大學(xué)信息技術(shù)基礎(chǔ)：第4章 多媒體技術(shù)基礎(chǔ)

第4章多媒體技術(shù)基礎(chǔ)主要內(nèi)容：§4.1多媒體的概念§4.2光盤(pán)存儲(chǔ)系統(tǒng)§4.3多媒體音頻信號(hào)處理§4.4多媒體圖像信息處理§4.5計(jì)算機(jī)圖形處理技術(shù)簡(jiǎn)介§4.6多媒體視頻信息處理本章小結(jié)思考與練習(xí)§4.1多媒體的概念4.1.1媒體的分類(lèi)在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中媒體有兩種含義：一種是指用以存儲(chǔ)信息的實(shí)體（媒質(zhì)）；另一種是指信息的載體。多媒體計(jì)算機(jī)技術(shù)中的媒體是指后者。媒體可分為以下五種，如圖4-1所示。(1)感覺(jué)媒體(perception)(2)表示媒體(presentation)(3)顯示媒體(display)(4)存儲(chǔ)媒體(storage)(5)傳輸媒體(transmission)§4.1多媒體的概念§4.1多媒體的概念圖4-1國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)將媒體分為

五種類(lèi)型各種媒體之間的關(guān)系如圖4-2所示?！?.1多媒體的概念圖4-2各種媒體之間的關(guān)系4.1.2多媒體與多媒體技術(shù)1.多媒體的定義通常所指的多媒體就是各種感覺(jué)媒體的組合，也就是聲音、圖像、圖形、動(dòng)畫(huà)、文字、數(shù)據(jù)、文件等各種媒體的組合。定義1：所謂多媒體技術(shù)就是計(jì)算機(jī)交互式綜合處理多種媒體信息——文本、圖形、圖像和聲音，使多種信息建立邏輯連接，集成為一個(gè)系統(tǒng)并具有交互性。定義2：所謂多媒體就是在數(shù)值、文字、圖形等由計(jì)算機(jī)處理的信息中，使靜止圖像、語(yǔ)音、影像等時(shí)間序列信息相互關(guān)聯(lián)，同步處理的技術(shù)?！?.1多媒體的概念2.多媒體技術(shù)多媒體技術(shù)是指利用計(jì)算機(jī)綜合處理多種媒體信息的技術(shù)。3.多媒體技術(shù)的主要特性信息媒體的多樣性、多種技術(shù)的集成性和處理過(guò)程的交互性。4.多媒體的關(guān)鍵技術(shù)大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)、多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼與解碼技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、智能多媒體技術(shù)、多媒體信息檢索?！?.1多媒體的概念4.1.3多媒體計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.多媒體計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)§4.1多媒體的概念圖4-3多媒體計(jì)算機(jī)

系統(tǒng)的組成2.多媒體計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)多媒體計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)由多媒體計(jì)算機(jī)主機(jī)、多媒體接口卡、多媒體外部設(shè)備、光盤(pán)存儲(chǔ)器、網(wǎng)絡(luò)接口卡等組成。一個(gè)常見(jiàn)的多媒體硬件系統(tǒng)如圖4-4所示。§4.1多媒體的概念圖4-4多媒體

計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)§4.2光盤(pán)存儲(chǔ)系統(tǒng)4.2.1光盤(pán)及其特點(diǎn)光盤(pán)存儲(chǔ)系統(tǒng)由光盤(pán)和光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器組成。光盤(pán)存儲(chǔ)系統(tǒng)具有一切存儲(chǔ)介質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)，如大容量、耐用、易保存、標(biāo)準(zhǔn)化等。