第7章-多媒體技術(shù)基礎(chǔ)

第7章

多媒體技術(shù)基礎(chǔ)7.1多媒體技術(shù)概述

近年來(lái)，多媒體技術(shù)取得了令人矚目的成績(jī)，它給人類(lèi)帶來(lái)了深刻的影響，正迅速滲透到社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域。在計(jì)算機(jī)信息領(lǐng)域中泛指一切信息載體，此時(shí)有兩種具體含義，一種指信息的存儲(chǔ)實(shí)體，如磁帶、磁盤(pán)、光盤(pán)和半導(dǎo)體存儲(chǔ)器；另一種指信息的表現(xiàn)形式或多種信息的載體，概括為聲音、文字、圖像、圖形、數(shù)據(jù)5類(lèi)。7.1多媒體技術(shù)概述

多媒體技術(shù)使計(jì)算技能同時(shí)處理音頻、視頻和文本等多種信息。所以說(shuō)，多媒體是數(shù)字、文字、聲音、圖形、圖像和動(dòng)畫(huà)等各種媒體的有機(jī)組合，并與先進(jìn)的計(jì)算機(jī)、通信和廣播電視技術(shù)相結(jié)合，形成一個(gè)可組織、存儲(chǔ)、操縱和控制多媒體信息的集成環(huán)境和交互系統(tǒng)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，是利用計(jì)算機(jī)綜合處理聲、文、圖等信息，構(gòu)造具有集成性和交互性系統(tǒng)的技術(shù)。把一臺(tái)普通的計(jì)算機(jī)變成多媒體計(jì)算機(jī)要解決的關(guān)鍵技術(shù)是視頻、音頻信號(hào)的獲取技術(shù)和多媒體數(shù)據(jù)壓縮、編碼、解碼技術(shù)。7.1.1多媒體技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)

1．?dāng)?shù)字聲音聲音是攜帶信息的重要媒體，是多媒體技術(shù)研究中的一個(gè)重要內(nèi)容。聲音的種類(lèi)繁多，如人的話音、樂(lè)器聲、動(dòng)物發(fā)出的聲音、機(jī)器產(chǎn)生的聲音，以及自然界的雷聲、風(fēng)聲和雨聲等。這些聲音有許多共同的特性，也有它們各自的特性。用計(jì)算機(jī)處理這些聲音時(shí)，既要考慮它們的共性，又要利用它們各自的特性。7.1.1多媒體技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)（1）聲音的特性聲音是通過(guò)空氣傳播的一種連續(xù)的波，叫聲波。聲音的兩個(gè)基本參數(shù)是幅度和頻率。人們通常聽(tīng)到的聲音并不是單一頻率的聲音，而是許多頻率不同的音頻信號(hào)組成的，聲音信號(hào)的頻率范圍稱為帶寬，如高保真聲音的頻率范圍為10Hz～20000Hz，它的帶寬約為20kHz。

7.1.1多媒體技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)亞音信號(hào)：音頻信號(hào)：話音信號(hào)：超音頻信號(hào)：頻率小于20Hz的信號(hào)

頻率范圍為20Hz～20kHz的信號(hào)

人的發(fā)音器官發(fā)出的聲音頻率大約是80Hz一3400Hz，人說(shuō)話時(shí)信號(hào)頻率通常為300Hz～3000Hz

高于20kHz的信號(hào)

7.1.1多媒體技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)

（2）數(shù)字音頻數(shù)字音頻基礎(chǔ)知識(shí)包括音頻數(shù)據(jù)采樣、加工處理、壓縮、存儲(chǔ)及音頻文件格式、數(shù)字音頻處理軟件功能等。聲音是連續(xù)的震動(dòng)的波，通常用隨時(shí)間變化的連續(xù)波形模擬表示。一般有3個(gè)物理量描述:振幅、周期、頻率。振幅:波形的最高點(diǎn)（或最低點(diǎn)）與基線間距離為振幅，振幅表示聲音的強(qiáng)弱。周期:兩個(gè)連續(xù)波峰間時(shí)間的長(zhǎng)度為周期。頻率:一秒鐘內(nèi)出現(xiàn)的周期數(shù)即震動(dòng)次數(shù)，以Hz為單位。

7.1.1多媒體技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)代表聲音的模擬信息是一個(gè)連續(xù)的正弦波，不能由計(jì)算機(jī)直接處理，必須將其數(shù)字化。數(shù)字化過(guò)程如圖7.1所示。7.1.1多媒體技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)

