第五章 多媒體技術(shù)

第五章多媒體技術(shù)本章講解提綱5.1多媒體技術(shù)基礎(chǔ)5.3圖像5.4動(dòng)畫(huà)5.5視頻5.2音頻5.6多媒體數(shù)據(jù)壓縮5.1多媒體技術(shù)基礎(chǔ)5.1.1多媒體相關(guān)概念1.媒體

在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中，所謂媒體是指?jìng)鬟f信息的載體，如數(shù)字、文字、聲音、圖像和圖形。例如大家使用的智能手機(jī)，我們每天都刷朋友圈，那么獲得信息的媒介就是上面的圖文并茂。文字多媒體多媒體多媒體中的媒體●多媒體技術(shù)教學(xué)進(jìn)程如何學(xué)好多媒體？文字圖形矢量圖形對(duì)象●通過(guò)計(jì)算而描述的矢量圖形文字圖形圖像位圖圖像對(duì)象●用像素點(diǎn)描述的自然影像文字圖形圖像動(dòng)畫(huà)多畫(huà)面幀動(dòng)畫(huà)單畫(huà)面矢量動(dòng)畫(huà)FRAME01FRAME02FRAME03FRAME04FRAME05FRAME06FRAME07動(dòng)畫(huà)對(duì)象●單畫(huà)面矢量動(dòng)畫(huà)、多畫(huà)面幀動(dòng)畫(huà)文字圖形圖像動(dòng)畫(huà)音頻●midi音頻●

wav音頻●

mp3壓縮音頻音頻對(duì)象●音頻數(shù)字信號(hào)、壓縮音頻信號(hào)文字圖形圖像動(dòng)畫(huà)音頻視頻音頻+視頻AudioVedioInformation視頻對(duì)象●END視頻數(shù)字信號(hào)AVI、壓縮視頻信號(hào)MPG2.媒體的種類1）感覺(jué)媒體：如語(yǔ)言、音樂(lè)、自然界中的各種聲音、圖像、動(dòng)畫(huà)、文本等。2）表示媒體：如語(yǔ)言編碼、文本編碼、圖像編碼、電報(bào)碼、條形碼等等。3）顯示媒體：包括鼠標(biāo)器、鍵盤(pán)、掃描儀、攝像機(jī)、光筆、話筒、顯示器、音箱和打印機(jī)等。4）存儲(chǔ)媒體：有磁帶、磁盤(pán)、光盤(pán)等。5）傳輸媒體：如電話線、同軸電纜、光纖等。3.多媒體的定義多媒體是多種信息載體的表現(xiàn)形式和傳遞方式，就是用多種媒介方法傳輸信息。在計(jì)算機(jī)的控制下，多媒體是將文字、圖形、圖像、聲音、動(dòng)畫(huà)和視頻等多種類型的媒體混合在一起的信息交流和傳輸工具。4.多媒體技術(shù)的定義多媒體技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、音頻技術(shù)、視頻技術(shù)、圖像壓縮技術(shù)、文字處理技術(shù)等多種技術(shù)的一種綜合技術(shù)。