CD意為高密盤(pán)，稱(chēng)之為光盤(pán)，因?yàn)樗峭ㄟ^(guò)光學(xué)方式來(lái)記錄和讀取二進(jìn)制信息的?！?.2光盤(pán)存儲(chǔ)系統(tǒng)4.2.2光盤(pán)的標(biāo)準(zhǔn)與類(lèi)型由于光盤(pán)能存儲(chǔ)不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)，包括音頻和視頻數(shù)據(jù)、計(jì)算機(jī)程序等，而這些數(shù)據(jù)的組織方式各有不同，由此制定了一些國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，以適應(yīng)多媒體的各種應(yīng)用?！?.2光盤(pán)存儲(chǔ)系統(tǒng)按光盤(pán)的讀寫(xiě)性能來(lái)講，可分為三種類(lèi)型：1.只讀型光盤(pán)存儲(chǔ)器只讀光盤(pán)中的數(shù)據(jù)是用壓模或化學(xué)刻寫(xiě)方法制成的，用戶只能讀取上面的數(shù)據(jù)，而不能寫(xiě)入或修改光盤(pán)中的數(shù)據(jù)。2.一次可寫(xiě)光盤(pán)存儲(chǔ)器一次性可寫(xiě)光盤(pán)的每一個(gè)記憶單元只可以寫(xiě)入一次，不可抹去。3.多次可擦寫(xiě)光盤(pán)存儲(chǔ)器多次可擦寫(xiě)光盤(pán)具有磁盤(pán)一樣的可擦寫(xiě)性，允許用戶存儲(chǔ)、移動(dòng)、修改光盤(pán)上的數(shù)據(jù)，適合作為計(jì)算機(jī)的新型標(biāo)準(zhǔn)外存設(shè)備。§4.2光盤(pán)存儲(chǔ)系統(tǒng)4.2.3光盤(pán)系統(tǒng)記錄與讀取信息的原理光盤(pán)系統(tǒng)是由光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器和光盤(pán)盤(pán)片組成。光盤(pán)的讀取信息的過(guò)程是基于物理學(xué)的“光反射”原理，以圖4-5所示的CD-ROM光盤(pán)讀取過(guò)程為例。光盤(pán)是一種多層材料組成的圓盤(pán)結(jié)構(gòu)。以CD-ROM為例，其物理結(jié)構(gòu)如圖4-6所示?！?.2光盤(pán)存儲(chǔ)系統(tǒng)§4.2光盤(pán)存儲(chǔ)系統(tǒng)圖4-5光盤(pán)數(shù)據(jù)讀取原理圖4-6CD-ROM的剖面結(jié)構(gòu)CD-ROM只讀光盤(pán)是利用在盤(pán)上壓制凹坑的機(jī)械辦法，利用凹坑(Pit)和平面(Land)部分來(lái)記錄“0”和“1”。CD-R光盤(pán)增加了一層有機(jī)染料作為記錄層。CD-RW記錄原理為在光盤(pán)的記錄層鍍上一層結(jié)晶層，這個(gè)結(jié)晶層的特色是能呈現(xiàn)出結(jié)晶與非結(jié)晶的狀態(tài)，借助于激光的照射，可在這兩種狀態(tài)之間互換，而這兩種狀態(tài)也對(duì)光的反射不同，產(chǎn)生的0與1的信號(hào)，經(jīng)過(guò)解碼器分析后，獲得所需的數(shù)據(jù)?！?.2光盤(pán)存儲(chǔ)系統(tǒng)§4.3多媒體音頻信號(hào)處理4.3.1音頻信號(hào)的形式音頻(Audio)信號(hào)可分為兩類(lèi)：語(yǔ)音信號(hào)和非語(yǔ)音信號(hào)。根據(jù)物理學(xué)原理，聲音是一種在時(shí)間和幅度上都是連續(xù)的波形，是一種模擬信號(hào)。模擬音頻信號(hào)有兩個(gè)重要參數(shù)：頻率和幅度。人們?cè)谌粘Ｕf(shuō)話時(shí)的語(yǔ)音信號(hào)頻率范圍在300Hz～3000Hz之間。頻率范圍為20Hz～20kHz的信號(hào)稱(chēng)為音頻(audio)。信號(hào)的幅度是從信號(hào)的基線到當(dāng)前波峰的距離。周期是指信號(hào)在兩個(gè)峰點(diǎn)或谷底之間的相對(duì)時(shí)間。周期和頻率之間的關(guān)系是互為倒數(shù)。(如圖4-7所示)§4.3多媒體音頻信號(hào)處理§4.3多媒體音頻信號(hào)處理圖4-7聲音的幅度和周期4.3.2音頻的數(shù)字化過(guò)程模擬音頻信號(hào)的數(shù)字化過(guò)程需要三個(gè)步驟：采樣、量化和編碼。1.聲音的采樣聲音的采樣就是按一定的時(shí)間間隔將聲音波形在時(shí)間軸（即橫軸）上進(jìn)行分割，把時(shí)間和幅度上都是連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成時(shí)間上離散、幅度連續(xù)的信號(hào)（圖4-9a）。采樣頻率越高，即采樣的間隔時(shí)間越短，則在單位時(shí)間內(nèi)計(jì)算機(jī)得到的聲音樣本數(shù)據(jù)就越多，對(duì)聲音波形的表示越精確，聲音的保真度也越好，但所要求的存儲(chǔ)空間也越大。