采樣:按規(guī)則的時(shí)間間隔對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行測(cè)量叫做采樣，在采樣時(shí)刻獲得的幅度值為模擬信號(hào)的振幅，其時(shí)間間隔為采樣周期。如圖7.2所示。7.1.1多媒體技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)奈奎斯特理論指出:采樣頻率不應(yīng)低于聲音信號(hào)最高頻率的兩倍，這樣就能把以數(shù)字表達(dá)的聲音還原成原來(lái)的聲音，這叫做無(wú)損數(shù)字化。采樣定律為:Fs≥2F或Ts≤T/2其中:F為被采樣信號(hào)的最高頻率。

T為被采樣信號(hào)的周期。7.1.1多媒體技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)

（3）音頻文件格式采樣后的聲音以文件方式存儲(chǔ)后，方可進(jìn)行聲音處理。聲音文件有多種格式，目前常用的有四種:1)波形音頻文件擴(kuò)展名.wav。2)數(shù)字樂(lè)器MIDI音頻文件擴(kuò)展名.mid。3)光盤(pán)數(shù)字音頻文件(CD-DA)擴(kuò)展名.cda。4)網(wǎng)絡(luò)數(shù)字音頻文件擴(kuò)展名.au。7.1.1多媒體技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)2.計(jì)算機(jī)中的顏色模型自然界多姿多彩的景物通過(guò)人們的視覺(jué)器官在大腦中留下印象，這就是圖像。圖像是計(jì)算機(jī)中一類(lèi)重要而常用的多媒體信息。為了了解人的視覺(jué)系統(tǒng)如何認(rèn)識(shí)色彩，計(jì)算機(jī)中如何表示彩色圖像，我們介紹表示數(shù)字彩色圖像所需要的基本知識(shí)。7.1.1多媒體技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)（1）視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)顏色的感知顏色的實(shí)質(zhì)是一種光波，是視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)可見(jiàn)光的感知結(jié)果。它的存在是因?yàn)橛?個(gè)實(shí)體，即光線、被觀察的對(duì)象以及觀察者。人眼對(duì)顏色的感知是把顏色當(dāng)作由被觀察對(duì)象吸收或者反射不同波長(zhǎng)的光波形成的?？梢?jiàn)光是波長(zhǎng)在380nm～780nm之間的電磁波，人們看到的大多數(shù)光不是一種波長(zhǎng)的光，而是由許多不同波長(zhǎng)的光組合成的。7.1.1多媒體技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)自然界中的任何一種顏色都可以由-紅、綠、藍(lán)(R，G，B)這3種顏色值之和來(lái)確定，它們構(gòu)成一個(gè)三維的RGB矢量空間。這就是說(shuō)，R，G，B的數(shù)值不同，混合得到的顏色就不同，也就是光波的波長(zhǎng)不同。

7.1.1多媒體技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)（2）圖像的顏色模型理論上，任何一種顏色都可用紅、綠、藍(lán)3種基本顏色按不同的比例混合得到，稱為相加混色。相加混色是計(jì)算機(jī)應(yīng)用中定義顏色的基本方法。一個(gè)能發(fā)出光波的物體稱為有源物體，它的顏色由該物體發(fā)出的光波決定，并且使用RGB相加混色模型。

7.1.1多媒體技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)在計(jì)算機(jī)中，將紅、綠、藍(lán)3種顏色分別按光強(qiáng)度(深淺)的不同分為256個(gè)級(jí)別，0級(jí)實(shí)際上是黑色，255級(jí)是純色(紅、綠或藍(lán))，分別用8位二進(jìn)制數(shù)表示，每個(gè)像素占24位。7.1.1多媒體技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)除了RGB模型之外，還可以用顏色的3個(gè)特性來(lái)區(qū)分顏色，它們是色調(diào)，飽和度和明度，稱為HSB顏色模型。色調(diào)又稱為色相，指顏色的外觀，用于區(qū)別顏色的名稱或顏色的種類(lèi)。飽和度是指顏色的純潔性，它可用來(lái)區(qū)別顏色明暗的程度。明度是視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)可見(jiàn)物體輻射或者發(fā)光多少的感知屬性。7.1.1多媒體技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)

