第二講0與1的信息世界—3

1、第二講 0與1的信息世界 主題一 為什么是0與1 主題二 進(jìn)制之間的關(guān)聯(lián)和轉(zhuǎn)換 主題三 0 與1 呈現(xiàn)的數(shù)值世界 主題四 0 與1 呈現(xiàn)的文字世界 主題五 0 與1 呈現(xiàn)的聲色世界主題五0 與1 呈現(xiàn)的聲色世界 音頻的數(shù)字化 圖形圖像的數(shù)字化 視頻的數(shù)字化音頻的數(shù)字化1、音頻信號(hào)的特征 音頻信號(hào)所攜帶的信息大體上可分為語(yǔ)音、音樂(lè)和音響3類(lèi)。語(yǔ)音是指具有語(yǔ)言內(nèi)涵和人類(lèi)約定的特殊媒體；音樂(lè)是規(guī)范的符號(hào)化了的聲音；而音響指其他自然聲音，如動(dòng)物的叫聲、機(jī)器的轟鳴聲、風(fēng)雨雷電聲等。音頻的數(shù)字化一段音樂(lè)把時(shí)間軸放大后的一小段音頻的數(shù)字化 聲波可以用一條連續(xù)的曲線來(lái)表示，它在時(shí)間和幅度上都是連續(xù)的，稱(chēng)為模擬

2、音頻信號(hào)。磁帶和老式密紋唱片上記錄的是模擬聲音信號(hào)。AM、FM廣播信號(hào)也是模擬信號(hào)。 這條曲線可以分解成一系列正弦函數(shù)的線性疊加。聲音強(qiáng)弱體現(xiàn)在聲波的振幅大小上。音調(diào)的高低體現(xiàn)在聲音頻率上。音色由聲音頻率組成成份決定。音頻的數(shù)字化 聲音頻率可分為三種：次聲（頻率低于20Hz），超聲（頻率高于20kHz），可聽(tīng)聲（頻率在20Hz20kHz之間）。音頻的數(shù)字化2、聲音數(shù)字化過(guò)程 采樣：每隔一定的時(shí)間測(cè)量一次聲音信號(hào)的幅值，把時(shí)間連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成每隔一定時(shí)間間隔的信號(hào)樣本值序列。 量化：用有限個(gè)幅度近似表示原來(lái)在時(shí)間上連續(xù)變化的幅度值，把模擬信號(hào)的連續(xù)幅度變?yōu)橛邢迶?shù)量、有一定時(shí)間間隔的離散值。

3、編碼：經(jīng)過(guò)采樣和量化以后的數(shù)字信號(hào)以一定的方式進(jìn)行編碼，形成計(jì)算機(jī)內(nèi)部運(yùn)行的數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)編碼后的聲音信號(hào)就是數(shù)字音頻信號(hào)。音頻的數(shù)字化音頻的數(shù)字化3、數(shù)字音頻的技術(shù)指標(biāo) (1)采樣頻率 (2)量化位數(shù) (3)聲道數(shù) (4)編碼算法音頻的數(shù)字化4、數(shù)字音頻格式 WAVE MP3文件 RA文件音頻的數(shù)字化5、電子合成音樂(lè) 除了用數(shù)字音頻的方式外，還可以用合成的方式產(chǎn)生音樂(lè)。 音樂(lè)合成的方式根據(jù)一定的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，使用音樂(lè)符號(hào)來(lái)記錄和解釋樂(lè)譜，并組成相應(yīng)的音樂(lè)符號(hào)，這就是MIDI。 MIDI是將數(shù)字式電子樂(lè)器的彈奏過(guò)程以命令符號(hào)的形式記錄下來(lái)。當(dāng)需要播放時(shí)，根據(jù)記錄的樂(lè)譜指令，通過(guò)音樂(lè)合成器生成音樂(lè)聲波，

4、經(jīng)過(guò)放大后由揚(yáng)聲器播出。主題五0 與1 呈現(xiàn)的聲色世界 音頻的數(shù)字化 圖形圖像的數(shù)字化 視頻的數(shù)字化圖形圖像的數(shù)字化1、圖像的種類(lèi) 矢量圖 位圖圖形圖像的數(shù)字化 矢量圖也稱(chēng)為面向?qū)ο蟮膱D像或繪圖圖像，是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中用點(diǎn)、直線或者多邊形等基于數(shù)學(xué)方程的幾何圖元表示圖像。矢量圖不存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)的每一點(diǎn)，而是存儲(chǔ)圖像內(nèi)容的輪廓部分。例如，一個(gè)圓形圖案只要存儲(chǔ)圓心的坐標(biāo)位置和半徑長(zhǎng)度，以及圓形邊線和內(nèi)部的顏色。 矢量圖形最大的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)論放大、縮小或旋轉(zhuǎn)等不會(huì)失真，且圖像的存儲(chǔ)空間較之位圖方式要少得多；最大的缺點(diǎn)是難以表現(xiàn)色彩層次豐富的逼真圖像效果。矢量圖比較適合用于工程圖、卡通動(dòng)漫及圖案、標(biāo)志、VI、