§4.3多媒體音頻信號(hào)處理2.量化我們把對(duì)聲波波形幅度的數(shù)字化表示稱(chēng)之為“量化”，如圖4-9b所示。量化把采樣后在幅度軸上連續(xù)取值（模擬量）的每一個(gè)樣本轉(zhuǎn)換為離散值表示?！?.3多媒體音頻信號(hào)處理圖4-9聲音的采樣和量化示意圖3.編碼編碼就是按照一定的格式把經(jīng)過(guò)采樣和量化后得到的離散數(shù)據(jù)記錄下來(lái)，并在有用的數(shù)據(jù)中加入一些用于糾錯(cuò)、同步和控制的數(shù)據(jù)。4.數(shù)字化音頻文件的存儲(chǔ)容量計(jì)算采樣頻率、量化位數(shù)、聲道數(shù)的值越大，形成的數(shù)字音頻文件也就越大。數(shù)字音頻文件的存儲(chǔ)量以字節(jié)為單位，模擬波形聲音被數(shù)字化后音頻文件的存儲(chǔ)量為：存儲(chǔ)量（字節(jié)）=采樣頻率（Hz）×量化位數(shù)/8×聲道數(shù)×?xí)r間（秒）§4.3多媒體音頻信號(hào)處理4.3.3數(shù)字音頻的文件格式所謂格式，可以理解為數(shù)碼信息的組織方式。一段模擬音頻經(jīng)過(guò)數(shù)字化處理后，所產(chǎn)生的數(shù)碼信息可以用各種編碼格式編排，而形成一個(gè)個(gè)音頻格式文件。1.WAV格式2.CD-DA格式3.MPEG音頻文件——MP3MPEG音頻文件的壓縮是一種有損壓縮，根據(jù)壓縮質(zhì)量和編碼復(fù)雜程度的不同可分為三層，分別對(duì)應(yīng)MP1、MP2和MP3這三種聲音文件?！?.3多媒體音頻信號(hào)處理4.VOC文件5.其他格式除了上面介紹之外，還有WMA（WindowsMediaAudio）格式（*.wma）；為解決網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬資源而設(shè)計(jì)的，被認(rèn)為是網(wǎng)絡(luò)靈魂的文件格式Realaudio（*.RA/*.RM）和蘋(píng)果公司開(kāi)發(fā)的，被Macintosh平臺(tái)和應(yīng)用程序所支持的文件格式AIFF（*.AIF/*.AIFF）等。以上介紹的都是數(shù)字音頻格式，很多人熟悉的MIDI格式并不在其中。4.3.4語(yǔ)音信號(hào)處理技術(shù)語(yǔ)音信號(hào)處理的應(yīng)用極為廣泛，其中的主要技術(shù)包括語(yǔ)音編碼、語(yǔ)音合成、語(yǔ)音識(shí)別和語(yǔ)音增強(qiáng)等?！?.3多媒體音頻信號(hào)處理語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)（AutomaticSpeechRecognition）是指將人說(shuō)話的語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)換為可被計(jì)算機(jī)識(shí)別的文字信息，從而識(shí)別說(shuō)話人的語(yǔ)音指令以及文字內(nèi)容的技術(shù)。語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)的模型通常由聲學(xué)模型和語(yǔ)言模型兩部分組成，分別對(duì)應(yīng)于語(yǔ)音到音節(jié)概率的計(jì)算和音節(jié)到字概率的計(jì)算，語(yǔ)言模型主要采用概率統(tǒng)計(jì)的方法來(lái)揭示語(yǔ)言單位內(nèi)在的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。語(yǔ)音合成技術(shù)（TexttoSpeech）是指將文字信息轉(zhuǎn)變?yōu)檎Z(yǔ)音數(shù)據(jù)，以語(yǔ)音的方式播放出來(lái)的技術(shù)?！?.3多媒體音頻信號(hào)處理§4.4多媒體圖像信息處理4.4.1計(jì)算機(jī)圖像處理的概念現(xiàn)代圖像既包括可見(jiàn)圖像(VisibleIimage，可見(jiàn)光范圍的圖像)，也包括不可見(jiàn)光范圍內(nèi)借助于適當(dāng)轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換成人眼可見(jiàn)的圖像(如紅外成像技術(shù))，還包括視覺(jué)無(wú)法觀察的其他物理圖像和空間物體圖像，以及由數(shù)學(xué)函數(shù)和離散數(shù)據(jù)所描述的連續(xù)或離散圖像。計(jì)算機(jī)圖像處理研究的主要內(nèi)容是如何對(duì)一幅連續(xù)圖像取樣、量化以產(chǎn)生數(shù)字圖像，如何對(duì)數(shù)字圖像做各種變換以方便處理，如何濾去圖像中的無(wú)用噪聲，如何壓縮圖像數(shù)據(jù)以便存儲(chǔ)和傳輸、圖像邊緣提取、特征增強(qiáng)和提取、計(jì)算機(jī)視覺(jué)和模式識(shí)別等?！?.4多媒體圖像信息處理§4.4多媒體圖像信息處理4.4.2顏色模型1.RGB模型基色是指互為獨(dú)立的單色，任一基色都不能由其他兩種基色混合產(chǎn)生。自然界常見(jiàn)的各種顏色，都可以由紅（Red）、綠（Gre-