如果對(duì)連續(xù)圖像f(x，y)的坐標(biāo)按一定順序進(jìn)行等間隔的采樣，而對(duì)每一點(diǎn)的灰度也用等間隔進(jìn)行整量，并且假設(shè)在(x，y)方向上均取N個(gè)間隔，那么就可以得到一個(gè)N×N的數(shù)組，便把它稱為數(shù)字圖像(digitalimage)。數(shù)組中的每一個(gè)數(shù)據(jù)都是數(shù)字圖像的一個(gè)元素，稱為圖像元素，簡(jiǎn)稱像素(pixel)或者像元。7.1.1多媒體技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)這就是一幅灰度圖像在計(jì)算機(jī)中的表示，通常是將這些數(shù)據(jù)一行一行地存放在圖像文件中。7.1.1多媒體技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)在計(jì)算機(jī)中，表示圖像有兩種方法，一種是用一系列的計(jì)算機(jī)指令來(lái)表示一幅圖。如對(duì)于直線，圖像文件中記錄line，start-point，end-point；對(duì)于圓，圖像文件中記錄circle，center_x，center_y，radius，這樣記錄的文件不會(huì)隨圖像的尺寸改變而改變，也不存在采樣分辨率的問(wèn)題，只與顯示的尺寸和顯示分辨率有關(guān)，這樣的圖像稱為矢量圖像，或矢量圖，而矢量圖像通常叫做圖形。7.1.1多媒體技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)對(duì)于復(fù)雜的圖像，很難用數(shù)學(xué)方法對(duì)其進(jìn)行描述，比如一幅照片，這時(shí)就使用記錄每一個(gè)離散點(diǎn)的顏色的方法(就是前面介紹的采樣、量化和編碼)來(lái)描述圖像，這種圖像叫位圖圖像。位圖圖像把一幅圖分成許許多多的像素，每個(gè)像素用若干個(gè)二進(jìn)制位來(lái)表示該像素的顏色和亮度。7.1.1多媒體技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)

位圖圖像按顏色又分為灰度圖像和彩色圖像，灰度圖像的顏色只有黑白和濃淡之分，只有黑白兩種顏色的稱為單色圖像。灰度圖像還有16級(jí)、256級(jí)灰度。彩色圖像有紅、綠、藍(lán)等豐富的色彩，有16色、256色和24位真彩色之分。7.1.1多媒體技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)

4.圖像文件格式（1）BMP（bitmap-file）位圖文件位圖文件后綴名以bmp結(jié)尾，是微軟公司為其Windows環(huán)境設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)圖像格式，在Windows系統(tǒng)中提供了一系列支持BMP圖像處理的APl函數(shù)。隨著Windows在世界范圍內(nèi)的不斷普及，BMP文件格式無(wú)疑也已經(jīng)成為PC機(jī)上的流行圖像文件格式。在每個(gè)BMP文件中只能存放一幅圖像。BMP圖像質(zhì)量較高，沒(méi)有數(shù)據(jù)損失。BMP圖像文件格式可以存儲(chǔ)單色、16色、256色以及真彩色四種圖像數(shù)據(jù)。7.1.1多媒體技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)（2）GIF(graphicsinterchangeformat圖形交換格式)GIF是一種常用的跨平臺(tái)的位圖文件格式，存儲(chǔ)的是8位圖像文件，最多為256色，常用于網(wǎng)絡(luò)傳輸。GIF是CompuServe公司開(kāi)發(fā)的圖像文件存儲(chǔ)格式。7.1.1多媒體技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)（3）JPEG(JointPhotographicExpertsGroup)JPEG是一個(gè)由ISO(InternationalStandardOrganization國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織)和IEC(InternationalElectrotechnicsCommittee國(guó)際電工委員會(huì))聯(lián)合組成的一個(gè)專家組，負(fù)責(zé)制定靜態(tài)的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)專家組開(kāi)發(fā)的算法稱為了JPEG算法，并且成為國(guó)際上通用的標(biāo)準(zhǔn)，因此又稱為JPEG標(biāo)準(zhǔn)，相應(yīng)的文件存儲(chǔ)格式為.jpg格式。JPEG是一個(gè)適用范圍很廣的靜態(tài)圖像數(shù)據(jù)壓縮標(biāo)準(zhǔn)，既可用于灰度圖像又可用于彩色圖像。7.1.1多媒體技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)