簡(jiǎn)單地說(shuō)：多媒體技術(shù)就是把聲、文、圖、像和計(jì)算機(jī)結(jié)合在一起的技術(shù)。5.2音頻

5.2.1聲音的特性聲音的定義：聲音是由物體的振動(dòng)產(chǎn)生的，是一種機(jī)械振動(dòng)波?？梢杂谜也▂=Asin(x)或余弦y=Acos(x)來(lái)模擬表示。聲源：是一種振動(dòng)源，它使周圍的介質(zhì)產(chǎn)生振動(dòng)，并以波的形式進(jìn)行傳播。傳播介質(zhì)：主要指空氣、液體、固體等。聲音主要有兩個(gè)參數(shù)：頻率（反映音調(diào)）和振幅（反映強(qiáng)弱）。聲音的分類：根據(jù)聲波的特征，可以將其分為規(guī)則聲音和不規(guī)則聲音。其中規(guī)則聲音又可以分為語(yǔ)音、音樂(lè)和音效，不規(guī)則聲音指的是噪音。人可聽(tīng)到的頻率范圍：20Hz?20kHz。低于20Hz為次聲波，比如大象的叫聲；高于20kHz為超聲波，比如海豚的叫聲。聲音的頻率次聲波人耳可聽(tīng)域超聲波<20Hz20～20,000Hz>20,000Hz女性語(yǔ)音150Hz～10,000Hz電話語(yǔ)音200Hz～3,400Hz調(diào)幅廣播(AM)50Hz～7,000Hz調(diào)頻廣播(FM)20Hz～15,000Hz高級(jí)音響10Hz～40,000Hz男性語(yǔ)音100Hz～9,000Hz聲源種類頻帶寬度●聲音4級(jí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：數(shù)字激光唱盤(pán)CD-DA質(zhì)量，其信號(hào)帶寬為10?20kHz;調(diào)頻廣播FM質(zhì)量，其信號(hào)帶寬為20?15kHz;調(diào)幅廣播AM質(zhì)量，其信號(hào)帶寬為50?7kHz;電話的話音質(zhì)量，其信號(hào)帶寬為200?3400Hz。其中數(shù)字激光唱盤(pán)的聲音質(zhì)量最高，電話的話音質(zhì)量最低?！衤曇舻娜亍褚粽{(diào)——(高低)(高)(低)●音強(qiáng)——(強(qiáng)弱)(弱)(強(qiáng))(停)●音色——(特質(zhì))鋼琴吉他小號(hào)小提琴聲音的基本表示形式：模擬音頻和數(shù)字音頻。5.3圖像5.3.1圖像的基本概念及屬性1.圖像信號(hào)的分類計(jì)算機(jī)中的圖形圖像分為矢量圖和位圖。（1）矢量圖矢量圖（Vector-basedimage）是用一系列計(jì)算機(jī)指令來(lái)描述和記錄一幅圖，這些指令是用來(lái)描述點(diǎn)、線、面等幾何圖形的大小、形狀、及其位置、維數(shù)的集合，能夠描繪出物體的輪廓、形狀或外部的界限。（2）位圖

圖像是指由輸入設(shè)備捕捉的實(shí)際場(chǎng)景畫(huà)面，或以數(shù)字化形式存儲(chǔ)的任意畫(huà)面。靜止圖像是由一些排列成行和列的點(diǎn)組成的矩陣，數(shù)組中的各項(xiàng)數(shù)字是用來(lái)描述構(gòu)成圖像的各個(gè)點(diǎn)的強(qiáng)度與顏色等信息，稱之為位圖。

（3）矢量圖與位圖的比較圖像類型文件內(nèi)容文件大小顯示速度應(yīng)用特點(diǎn)矢量圖圖形指令與圖的復(fù)雜程度有關(guān)，文件數(shù)據(jù)量小圖越復(fù)雜，顯示越慢易于編輯，適合“繪制”，但表現(xiàn)力弱位圖圖像點(diǎn)陣數(shù)據(jù)與圖的尺寸和顏色有關(guān)，文件數(shù)據(jù)量大與圖的內(nèi)容有關(guān)

適合“獲取”和“復(fù)制”表現(xiàn)力強(qiáng)，但編輯比較復(fù)雜2.分辨率（1）顯示分辨率：顯示分辨率是顯示器在顯示圖像時(shí)的分辨率，分辨率是用點(diǎn)來(lái)衡量的，顯示器上這個(gè)“點(diǎn)”就是指像素(pixel)。顯示分辨率的數(shù)值是指整個(gè)顯示器所有可視面積上水平像素和垂直像素的數(shù)量。例如800×600的分辨率，是指在整個(gè)屏幕上水平顯示800個(gè)像素，垂直顯示600個(gè)像素。

（2）圖像分辨率：圖像分辨率指圖像中存儲(chǔ)的信息量，是每英寸圖像內(nèi)有多少個(gè)像素點(diǎn)，分辨率的單位為PPI，通常叫做：像素/每英寸。對(duì)同樣大小的一幅圖，組成像素?cái)?shù)目越多，則說(shuō)明圖像的分辨率越高，看起來(lái)圖像就越逼真；反之，圖像會(huì)顯得粗糙。（3）打印分辨率：打印機(jī)分辨率又稱為輸出分辨率，是指在打印輸出時(shí)橫向和縱向兩個(gè)方向上每英寸最多能夠打印的點(diǎn)數(shù)，通常以“點(diǎn)/英寸”即DPI表示。

（1）色調(diào)又稱為色相是當(dāng)人眼看到一種或多種波長(zhǎng)的光時(shí)所產(chǎn)生的彩色感覺(jué)

2.色彩三要素(決定畫(huà)面色彩的主要因素)5.3.2圖像的顏色構(gòu)成1.顏色的定義顏色是光的輻射刺激視網(wǎng)膜而引起觀察者通過(guò)視覺(jué)而獲得的景象。（2）飽和度