en）、藍(lán)（Blue）三種顏色光按不同比例相配而成。2.CMYK顏色模型CMY模型（Cyan、Magenta、Yellow）是采用青、粉紅、黃色三種基本顏色按一定比例合成顏色的方法。雖然理論上利用CMY三原色混合可以制作出所需要的各種色彩，但實(shí)際上同量的CMY混合后并不能產(chǎn)生完善的黑色或灰色?！?.4多媒體圖像信息處理4.4.3圖像的數(shù)字化過(guò)程1.圖像的采樣數(shù)字化圖像的形成是計(jì)算機(jī)使用相應(yīng)的軟硬件技術(shù)把許多像素點(diǎn)的特征數(shù)據(jù)組織成行列，整齊地排列在一個(gè)矩形區(qū)域內(nèi)，形成計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的圖像。圖像采樣就是將二維空間上連續(xù)的圖像用許多等距的水平線與豎直線分割成網(wǎng)狀的過(guò)程（如圖4-12所示）。被分割的圖像若水平方向有M個(gè)間隔，垂直方向上有N個(gè)間隔，則一幅圖像畫(huà)面就被表示成M×N個(gè)離散像素點(diǎn)構(gòu)成的集合，M×N表示圖像的分辨率?？梢詫⑦B續(xù)變化的二維圖像用f(x,y）函數(shù)離散值的形式表示出來(lái)?！?.4多媒體圖像信息處理在進(jìn)行采樣時(shí)，采樣點(diǎn)的間隔的選取是一個(gè)重要的問(wèn)題。它決定了采樣后的圖像是否能真實(shí)地反映原圖像的程度。圖4-13給出在不同采樣頻率下獲得不同的圖像效果。圖4-12采樣是對(duì)圖像在水平方向和垂直方向上分割成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)§4.4多媒體圖像信息處理圖4-13不同采樣頻率獲得不同的圖像效果2.圖像的量化圖像量化實(shí)際就是將圖像采樣后的樣本值的范圍分為有限多個(gè)段，把落入某段中的所有樣本值用同一值表示，是用有限的離散數(shù)值量來(lái)代替無(wú)限的連續(xù)模擬量的一種映射操作。圖像可表示的量化級(jí)數(shù)（顏色數(shù)或灰度值）就為2的冪次方，即28、216位、224

種顏色。量化字長(zhǎng)越大，所得到的量化級(jí)數(shù)也就越多，則越能真實(shí)地反映原有圖像的顏色。圖像文件的大小與圖像的分辨率和圖像顏色深度有關(guān)。一幅未經(jīng)壓縮的圖像文件的存儲(chǔ)容量可以按照下面的公式進(jìn)行估算：圖像存儲(chǔ)容量（字節(jié)）=分辨率×顏色深度/8§4.4多媒體圖像信息處理§4.4多媒體圖像信息處理4.4.4圖像的壓縮與編碼1.圖像信息為什么能壓縮從信息論的角度來(lái)看，壓縮就是去掉信息中的冗余，即保留不確定的信息，去除確定的信息(可推知的)，也就是用一種更接近信息本質(zhì)的描述來(lái)代替原有冗余的描述。連續(xù)多幀畫(huà)面在很大程度上是相似的，而這些相似的信息(或稱(chēng)作冗余信息)為數(shù)據(jù)的壓縮提供了基礎(chǔ)。人的視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)對(duì)某些信號(hào)(如顏色，聲音)不那么敏感的生理特性，至使信息被壓縮之后還不知不覺(jué)，也不至對(duì)壓縮后的信息產(chǎn)生誤解。2.數(shù)據(jù)壓縮與編碼分類(lèi)（1）數(shù)據(jù)壓縮：分為有損壓縮和無(wú)損壓縮兩類(lèi)無(wú)損壓縮算法是為保留原始多媒體對(duì)象而設(shè)計(jì)的。有損壓縮會(huì)造成一些信息的損失，關(guān)鍵問(wèn)題是看這種損失對(duì)圖像質(zhì)量帶來(lái)的影響。（2）經(jīng)典壓縮編碼：通常有預(yù)測(cè)編碼、變換編碼和統(tǒng)計(jì)編碼三種類(lèi)型預(yù)測(cè)編碼根據(jù)離散信號(hào)之間存在著一定的相關(guān)性，利用前面的一個(gè)或多個(gè)信號(hào)對(duì)下一信號(hào)進(jìn)行預(yù)測(cè)，然后對(duì)實(shí)際值和預(yù)測(cè)值的差進(jìn)行編碼。