5.視頻文件格式（1）AVI(audiovideointerleave)AVI是一種音頻視像交插記錄的數(shù)字視頻文件格式。（2）RMRM格式是RealNetworks公司開(kāi)發(fā)的一種流媒體視頻文件格式，它主要包含RealAudio，RealVideo和RealFlash3部分。RealMedia可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟煌俾手贫ú煌膲嚎s比率，從而實(shí)現(xiàn)在低速率的Internet上進(jìn)行視頻文件的實(shí)時(shí)傳送和播放。（3）ASF(advancedstreamingformat)ASF是由Microsoft公司推出的一種高級(jí)流媒體格式，也是一個(gè)可以在Internet上實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)播放的標(biāo)準(zhǔn)，7.1.1多媒體技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)（4）DV(digitalvideo)DV格式是一種國(guó)際通用的數(shù)字視頻標(biāo)準(zhǔn)，由SONY和Panasonic等10余家公司共同開(kāi)發(fā)的，可以在一盤(pán)1/4英寸的金屬蒸鍍帶(MiniDV格式)上記錄高質(zhì)量的數(shù)字視音頻信號(hào)。7.1.2多媒體計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成

多媒體系統(tǒng)是一個(gè)能處理多媒體信息的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它是在現(xiàn)有PC計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)上加上硬件板卡和相應(yīng)的軟件，使其具有綜合處理聲音、文字、圖像、視頻等多種媒體信息的多功能計(jì)算機(jī)?？梢?jiàn)，多媒體系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)和視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等多種媒體系統(tǒng)的綜合。多媒體計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與普通計(jì)算機(jī)一樣，也是由多媒體硬件和多媒體軟件兩部分組成。7.1.2多媒體計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成

1．多媒體系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)多媒體計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)是由主機(jī)、視頻部分、音頻部分、基本輸入/輸出部分、高級(jí)多媒體設(shè)備等5部分組成，如圖7.6所示:

圖7.6多媒體系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)7.1.2多媒體計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成

(1)主機(jī)(2)視頻部分(3)音頻部分(4)基本輸入/輸出設(shè)備(5)高級(jí)多媒體設(shè)備主機(jī)是多媒體計(jì)算機(jī)的核心，可以是大/中型計(jì)算機(jī)，也可以是工作站，用的最多的還是微機(jī)。目前主機(jī)主板上可能集成有多媒體專用芯片。

視頻部分負(fù)責(zé)多媒體計(jì)算機(jī)圖像和視頻信息的數(shù)字化攝取和回放。主要包括視頻壓縮卡(也稱視頻卡)、電視卡、加速顯示卡等。完成視頻信號(hào)的A/D和D/A轉(zhuǎn)換及數(shù)字視頻的壓縮和解壓縮功能。音頻部分主要完成音頻信號(hào)的A/D和D/A轉(zhuǎn)換及數(shù)字音頻的壓縮、解壓縮及播放等功能，主要包括聲卡、外接音箱、話筒、耳麥、MIDI設(shè)備等。

多媒體輸入/輸出設(shè)備十分豐富，按功能分為視頻/音頻輸入設(shè)備、視頻/音頻輸出設(shè)備、人機(jī)交互設(shè)備、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備。隨著科技的進(jìn)步，出現(xiàn)了一些新的輸入/輸出設(shè)備，比如用于傳輸手勢(shì)信息的數(shù)據(jù)手套，用于虛擬現(xiàn)實(shí)能夠產(chǎn)生較好的沉浸感的數(shù)字頭盔和立體眼鏡等設(shè)備。7.1.2多媒體計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成

2．多媒體軟件系統(tǒng)多媒體軟件系統(tǒng)按功能可分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。系統(tǒng)軟件是多媒體系統(tǒng)的核心，它不僅具有綜合使用各種媒體、靈活調(diào)度多媒體數(shù)據(jù)進(jìn)行媒體傳輸和處理的能力，而且要控制各種媒體硬件設(shè)備協(xié)調(diào)地工作。多媒體系統(tǒng)軟件主要包括多媒體操作系統(tǒng)、媒體素材制作軟件及多媒體函數(shù)庫(kù)、多媒體創(chuàng)作工具與開(kāi)發(fā)環(huán)境、多媒體外部設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件和驅(qū)動(dòng)器接口程序等。7.1.2多媒體計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成