是指顏色的純度即摻入白光的程度，或者說(shuō)是指顏色的深淺程度。對(duì)于同一色調(diào)的彩色光，飽和度越深顏色越鮮明或者說(shuō)越純。例如，當(dāng)紅色加進(jìn)白光之后沖淡為粉紅色，其基本色調(diào)還是紅色，但飽和度降低。

（3）亮度

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。是光作用于人眼時(shí)所引起的明亮程度的感覺(jué)，它與被觀察物體的發(fā)光強(qiáng)度有關(guān)，由于其強(qiáng)度不同，看起來(lái)可能亮一些或暗一些。顯然，彩色光的強(qiáng)度(降)→黑色，強(qiáng)度(升)→白色。（1）黑白圖像：圖像的每個(gè)像素只能是黑或者白，沒(méi)有中間的過(guò)渡，故又稱為二值圖像。二值圖像的顏色深度為1。（2）灰度圖像：每個(gè)像素的信息由一個(gè)量化的灰度級(jí)來(lái)描述的圖像，沒(méi)有彩色信息，只有256級(jí)的明暗變化，顏色深度為8。（3）彩色圖像：每個(gè)像素的信息由RGB三原色構(gòu)成的圖像，其中RGB是由不同的灰度級(jí)來(lái)描述的，顏色深度為24。3.顏色深度