變換編碼的基本方法是將數(shù)字圖像分成一定大小的子圖像塊，用某種變換對(duì)子像塊進(jìn)行變換，得到變換域中的系數(shù)矩陣，然后選用其中的主要系數(shù)進(jìn)行量化和編碼。統(tǒng)計(jì)編碼就是根據(jù)消息出現(xiàn)概率的分布特性而進(jìn)行的壓縮編碼?！?.4多媒體圖像信息處理3.行程編碼行程長(zhǎng)度編碼，用RLE(RunLengthEncoding)表示，具有相同顏色并且是連續(xù)的像素?cái)?shù)目稱(chēng)為行程長(zhǎng)度。RLE所能獲得的壓縮比有多大，主要取決于圖像本身的特點(diǎn)。RLE編碼方法特別適用于由計(jì)算機(jī)生成的圖像，對(duì)于減少圖像文件的存儲(chǔ)空間非常有效?！?.4多媒體圖像信息處理§4.4多媒體圖像信息處理4.4.5圖像文件格式1.BMPBMP文件是一種與設(shè)備無(wú)關(guān)的圖像文件，它是Windows軟件推薦使用的一種格式。2.JPEGJPEG是按圖像專(zhuān)家聯(lián)合組制訂的壓縮標(biāo)準(zhǔn)，JPEG使用一種有損壓縮算法，無(wú)損壓縮算法能在解壓后準(zhǔn)確再現(xiàn)壓縮前的圖像，而有損壓縮則犧牲了一部分的圖像數(shù)據(jù)來(lái)達(dá)到較高的壓縮率。3.GIFGIF是由CompuServe公司為了制定彩色圖像傳輸協(xié)議而開(kāi)發(fā)的圖像格式文件。4.PSD格式PSD是著名的Adobe公司的圖像處理軟件Photoshop的專(zhuān)用格式。5.TIFF格式TIFF稱(chēng)為標(biāo)記圖像文件格式。它是Alaus和Microsoft公司為掃描儀和桌面出版系統(tǒng)研制開(kāi)發(fā)的較為通用的圖像文件格式。6.PNG格式PNG是一種新興的網(wǎng)絡(luò)圖像格式。7.其他格式§4.4多媒體圖像信息處理§4.5計(jì)算機(jī)圖形處理技術(shù)簡(jiǎn)介4.5.1計(jì)算機(jī)圖形處理的概述計(jì)算機(jī)圖形處理是指利用由概念或數(shù)學(xué)描述所表示物體的幾何數(shù)據(jù)或幾何模型，用計(jì)算機(jī)進(jìn)行顯示并存儲(chǔ)，并可以進(jìn)行修改、完善以及有關(guān)操作的過(guò)程。圖形主要分為兩類(lèi)。一是基于線條信息表示的；二是反映物體表面屬性或材質(zhì)的灰度顏色等非幾何要素。圖形處理技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造、計(jì)算機(jī)教育、計(jì)算機(jī)藝術(shù)、計(jì)算機(jī)模擬、計(jì)算機(jī)可視化、計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)和虛擬現(xiàn)實(shí)?！?.5計(jì)算機(jī)圖形處理技術(shù)簡(jiǎn)介4.5.2計(jì)算機(jī)圖形處理包括的內(nèi)容如何在計(jì)算機(jī)中表示圖形、以及利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖形的建模、計(jì)算、處理和顯示的相關(guān)原理與算法，構(gòu)成了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容。主要有：幾何變換，如平移、旋轉(zhuǎn)、縮放、透視和投影等；曲線和曲面擬合；建模或造型；隱藏線隱藏面消除；陰暗處理；紋理產(chǎn)生；渲染?！?.5計(jì)算機(jī)圖形處理技術(shù)簡(jiǎn)介§4.5計(jì)算機(jī)圖形處理技術(shù)簡(jiǎn)介(a)由Matlab軟件生成的三維曲面(b)3DMAX動(dòng)畫(huà)軟件中生成的三維模型圖4-18三維圖形模型示例4.5.3圖形與圖像處理技術(shù)的區(qū)別與聯(lián)系計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是指將點(diǎn)、線、面、曲面等實(shí)體生成物體的模型，然后模型存放在計(jì)算機(jī)里，并可修改、合并、改變模型和選擇視點(diǎn)來(lái)顯示模型的一門(mén)學(xué)科。計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)主要應(yīng)用于CAD、物理實(shí)體建模、可視化、虛擬現(xiàn)實(shí)，以及計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)、游戲等領(lǐng)域。