應(yīng)用軟件是在多媒體創(chuàng)作平臺(tái)上設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的面向應(yīng)用領(lǐng)域的軟件系統(tǒng)，通常由應(yīng)用領(lǐng)域的專家和多媒體開(kāi)發(fā)人員共同協(xié)作、配合完成。開(kāi)發(fā)人員利用開(kāi)發(fā)平臺(tái)、創(chuàng)作工具，制作組織各種多媒體素材，生成最終的多媒體應(yīng)用程序，并在應(yīng)用中測(cè)試、完善，形成最終的多媒體產(chǎn)品。例如，教育軟件、電子圖書(shū)等。7.1.2多媒體計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成

3．多媒體系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)多媒體系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)在原則上是相同的，由底層的硬件系統(tǒng)和其上的各層軟件系統(tǒng)組成，只是考慮多媒體的特性各層次的內(nèi)容有所不同，如圖7.7所示。7.1.3多媒體關(guān)鍵技術(shù)多媒體技術(shù)的研究涉及到諸多問(wèn)題，其中主要有以下幾個(gè)方面:1

1.數(shù)據(jù)壓縮2．?dāng)?shù)據(jù)的組織與管理3．多媒體信息的展現(xiàn)與交互4．多媒體通信與分布處理5．虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)7.2多媒體數(shù)據(jù)編碼及壓縮

編碼是指將語(yǔ)音或視頻模擬信號(hào)改編成數(shù)字信號(hào)的過(guò)程。解碼是指將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)的過(guò)程。數(shù)據(jù)編碼的前提是數(shù)字化，它包括空間、時(shí)間采樣和幅度量化。數(shù)據(jù)壓縮的目的是為了便于存儲(chǔ)和傳輸，而為了對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行還原，還必須進(jìn)行解壓縮，因此，數(shù)據(jù)壓縮通常包含對(duì)數(shù)據(jù)的編碼和解碼。隨著多媒體技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)的研究受到人們?cè)絹?lái)越多的重視。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，大量信息需要在有限的硬盤(pán)上存儲(chǔ)；在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，這些海量信息需要在較窄的信道中傳輸。如何有效地減少存儲(chǔ)量和提高傳輸速度就成為一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。數(shù)據(jù)壓縮是解決這一問(wèn)題的有效方法。7.2.1數(shù)據(jù)壓縮的必要性為什么數(shù)據(jù)需要壓縮呢?

這是因?yàn)槎嗝襟w技術(shù)是面向三維圖像以及動(dòng)畫(huà)、音頻、視頻等的處理技術(shù)，為了達(dá)到令人滿意的視頻畫(huà)面質(zhì)量和音頻的聽(tīng)覺(jué)效果，必須對(duì)視頻和音頻做到實(shí)時(shí)處理。而實(shí)時(shí)處理技術(shù)的首要問(wèn)題便是如何解決計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)龐大的視頻、音頻等數(shù)據(jù)的獲取、傳輸和存儲(chǔ)問(wèn)題。也就是龐大的數(shù)據(jù)量要求人們必須對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮。

下面的幾個(gè)例子說(shuō)明了不壓縮時(shí)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)所需要的空間。【例7.1】計(jì)算存儲(chǔ)3分30秒的一首CD音質(zhì)的立體聲歌曲所需的存儲(chǔ)空間。解:在CD的音質(zhì)下采樣頻率為44.1KHz，振幅量子化為2B，再考慮立體聲，1秒鐘的數(shù)據(jù)量為:44.1KHz×2B×2＝176.4KB3分30秒的一首歌需要的存儲(chǔ)空間為:176.4KB×210秒＝37044KB＝36.2M7.2.1數(shù)據(jù)壓縮的必要性【例7.2】計(jì)算存儲(chǔ)一幅352×288的靜態(tài)真彩色圖像需要的存儲(chǔ)空間。解:存儲(chǔ)時(shí)，記錄每一個(gè)像素點(diǎn)的RGB值，對(duì)真彩色來(lái)講，每一個(gè)像素用3B來(lái)記錄，因此該圖像需要的存儲(chǔ)空間為:352×288×3B＝304.13KB【例7.3】計(jì)算1分鐘視頻所需的存儲(chǔ)空間。分辨率為352×288，每秒25幀。不含音頻數(shù)據(jù)。解:由上題，所占有的存儲(chǔ)空間為304.13KB×25×60＝456195KB＝456.2MB7.2.2數(shù)據(jù)壓縮與編碼1．無(wú)損壓縮多余的信息，在技術(shù)上稱為信息冗余。能夠?qū)Χ嗝襟w信息進(jìn)行壓縮的前提就是因?yàn)閿?shù)據(jù)中存在大量的冗余，尤其是聲音和圖像。數(shù)據(jù)壓縮的目的就是盡可能地消除這些冗余?！纠?.4】在靜態(tài)圖像中存在的空間冗余。如大部分區(qū)域是白色的背景。當(dāng)連續(xù)出現(xiàn)8000個(gè)白色像素時(shí)，原始信息要連續(xù)記錄8000個(gè)白色的RGB值（255.255.255）。如果改用一個(gè)簡(jiǎn)單的記法:用“8000個(gè)白色像素”這樣一句話來(lái)替代8000個(gè)白色的RGB值，信息量將會(huì)大大減少。8000個(gè)白色的RGB值：3B×8000＝24000B＝24KB8000個(gè)白色像素：2B＋3B＝5B