5、文字等設(shè)計(jì)。圖形圖像的數(shù)字化 位圖圖像，亦稱(chēng)為點(diǎn)陣圖像或柵格圖像，圖形由排列成若干行、列的像素組成，形成一個(gè)像素的陣列，每個(gè)像素都具有特定的位置和顏色值。當(dāng)放大位圖時(shí)，可以看見(jiàn)賴(lài)以構(gòu)成整個(gè)圖像的無(wú)數(shù)單個(gè)方塊，即像素。這種模式比較適合于內(nèi)容復(fù)雜的圖像和真實(shí)的照片，但圖像在放大和縮小的過(guò)程中會(huì)失真，占用磁盤(pán)空間也較大。 總體來(lái)看，位圖是記錄每一個(gè)像素的顏色值，再把這些像素點(diǎn)組合成一幅圖像；而矢量圖是保存節(jié)點(diǎn)的位置和曲線、顏色的算法，所以，位圖占用的存儲(chǔ)空間較矢量圖要大的多，而矢量圖的顯示速度較位圖慢。圖形圖像的數(shù)字化2、圖像數(shù)字化的過(guò)程 采樣、量化與編碼圖形圖像的數(shù)字化 經(jīng)過(guò)采樣、量化得到的圖像數(shù)

6、據(jù)量十分巨大，必須采用編碼技術(shù)來(lái)壓縮信息量。在一定意義上講，編碼壓縮技術(shù)是實(shí)現(xiàn)圖像傳輸與儲(chǔ)存的關(guān)鍵。已有許多成熟的編碼算法應(yīng)用于圖像壓縮。常見(jiàn)的有圖像的預(yù)測(cè)編碼、變換編碼、分形編碼、小波變換圖像壓縮編碼等。 位圖是每個(gè)格子都獨(dú)立記錄的，因此數(shù)據(jù)量很大，這就是bmp格式。jpg格式經(jīng)過(guò)一系列運(yùn)算進(jìn)行壓縮，是有損壓縮格式，但畫(huà)質(zhì)的損失非常小。圖形圖像的數(shù)字化3、圖像的基本屬性 圖像分辨率 顯示分辨率 顏色深度圖形圖像的數(shù)字化4、圖像格式 BMP GIF TIF PCX TGA JPEG主題五0 與1 呈現(xiàn)的聲色世界 音頻的數(shù)字化 圖形圖像的數(shù)字化 視頻的數(shù)字化視頻的數(shù)字化1、視頻基礎(chǔ)知識(shí) 視頻（V

7、ideo）就是其內(nèi)容隨時(shí)間變化的一組動(dòng)態(tài)圖像，所以又叫運(yùn)動(dòng)圖像或活動(dòng)圖像。它是一種信息量最豐富、直觀、生動(dòng)、具體的承載信息的媒體。 靜止的圖片稱(chēng)為圖像（Image），運(yùn)動(dòng)的圖像稱(chēng)為視頻（Video）。視頻信號(hào)具有以下特點(diǎn)：內(nèi)容隨時(shí)間的變化而變化；伴隨有與畫(huà)面同步的聲音。視頻的數(shù)字化1、視頻基礎(chǔ)知識(shí) 視頻數(shù)字化是將模擬視頻信號(hào)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換和彩色空間變換轉(zhuǎn)為計(jì)算機(jī)可處理的數(shù)字信號(hào)，計(jì)算機(jī)要對(duì)輸入的模擬視頻信息進(jìn)行采樣與量化，并經(jīng)編碼使其變成數(shù)字化信息。 在PAL彩色電視制式中采用YUV模型來(lái)表示彩色圖像。由于所有的顯示器都采用RGB值來(lái)驅(qū)動(dòng)，所以在顯示每個(gè)像素之前，需要把YUV彩色分量值轉(zhuǎn)換成RGB

8、值。視頻的數(shù)字化2、視頻數(shù)字化過(guò)程 (1)采樣 由于人的眼睛對(duì)顏色的敏感程度遠(yuǎn)不如對(duì)亮度信號(hào)靈敏，所以色度信號(hào)的采樣頻率可以比亮度信號(hào)的采樣頻率低，以減少數(shù)字視頻的數(shù)據(jù)量。 (2)量化 采樣是把模擬信號(hào)變成時(shí)間上離散的脈沖信號(hào)，而量化則是進(jìn)行幅度上的離散化處理。 在時(shí)間軸的任意一點(diǎn)上量化后的信號(hào)電平與原模擬信號(hào)電平之間在大多數(shù)情況下存在一定的誤差，我們通常把量化誤差稱(chēng)為量化噪波。 量化位數(shù)愈多，層次就分得愈細(xì)，量化誤差就越小，視頻效果就越好，但視頻的數(shù)據(jù)量也也就越大。所以在選擇量化位數(shù)時(shí)要綜合考慮各方面的因素。視頻的數(shù)字化2、視頻數(shù)字化過(guò)程 (3)編碼 經(jīng)采樣和量化后得到數(shù)字視頻的數(shù)據(jù)量將非常大，數(shù)據(jù)量太大導(dǎo)致保存和傳輸受限，例如一幀標(biāo)清分辨率（720576）原始視頻數(shù)據(jù)要占用7205763=1244160 Bytes=9953280 bits，一秒的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)就是近250M bits。所以在編碼時(shí)要進(jìn)行壓縮。 視頻圖像數(shù)據(jù)有極強(qiáng)的相關(guān)性，也就是說(shuō)有大量的冗余信息，具有進(jìn)行高比例壓縮的潛力。其中冗余信息可分為空域冗余信息和時(shí)域冗余信息