圖形學(xué)的逆過(guò)程是分析和識(shí)別輸入的圖像并從中提取二維或三維的數(shù)據(jù)模型（特征）。圖像處理技術(shù)是采用計(jì)算機(jī)外部輔助設(shè)備（如掃描儀、視頻采集裝置等）輸入的圖像像素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行處理、壓縮、傳輸?shù)囊婚T(mén)計(jì)算機(jī)技術(shù)?！?.5計(jì)算機(jī)圖形處理技術(shù)簡(jiǎn)介在實(shí)際應(yīng)用中，圖形圖像技術(shù)是相互關(guān)聯(lián)的。把圖形處理技術(shù)和圖像處理技術(shù)相結(jié)合可以使視覺(jué)效果和質(zhì)量更加完善，更加精美。4.5.4矢量圖和位圖的比較客觀世界中，圖可分為兩類(lèi)。一類(lèi)是可見(jiàn)的圖像。另一類(lèi)是可用數(shù)學(xué)公式或模型描述的圖形。由此對(duì)應(yīng)的圖文件有兩種，一種是存儲(chǔ)圖形信息的矢量圖(VectorGraphics)文件，另一種是存儲(chǔ)圖像信息的位圖(BitGraphics)文件?！?.5計(jì)算機(jī)圖形處理技術(shù)簡(jiǎn)介矢量圖主要是把圖形元素當(dāng)作矢量來(lái)處理。矢量圖形的特點(diǎn)是精度高、靈活性大，并且用它們?cè)O(shè)計(jì)出來(lái)的作品可以任意放大、縮小而不變形失真。靜態(tài)圖像亦稱(chēng)為位圖，它指的是由掃描儀、數(shù)碼相機(jī)等圖像采集設(shè)備捕捉實(shí)際的畫(huà)面產(chǎn)生的數(shù)字圖像，是由像素點(diǎn)陣構(gòu)成的點(diǎn)陣圖。§4.5計(jì)算機(jī)圖形處理技術(shù)簡(jiǎn)介§4.6多媒體視頻信息處理§4.6多媒體視頻信息處理4.6.1視頻的定義視頻（video）就其本質(zhì)而言，實(shí)際上就是其內(nèi)容隨時(shí)間變化的一組動(dòng)態(tài)圖像(25或30幀/秒)，所以視頻又叫做運(yùn)動(dòng)圖像或活動(dòng)圖像。由圖4-19可見(jiàn)，視頻由一幅幅連續(xù)的圖像幀序列構(gòu)成，沿時(shí)間軸若一幀圖像保持一個(gè)時(shí)間段Δt，利用人眼的視覺(jué)暫留作用，可形成連續(xù)運(yùn)動(dòng)圖像（即視頻）的感覺(jué)。圖像與視頻是兩個(gè)既有聯(lián)系又有區(qū)別的概念：靜止的圖片稱(chēng)為圖像（Image），運(yùn)動(dòng)的圖像稱(chēng)為視頻（Video）?！?.6多媒體視頻信息處理視頻與動(dòng)畫(huà)都是動(dòng)態(tài)的圖像，其主要區(qū)別在于幀圖像畫(huà)面的產(chǎn)生方式的不同。圖4-19視頻由連續(xù)的圖像幀序列構(gòu)成§4.6多媒體視頻信息處理4.6.2視頻的分類(lèi)按照處理方式的不同，視頻分為：1.模擬視頻（AnalogVideo）模擬視頻是一種用于傳輸圖像和聲音的并且隨時(shí)間連續(xù)變化的電信號(hào)。2.數(shù)字視頻（DigitalVideo-DV）要使計(jì)算機(jī)能夠?qū)σ曨l進(jìn)行處理，必須把視頻源轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)要求的數(shù)字視頻形式并存放在磁盤(pán)上。4.6.3電視信號(hào)制式1.NTSC制NTSC是美國(guó)國(guó)家電視系統(tǒng)委員會(huì)在1953年制定的一種兼容的彩色電視制式，是目前常用的視頻標(biāo)準(zhǔn)，在美國(guó)、日本和其他國(guó)家廣為使用。2.PAL制PAL是聯(lián)邦德國(guó)1962年制定的一種兼容電視制式。3.SECAMSECAM稱(chēng)為順序傳送彩色與存儲(chǔ)，是用于法國(guó)、俄羅斯及幾個(gè)東歐國(guó)家的彩色電視制式。§4.6多媒體視頻信息處理4.6.4YUV彩色模型在PAL彩色電視制式中采用YUV模型來(lái)表示彩色圖像。其中Y表示亮度，U，V用來(lái)表示色差，是構(gòu)成彩色的兩個(gè)分量（如圖4-20所示）?！?.6多媒體視頻信息處理圖4-20PAL彩色電視制式中采用YUV模型來(lái)表示彩色圖像4.6.5視頻的數(shù)字化過(guò)程視頻數(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)。