7.2.2數(shù)據(jù)壓縮與編碼【例7.5】在動(dòng)態(tài)視頻中存在的時(shí)間冗余。視頻序列中相鄰的幀具有相同的畫(huà)面或者幾乎相同的畫(huà)面，此時(shí)就沒(méi)有必要記錄同樣的畫(huà)面，或者只記錄兩幅畫(huà)面之間的差別即可?！纠?.4】和【例7.5】中，數(shù)據(jù)的壓縮利用了原始信息中的相關(guān)性。具有相關(guān)性是信息可以壓縮的一個(gè)重要的原因。利用信息相關(guān)性進(jìn)行的數(shù)據(jù)壓縮，并不損失原信息的內(nèi)容，因此可實(shí)現(xiàn)無(wú)損壓縮。無(wú)損壓縮是一種可逆壓縮，即經(jīng)過(guò)壓縮后可以將原來(lái)文件中包含的信息完全保留的一種數(shù)據(jù)壓縮方式。7.2.2數(shù)據(jù)壓縮與編碼2.行程編碼RELRLE是無(wú)損壓縮的編碼?，F(xiàn)實(shí)中有許多這樣的圖像，在一幅圖像中具有許多顏色相同的像素。連續(xù)許多行上都具有相同的顏色，或者在一行上有許多連續(xù)的像素都具有相同的顏色值。在這種情況下就不需要存儲(chǔ)每一個(gè)像素的顏色值，實(shí)際上，僅存儲(chǔ)一個(gè)像素的顏色值，以及具有相同顏色的像素?cái)?shù)目就可以了，或者存儲(chǔ)一個(gè)像素的顏色值，以及具有相同顏色值的行數(shù)。這種壓縮編碼稱為行程編碼(runlengthencoding，RLE)。7.2.2數(shù)據(jù)壓縮與編碼原來(lái)所需的存儲(chǔ)空間為:50×3B+2×3B+1×3B+9×3B+72×3B＝402B編碼后需要的存儲(chǔ)空間為(假設(shè)行程的長(zhǎng)度值用2B來(lái)存儲(chǔ)):2B+3B+2B+3B+3B+2B+3B+2B+3B＝23B編碼前后的數(shù)據(jù)量之比大約為17.5:1。7.2.2數(shù)據(jù)壓縮與編碼3.音頻波形的PCM編碼PCM是概念上最簡(jiǎn)單，理論上最完善的編碼系統(tǒng)。采樣和量化本身就是一個(gè)編碼和壓縮的過(guò)程。將音頻數(shù)字化，最常見(jiàn)的方式是脈沖編碼調(diào)制PCM(pulsecodemodulation)。在圖7.9中的曲線表示了原始的音頻波形。7.2.2數(shù)據(jù)壓縮與編碼【例7.7】在圖7.9中，采用了20個(gè)采樣點(diǎn)；使用了4位量化。各采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)如表7.2所示。表7.2PCM編碼后的數(shù)據(jù)7.2.3多媒體數(shù)據(jù)壓縮標(biāo)準(zhǔn)

