；不管使用什么設(shè)備（如顯示器、打印機(jī)、計(jì)算機(jī)或掃描儀）創(chuàng)建或輸出圖象，

7、這種顏色模型產(chǎn)生的顏色都保持一致。L*a*b 顏色由亮度或光亮度分量 (L) 和兩個(gè)色度分量組成；兩個(gè)分量即 a 分量（從綠到紅）和 b 分量（從藍(lán)到黃）。A. 光度=100（白）B. 綠到紅分量C. 藍(lán)到黃分量D. 光度=0（黑）圖像的Lab顏色模型多媒體技術(shù) 第3講17關(guān)于“溢色”多媒體技術(shù) 第3講18 色域是一個(gè)色系能夠顯示或打印的顏色范圍。人眼看到的色譜比任何顏色模型中的色域都寬。 在顏色模型中，L*a*b具有最寬的色域，它包括RGB和CMYK色域中的所有顏色。通常RGB色域包含能在計(jì)算機(jī)顯示器或電視屏幕（發(fā)出紅、綠和藍(lán)光）上所有能顯示的顏色。因而一些諸如純青或純黃等顏色不能在顯示器上

8、精確顯示。 CMYK色域較窄，僅包含使用印刷色油墨能夠打印的顏色。當(dāng)不能被打印的顏色在屏幕上顯示時(shí)，它們稱為溢色即超出CMYK色域之外。顏色模型的色域多媒體技術(shù) 第3講19 為了使用人的視角特性以降低數(shù)據(jù)量，通常把RGB空間表示的彩色圖像變換到其他彩色空間。彩色空間變換有三種：YIQ, YUV和YCrCbYIQ適用于NTSC彩色電視制式Y(jié)UV適用于PAL和SECAM彩色電視制式而YCrCb適用于計(jì)算機(jī)用的顯示器彩色空間的線性變換標(biāo)準(zhǔn)多媒體技術(shù) 第3講20YUV與YIQ模型 在彩色電視制式中，使用YUV和YIQ模型來表示彩色圖像。在PAL彩色電視制式中使用YUV模型，Y表示亮度，UV用來表示色差

9、，U、V是構(gòu)成彩色的兩個(gè)分量；在NTSC彩色電視制式中使用YIQ模型，其中的Y表示亮度，I、Q是兩個(gè)彩色分量。YUV/YIQ特點(diǎn) 亮度信號(hào)(Y)和色度信號(hào)(U、V)是相互獨(dú)立的 可以利用人眼的特性來降低數(shù)字彩色圖像所需要的存儲(chǔ)容量。彩色空間的線性變換標(biāo)準(zhǔn)多媒體技術(shù) 第3講21YUV與RGB彩色空間變換Y = 0.299R + 0.587G + 0.114BU = - 0.147R- 0.289G + 0.436BV = 0.615R - 0.515G - 0.100B寫成矩陣的形式：彩色空間RGB-YUV多媒體技術(shù) 第3講22YIQ與RGB彩色空間變換Y = 0.299R + 0.587G +

10、 0.114BI = 0.596R - 0.275G - 0.321BQ = 0.212R - 0.523G + 0.311B寫成矩陣的形式：彩色空間RGB-YIQ多媒體技術(shù) 第3講23YCrCb與RGB彩色空間變換 數(shù)字域中的彩色空間變換與模擬域的彩色空間變換不同。它們的分量使用Y、Cr和Cb來表示，與RGB空間的轉(zhuǎn)換關(guān)系如下：Y0.299R0.578G0.114BCr(0.500R0.4187G0.0813B)128Cb=(-0.1687R0.3313G0.500B)128寫成矩陣的形式：彩色空間RGB-YCrCb多媒體技術(shù) 第3講24標(biāo)準(zhǔn)單色圖 標(biāo)準(zhǔn)灰度圖圖像的種類多媒體技術(shù) 第3講25

11、256色標(biāo)準(zhǔn)圖像 24位標(biāo)準(zhǔn)圖像圖像的種類多媒體技術(shù) 第3講26256色標(biāo)準(zhǔn)圖像轉(zhuǎn)換成的灰度圖 24位標(biāo)準(zhǔn)圖像轉(zhuǎn)換成的灰度圖圖像的種類多媒體技術(shù) 第3講27的概念yxn 輸出(輸入)光電轉(zhuǎn)換特性都是非線性的：冪函數(shù)特性(power-law)按照慣例，“輸入”和“輸出”都縮放到01之間。整個(gè)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)是一個(gè)冪函數(shù)：它的指數(shù)等于所有單個(gè)部件的的乘積。真實(shí)地再現(xiàn)原始場(chǎng)景明亮環(huán)境1 暗淡環(huán)境1.25 黑暗環(huán)境1.5伽馬()校正多媒體技術(shù) 第3講28校正CRT顯示設(shè)備 2.5NTSC電視標(biāo)準(zhǔn)最初需要攝象機(jī)具有0.45的冪函數(shù)，現(xiàn)在采納0.5的冪函數(shù)。PAL和SECAM電視標(biāo)準(zhǔn)指定攝象機(jī)需要具有0.3