在電腦上通過(guò)視頻采集卡可以接收來(lái)自視頻輸入端的模擬視頻信號(hào)，對(duì)該信號(hào)進(jìn)行采集、量化成數(shù)字信號(hào)，然后壓縮編碼成數(shù)字視頻（圖4-21）。視頻數(shù)字化操作更多的是對(duì)視頻進(jìn)行各種數(shù)字化的錄制、編輯、處理、格式轉(zhuǎn)換的過(guò)程?！?.6多媒體視頻信息處理§4.6多媒體視頻信息處理圖4-21視頻采集卡的作用4.6.6數(shù)字電視系統(tǒng)數(shù)字電視（DigitalTelevision）系統(tǒng)包括前端系統(tǒng)、傳輸網(wǎng)絡(luò)和接收終端，是一個(gè)從節(jié)目采集、節(jié)目制作、節(jié)目傳輸直到用戶端都以數(shù)字方式處理信號(hào)的端到端的系統(tǒng)。根據(jù)信號(hào)的空間傳播方式，數(shù)字電視主要包括四種形式：數(shù)字電視地面?zhèn)鬏斚到y(tǒng)、數(shù)字有線電視系統(tǒng)、數(shù)字衛(wèi)星電視系統(tǒng)、IP數(shù)字電視系統(tǒng)。國(guó)際電聯(lián)（ITU-T）給出的定義是：“高清晰度電視應(yīng)是一個(gè)透明系統(tǒng)，一個(gè)正常視力的觀眾在距該系統(tǒng)顯示屏高度的三倍距離上所看到的圖像質(zhì)量應(yīng)具有觀看原始景物或表演時(shí)所得到的印象?！薄?.6多媒體視頻信息處理HDTV采用了全數(shù)字信號(hào)傳輸?！?.6多媒體視頻信息處理圖4-22不同制式的縱橫比屏幕效果比較（電影《指環(huán)王3》截圖）(a)NTSC或PAL制式的縱橫比為4∶3(b)HDTV標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的縱橫比為16∶94.6.7H.264視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)H.264標(biāo)準(zhǔn)的主要目標(biāo)是：與其他現(xiàn)有的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)相比，在相同的帶寬下提供更加優(yōu)秀的圖像質(zhì)量。H.264標(biāo)準(zhǔn)的主要特點(diǎn)如下：（1）更高的編碼效率，同其他視頻編碼效率相比，能夠平均節(jié)省大于50%的碼率。（2）高質(zhì)量的視頻畫(huà)面，H.264能夠在低碼率情況下提供高質(zhì)量的視頻圖像。（3）提高網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)能力，H.264可以工作在實(shí)時(shí)通信應(yīng)用（如視頻會(huì)議）低延時(shí)模式下，也可以工作在沒(méi)有延時(shí)的視頻存儲(chǔ)或視頻流服務(wù)器中。§4.6多媒體視頻信息處理H.264最大的優(yōu)勢(shì)是具有很高的數(shù)據(jù)壓縮比率，在同等圖像質(zhì)量的條件下，H.264的壓縮比是MPEG-2的2倍以上，是MPEG-4的1.5～2倍。§4.6多媒體視頻信息處理4.6.8常見(jiàn)的視頻文件格式1.本地影像視頻(1)AVI格式AVI即音頻視頻交錯(cuò)格式。AVI格式允許視頻和音頻交錯(cuò)在一起同步播放，其優(yōu)點(diǎn)是圖像質(zhì)量好，可以跨多個(gè)平臺(tái)使用，缺點(diǎn)是壓縮標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，不具有兼容性。(2)MOV格式默認(rèn)的播放器是Apple公司的QuickTimePlayer。它具有較高的壓縮比率和較完美的視頻清晰度等特點(diǎn)，但是其最大的特點(diǎn)還是跨平臺(tái)性?！?.6多媒體視頻信息處理(3)MPEG/MPG/DAT格式MPEG即動(dòng)態(tài)圖像專(zhuān)家組格式，是運(yùn)動(dòng)圖像壓縮算法的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)已被幾乎所有的計(jì)算機(jī)平臺(tái)共同支持。MPEG采用有損壓縮方法減少運(yùn)動(dòng)圖像中的冗余信息，從而達(dá)到高壓縮比（最高可達(dá)200∶1）的目的，同時(shí)圖像和音響的質(zhì)量也非常好，兼容性相當(dāng)好。2.網(wǎng)絡(luò)影像視頻(1)FLVFLV是FLASHVIDEO的簡(jiǎn)稱(chēng)，F(xiàn)LV流媒體格式是隨著FlashMX的推出發(fā)展而來(lái)的視頻格式?！?.6多媒體視頻信息處理由于它形成的文件極小、加載速度極快，使得網(wǎng)絡(luò)觀看視頻文件成為可能，它的出現(xiàn)有效地解決了視頻文件導(dǎo)入Flash后，使導(dǎo)出的SWF文件體積龐大，不能在網(wǎng)絡(luò)上很好的使用等缺點(diǎn)。