前面介紹了數(shù)據(jù)壓縮的基本概念和基本方法，隨著數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)的發(fā)展，一些經(jīng)典編碼方法趨于成熟，為使數(shù)據(jù)壓縮走向?qū)嵱没彤a(chǎn)業(yè)化，近年來(lái)一些國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織成立了數(shù)據(jù)壓縮和通信方面的專家組，制定了幾種數(shù)據(jù)壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)，并且很快得到了產(chǎn)業(yè)界的認(rèn)可。目前已公布的數(shù)據(jù)壓縮標(biāo)準(zhǔn)有:用于靜止圖像壓縮的JPEG標(biāo)準(zhǔn)；用于視頻和音頻編碼的MPEG系列標(biāo)準(zhǔn)(包括MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4等)；用于視頻和音頻通信的H.261標(biāo)準(zhǔn)；用于二值圖像編碼的JBIG標(biāo)準(zhǔn)等。7.3多媒體硬件基礎(chǔ)多媒體系統(tǒng)在硬件方面，根據(jù)應(yīng)用不同，其配置也各異，基本配置見(jiàn)圖7.5。其中有些設(shè)備是多媒體系統(tǒng)必需的，如光盤(pán)、光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、視頻、音頻信息數(shù)字化、壓縮及還原設(shè)備、AGP適配器、音樂(lè)設(shè)備數(shù)字接口MIDI等。有的尚可配置觸摸屏、話筒、攝像機(jī)、錄像機(jī)、掃描儀等設(shè)備。對(duì)于多媒體創(chuàng)作系統(tǒng)，則應(yīng)配置可讀寫(xiě)的光盤(pán)等等。

7.3.1音頻卡7.3.1音頻卡工作過(guò)程如下:(1)MIC輸入的音頻信號(hào)經(jīng)放大器進(jìn)行放大，或由線路輸入(Linein)的信號(hào)經(jīng)A/D以設(shè)置的速率進(jìn)行采樣并量化變成數(shù)字信號(hào)，然后將該信號(hào)送數(shù)字聲音處理器進(jìn)行處理。(2)數(shù)字聲音處理器對(duì)數(shù)字音頻信號(hào)進(jìn)行PCM、DPCM或ADPCM壓縮，在Windows下形成后綴為wav的文件，經(jīng)總線接口和控制器進(jìn)行存盤(pán)。當(dāng)播放存盤(pán)的wav文件時(shí)，再通過(guò)PC總線經(jīng)總線接口和控制器送入數(shù)字聲音處理器進(jìn)行解壓縮，將解壓縮后的數(shù)字音頻信號(hào)送D/A轉(zhuǎn)換器。(3)由D/A轉(zhuǎn)換器將數(shù)字音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬音頻信號(hào)，再經(jīng)功率放大器放大后，送揚(yáng)聲器放音。7.3.1音頻卡工作過(guò)程如下:(4)MIDI樂(lè)器接口(MIDI，MusicallnstrumentDeviceInterface)可傳送MIDI消息，使音樂(lè)合成器根據(jù)MIDI消息合成音樂(lè)，也可將由MIDI設(shè)備產(chǎn)生的音樂(lè)以MIDI文件形式存盤(pán)，MIDI文件所占的存儲(chǔ)量比對(duì)同一音樂(lè)進(jìn)行采樣并以wav文件存盤(pán)所占存儲(chǔ)量要少得多。(5)音樂(lè)合成器有兩種，合成器分為基本型合成器和擴(kuò)展合成器。從MIDI文件或MIDI鍵盤(pán)來(lái)的MIDI消息，由合成器將其轉(zhuǎn)換成合成音樂(lè)送揚(yáng)聲器放音。(6)通過(guò)游戲桿可玩游成，并配合音響效果，使得游戲更能吸引人。(7)在CD-ROM中的音頻信號(hào)，也可直接由聲卡放大送揚(yáng)聲器放音。7.3.1音頻卡2.音頻卡的性能指標(biāo)（1）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換位數(shù)分為8位、16位、32位等，配置多媒體計(jì)算機(jī)時(shí)，最好采用16位以上聲卡。（2）采樣頻率指單位時(shí)間對(duì)聲音信號(hào)的采樣次數(shù)。采樣頻率越高，聲音失音度越小，但產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量越大。配置多媒體計(jì)算機(jī)時(shí)，最好采支持44.1kHZ采樣頻率的聲卡。（3）兼容性兼容性好的聲卡可以與更多的軟件較好地配合工作。7.3.2視頻卡

基于視頻處理器VxP500的視頻采集卡的功能模塊主要包括:VxP500視頻處理模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊、DRAM緩存、VGAFeature連接器、ISA總線接口等，如圖7.11所示：7.3.2視頻卡