12、6的冪函數(shù)，實(shí)際的攝象機(jī)可能會(huì)設(shè)置成0.45或者0.5。 適合“暗淡環(huán)境”。可引入值非線性轉(zhuǎn)換函數(shù)的環(huán)節(jié)：camera_gamma：攝象機(jī)中圖像傳感器的encoding_gamma：編碼器編碼圖像文件時(shí)引入 decoding_gamma ：譯碼器讀圖像文件時(shí)引入 LUT_gamma：圖像幀緩存查找表中引入 CRT_gamma：CRT的(通常2.5)伽馬()校正多媒體技術(shù) 第3講29BMP文件格式 位圖文件(Bitmap-File，BMP)格式是Windows采用的圖像文件存儲(chǔ)格式，由4個(gè)部分組成：位圖文件頭(bitmap-file header)、位圖信息頭(bitmap-informatio

13、n header)、彩色表(color table)和定義位圖的字節(jié)陣列。文件結(jié)構(gòu)圖像文件格式多媒體技術(shù) 第3講30GIF文件格式 GIF(Graphics Interchange Format)格式由CompuServe公司于87年開發(fā)，版本號(hào)GIF87a，89年擴(kuò)充后版本號(hào)為GIF89a。 GIF圖像文件以塊(block)為單位存儲(chǔ)信息。GIF文件采用LZW壓縮算法來存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)。文件結(jié)構(gòu)圖像文件格式多媒體技術(shù) 第3講31PNG文件格式 流式網(wǎng)絡(luò)圖形格式(Portable Network Graphic Format，PNG)名稱來源于非官方的“PNGs Not GIF”，是一種位圖文件(

14、bitmap file)存儲(chǔ)格式，讀成“ping”。PNG用來存儲(chǔ)灰度圖像時(shí)，灰度圖像的深度可多到16位，存儲(chǔ)彩色圖像時(shí)，彩色圖像的深度可多到48位，并且還可存儲(chǔ)多到16位的通道數(shù)據(jù)。PNG使用從LZ77派生的無損數(shù)據(jù)壓縮算法。 PNG圖像格式文件(或者稱為數(shù)據(jù)流)由一個(gè)8字節(jié)的PNG文件署名(PNG file signature)域和按照特定結(jié)構(gòu)組織的3個(gè)以上的數(shù)據(jù)塊(chunk)組成。 PNG定義了兩種類型的數(shù)據(jù)塊，一種是稱為關(guān)鍵數(shù)據(jù)塊(critical chunk)，這是標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)塊，另一種叫做輔助數(shù)據(jù)塊(ancillary chunks)，這是可選的數(shù)據(jù)塊。關(guān)鍵數(shù)據(jù)塊定義了4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)

15、塊，每個(gè)PNG文件都必須包含它們，PNG讀寫軟件也都必須要支持這些數(shù)據(jù)塊。雖然PNG文件規(guī)范沒有要求PNG編譯碼器對(duì)可選數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼和譯碼，但規(guī)范提倡支持可選數(shù)據(jù)塊。文件結(jié)構(gòu)圖像文件格式多媒體技術(shù) 第3講32PNG文件格式PNG文件署名域8字節(jié)的PNG文件署名域用來識(shí)別該文件是不是PNG文件。該域的值是：十進(jìn)制數(shù) 137 80 78 71 13 10 26 10 十六進(jìn)制數(shù) 89 50 4e 47 0d 0a 1a 0a 數(shù)據(jù)塊的結(jié)構(gòu)圖像文件格式多媒體技術(shù) 第3講33JPG文件格式簡介 JPEG(Joint Photogaphic Experts Group)是一種連續(xù)色調(diào)、多級(jí)灰度、靜止圖像的數(shù)字圖像壓縮編碼方法。它是彩色、灰度、靜止圖像的第一個(gè)國際標(biāo)準(zhǔn)。它的彩色空間采用CCIR 601標(biāo)準(zhǔn)（現(xiàn)改為ITU-R BT.601標(biāo)準(zhǔn)），每個(gè)分量、每個(gè)像素的電平規(guī)定為255級(jí)，用8位代碼