(2)WMV格式WMV也是微軟推出的一種采用獨(dú)立編碼方式并且可以直接在網(wǎng)上實(shí)時(shí)觀看視頻節(jié)目的文件壓縮格式。(3)RM格式對(duì)符合RealMedia規(guī)范的網(wǎng)絡(luò)音頻/視頻資源進(jìn)行實(shí)況轉(zhuǎn)播，并且RealMedia可以根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)傳輸速率制定出不同的壓縮比率，從而實(shí)現(xiàn)在低速率的網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行影像數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送和播放?！?.6多媒體視頻信息處理(4)3GP3GP是一種3G流媒體的視頻編碼格式，主要是為了配合3G網(wǎng)絡(luò)的高傳輸速度而開(kāi)發(fā)的?！?.6多媒體視頻信息處理目前，具有多媒體功能的計(jì)算機(jī)越來(lái)越普及，其中最廣泛、最基本的是多媒體個(gè)人計(jì)算機(jī)（MPC）。多媒體計(jì)算機(jī)使得計(jì)算機(jī)的外部設(shè)備日益豐富。通過(guò)多媒體計(jì)算機(jī)，人們可以處理聲音、視頻圖像（靜態(tài)、動(dòng)態(tài)）等各種媒體信息。我們現(xiàn)在所說(shuō)的“多媒體”，常常不是指多種媒體本身，而主要是指處理和應(yīng)用它的一整套技術(shù)。通常多媒體技術(shù)是指把文字、音頻、視頻、圖形、圖像、動(dòng)畫(huà)等多媒體信息通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)字化采集、獲取、壓縮/解壓縮、編輯、存儲(chǔ)等加工處理，再以單獨(dú)或合成形式表現(xiàn)出來(lái)的一體化技術(shù)。本章小結(jié)本章介紹了多媒體技術(shù)的基本概念和主要媒體在計(jì)算機(jī)中的信息表示方式與數(shù)字化過(guò)程。內(nèi)容涉及光盤(pán)存儲(chǔ)技術(shù)、音頻數(shù)字化過(guò)程及處理、圖像數(shù)字化過(guò)程及處理、對(duì)視頻信息獲取與處理的基本原理。無(wú)論何種媒體形式，其數(shù)字化過(guò)程都是一致的，即包括采樣、量化和編碼三個(gè)步驟。模擬量是連續(xù)量，而數(shù)字量是離散量，因此采樣是將在時(shí)間上連續(xù)的模擬量離散化。量化操作實(shí)質(zhì)上是用有限的離散量在取值空間上取代無(wú)限的連續(xù)模擬量的映射操作。為減少數(shù)字化后的存儲(chǔ)容量，一般對(duì)多媒體數(shù)據(jù)都要進(jìn)行壓縮和編碼。本章小結(jié)一、思考與練習(xí)1.什么是媒體？媒體是如何分類(lèi)的？2.什么是多媒體？多媒體技術(shù)有哪些關(guān)鍵特性？3.一個(gè)完整的多媒體計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括哪幾個(gè)層次的結(jié)構(gòu)？4.相對(duì)于其他存儲(chǔ)介質(zhì)而言，光盤(pán)存儲(chǔ)具有哪些特點(diǎn)？5.常見(jiàn)的光盤(pán)標(biāo)準(zhǔn)是如何劃分的？可分為哪些類(lèi)型？6.DVD與藍(lán)光DVD能夠?qū)崿F(xiàn)大容量存儲(chǔ)的原因是什么？7.簡(jiǎn)述光盤(pán)系統(tǒng)記錄與讀取信息的原理。8.可刻錄光盤(pán)(CD

R)是如何寫(xiě)入與存儲(chǔ)信息的？9.什么是音頻信號(hào)？決定音頻信號(hào)波形的參數(shù)有哪些？10.常見(jiàn)的數(shù)字音頻文件有哪些？11.計(jì)算機(jī)語(yǔ)音信號(hào)處理技術(shù)已經(jīng)介入到日常生活中，請(qǐng)列舉幾例應(yīng)用說(shuō)明它的用途。12.什么是計(jì)算機(jī)圖像處理？13.圖像的數(shù)字化過(guò)程的基本步驟是什么？思考與練習(xí)14.圖像的采樣與分辨率的關(guān)系是什么？15.什么圖像量化？量化級(jí)數(shù)與量化字長(zhǎng)有什么關(guān)系？16.常見(jiàn)的數(shù)字圖像文件有哪些？17.什么是RGB彩色模型？它與CMYK