視頻解碼器(A/D)接口視頻源可以是攝像機(jī)、錄像機(jī)、攝像頭等所輸出的視頻信號(hào)，它們可分別插在視頻采集卡的輸入插孔上，通過(guò)軟件選中所需的視頻源，送到視頻解碼器接口。視頻輸入解碼器有一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其任務(wù)是對(duì)視頻信號(hào)解碼和數(shù)字化。7.3.3顯示卡

顯示卡是工作在CPU和顯示器之間的顯示適配器的簡(jiǎn)稱。通常顯示卡是以附加獨(dú)立卡的形式安裝在電腦主板的擴(kuò)展槽中，或集成在主板上。與集成在主板上的顯示卡相比，獨(dú)立顯示卡性能優(yōu)越、工作穩(wěn)定。7.3.3顯示卡

1．顯示卡的顯示模式與接口顯卡的接口是連接顯卡和CPU的通道，按照?qǐng)D像顯示模式，顯示卡可分為2類(lèi),PCI模式和AGP模式。PCI模式：PCI總線結(jié)構(gòu)，以1/2或1/3的系統(tǒng)總線頻率工作，通常為33Hz。如果要在處理圖像數(shù)據(jù)的同時(shí)處理其它數(shù)據(jù)，那么流經(jīng)PCI總線的全部數(shù)據(jù)就必須分別第進(jìn)行處理，這樣勢(shì)必存在數(shù)據(jù)滯留現(xiàn)象。AGP模式：AGP接口是一種顯示接口，具有獨(dú)占總線的特性。只有圖像數(shù)據(jù)才能通過(guò)AGP接口，有效地解決了在數(shù)據(jù)量大時(shí)PCI模式的數(shù)據(jù)滯留問(wèn)題。7.3.3顯示卡

2．顯示卡的功能分類(lèi)顯示卡按功能分類(lèi):(1)

一般顯示卡完成顯示基本功能，其性能由品牌、工藝質(zhì)量、顯存容量等因素確定。(2)圖形加速卡目前以AGP顯示卡為主，帶有圖形加速器，顯示復(fù)雜圖像、三維圖像速度快。(3)3D圖形卡專為帶有3D圖形的應(yīng)用開(kāi)發(fā)的顯示卡(如高檔游戲)，三維坐標(biāo)變換速度快，圖形動(dòng)態(tài)顯示反應(yīng)靈敏、清晰。7.3.4多媒體I/O設(shè)備

１．觸摸屏觸摸屏作為多媒體輸入設(shè)備，已被廣泛用于各個(gè)行業(yè)的控制、信息查詢及其他方面。用手指在屏幕上指點(diǎn)以獲取所需的信息，具有直觀、方便的特點(diǎn)，就是從未接觸過(guò)計(jì)算機(jī)的人也能立即使用。觸摸屏引入后可以改善人機(jī)交互方式，同時(shí)提高人機(jī)交互效率。(1)觸摸屏的適用領(lǐng)域(2)觸摸屏基本原理(3)觸摸屏組成(4)觸摸屏種類(lèi)

自動(dòng)控制及檢測(cè)，用于管理或控制系統(tǒng)中最低層、最高層人員的人機(jī)接口；展示與演示系統(tǒng)，用于大型博覽會(huì)、展銷(xiāo)會(huì)的產(chǎn)品演示、介紹；信息檢索和查詢，用于銀行、醫(yī)療、交通、商場(chǎng)、酒店等公共場(chǎng)所的各種信息查詢；培訓(xùn)和教育，提供直觀、快速的學(xué)習(xí)方式。

觸摸屏是一種定位設(shè)備，當(dāng)用戶用手觸摸安裝在計(jì)算機(jī)顯示器前的觸摸屏?xí)r，觸摸到的位置被觸摸屏控制器檢測(cè)到，并通過(guò)串行口或其它接口送到CPU，從而確定用戶所輸入的信息。

傳感器、控制器、驅(qū)動(dòng)程序。傳感器用于探測(cè)用戶的觸摸動(dòng)作。當(dāng)有觸摸發(fā)生時(shí)，觸摸信號(hào)通過(guò)控制器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，傳送給計(jì)算機(jī)。觸摸屏系統(tǒng)可以通過(guò)鍵盤(pán)端口、RS-232及專用控制器與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)連接。

觸摸屏的工作原理根據(jù)使用的介質(zhì)不同而不同，比較流行的有電阻式