顏色深度簡(jiǎn)單說(shuō)就是最多支持多少種顏色。一般是用“位”來(lái)描述的。5.4動(dòng)畫(huà)5.4.1動(dòng)畫(huà)的基本概念1.動(dòng)畫(huà)的產(chǎn)生原理動(dòng)畫(huà)是通過(guò)在某種介質(zhì)上記錄一系列單個(gè)畫(huà)面，并通過(guò)以一定的速率回放所記錄的畫(huà)面而產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)視覺(jué)的技術(shù)。它的基本原理與電影、電視一樣，都是視覺(jué)原理，也稱視覺(jué)暫留現(xiàn)象。醫(yī)學(xué)已證明，人類具有“視覺(jué)暫留”的特性，就是說(shuō)人的眼睛看到一幅畫(huà)或一個(gè)物體后，在1/24秒內(nèi)不會(huì)消失。2.動(dòng)畫(huà)的分類（1）傳統(tǒng)動(dòng)畫(huà)：利用了電影原理，即人眼的視覺(jué)暫留現(xiàn)象，將一張張逐漸變化的并能清楚地反映一個(gè)連續(xù)動(dòng)態(tài)過(guò)程的靜止畫(huà)面，經(jīng)過(guò)攝像機(jī)逐幀地拍攝編輯，再通過(guò)電視的播放系統(tǒng)，使之在屏幕上活動(dòng)起來(lái)。（2）計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)：計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)的關(guān)鍵技術(shù)體現(xiàn)在計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)制作軟件及硬件上。（3）全動(dòng)畫(huà)：全動(dòng)畫(huà)是指在動(dòng)畫(huà)制作中，為了追求畫(huà)面的完美、動(dòng)作的細(xì)膩和流暢，按照每秒播放24幅畫(huà)面的數(shù)量制作的動(dòng)畫(huà)。全動(dòng)畫(huà)對(duì)花費(fèi)的時(shí)間和金錢(qián)在所不借，迪斯尼公司出品的大量動(dòng)畫(huà)產(chǎn)品就屬于這種動(dòng)畫(huà)。（4）半動(dòng)畫(huà)：半動(dòng)畫(huà)又叫“有限動(dòng)畫(huà)”，采用少于每秒24幅的繪制畫(huà)面來(lái)表現(xiàn)動(dòng)畫(huà)，常見(jiàn)的畫(huà)面數(shù)一般為每秒6幅。5.4.2計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)1.計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)的分類（1）按動(dòng)畫(huà)制作的原理分類1）二維動(dòng)畫(huà)。二維動(dòng)畫(huà)是平面動(dòng)畫(huà)，它是用二維空間來(lái)模擬真實(shí)三維空間效果，做成一幅一幅的圖片然后連續(xù)起來(lái)成為動(dòng)畫(huà)。2）三維動(dòng)畫(huà)。三維動(dòng)畫(huà)是采用計(jì)算機(jī)技術(shù)，使用相關(guān)的軟件來(lái)模擬真實(shí)空間，畫(huà)中的景物有正面、側(cè)面和頂面，調(diào)整三維空間的視點(diǎn)，能夠看到不同的內(nèi)容。設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象進(jìn)行三維造型，然后再進(jìn)行對(duì)象運(yùn)行或變形軌跡分析。三維動(dòng)畫(huà)具有前后（縱深）的運(yùn)動(dòng)效果，所以增加了立體感和空間感。其畫(huà)面效果真實(shí)感強(qiáng)。（2）按運(yùn)動(dòng)的控制方法分類1）關(guān)鍵幀動(dòng)畫(huà)。在動(dòng)畫(huà)畫(huà)面相鄰部分形狀或內(nèi)容變化不大的情況下，制作兩個(gè)關(guān)鍵幀，利用電腦采用補(bǔ)償內(nèi)插生成中間幀序列。關(guān)鍵幀以及背景畫(huà)面，可以用攝像機(jī)、掃描儀、數(shù)字化儀直接實(shí)現(xiàn)數(shù)字化輸入，這大大改進(jìn)了傳統(tǒng)動(dòng)畫(huà)畫(huà)面的制作過(guò)程。如Flash軟件中，幀、關(guān)鍵幀和空白關(guān)鍵的使用。2）算法動(dòng)畫(huà)。算法動(dòng)畫(huà)又稱為實(shí)時(shí)動(dòng)畫(huà)，它是采用各種算法來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)控制或模擬攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制，為了用戶利用計(jì)算機(jī)制作動(dòng)畫(huà)方便，一般動(dòng)畫(huà)制作軟件對(duì)于光照效果和水的波紋等特效都有相應(yīng)的算法在支持，一般適用于三維動(dòng)畫(huà)，一個(gè)動(dòng)畫(huà)制作軟件的好壞主要取決于該軟件所具有算法功能的強(qiáng)弱。（3）按動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)方法分類1）幀動(dòng)畫(huà)。幀動(dòng)畫(huà)是由一幅幅位圖組成的連續(xù)畫(huà)面，這是產(chǎn)生各種動(dòng)畫(huà)的最基本方法。通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)處理傳統(tǒng)動(dòng)畫(huà)，畫(huà)面是通過(guò)逐幀圖像的更替造成的運(yùn)動(dòng)效果。很適合于表演細(xì)膩的動(dòng)畫(huà)。2）造型動(dòng)畫(huà)。造型動(dòng)畫(huà)是對(duì)每一個(gè)運(yùn)行的對(duì)象分別進(jìn)行設(shè)計(jì)，并構(gòu)造每一個(gè)對(duì)象的特征，然后用這些對(duì)象組成完整的畫(huà)面，并可以進(jìn)行實(shí)時(shí)變換，從而生成視覺(jué)動(dòng)畫(huà)。在造型設(shè)計(jì)上，要求動(dòng)畫(huà)人物“形象生動(dòng)、動(dòng)態(tài)夸張、表情風(fēng)趣、結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確、并始終圍繞敘事要求和情節(jié)需要”，應(yīng)具有本民族的美術(shù)欣賞習(xí)慣和文化元素或者精神面貌的代表性。5.5視頻5.5.1視頻的基本知識(shí)1.視頻的概念視頻是實(shí)時(shí)獲取的自然對(duì)象。視頻信號(hào)有模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)之分，模擬視頻信號(hào)就是常見(jiàn)的電視信號(hào)和錄像機(jī)信號(hào)，采用模擬方式對(duì)圖像進(jìn)行還原處理，這種圖像被稱為“視頻模擬圖像”。5.6多媒體數(shù)據(jù)壓縮5.6.1數(shù)據(jù)壓縮的必要性和可能性1.數(shù)據(jù)壓縮的必要性多媒體數(shù)據(jù)包含文本、數(shù)字、圖形、圖像、動(dòng)畫(huà)、音頻和視頻等。在多媒體系統(tǒng)中圖像和動(dòng)態(tài)視頻信息數(shù)據(jù)量非常之巨大，所需要的存儲(chǔ)空間是十分巨大和驚人的。為了存儲(chǔ)和傳輸這些數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行有效壓縮將是多媒體發(fā)展中必須要解決的最關(guān)鍵的技術(shù)之一。2.數(shù)據(jù)壓縮的可能性

1）人的聽(tīng)覺(jué)和視覺(jué)等具有有限性和不敏感性。

2）存在各種數(shù)據(jù)冗余5.6.2數(shù)據(jù)壓縮的技術(shù)指標(biāo)衡量一種多媒體數(shù)據(jù)壓縮方法的好壞主要有如下的性能指標(biāo)：1）壓縮比。指原始數(shù)據(jù)量與壓縮后的數(shù)據(jù)量之比。2）壓縮算法的復(fù)雜程度。指實(shí)現(xiàn)多媒體數(shù)據(jù)壓縮的算法要簡(jiǎn)單。3）壓縮與解壓