2.數(shù)字媒體概論第二章(技術(shù))

數(shù)字媒體概論IntroductiontoDigitalMediafromArtandTechnolgyAspects緒論數(shù)字媒體表達(dá)基礎(chǔ)媒體表現(xiàn)形式—文字 媒體表現(xiàn)形式—聲音媒體表現(xiàn)形式—視頻媒體表現(xiàn)形式—?jiǎng)赢嫈?shù)字媒體概論本書從藝工交叉的視角，立足于數(shù)字媒體作為一個(gè)整體的學(xué)科，融合介紹數(shù)字媒體技術(shù)與數(shù)字媒體藝術(shù)的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)。全書共9章，首先講述了數(shù)字媒體表達(dá)的基本語言，隨后從應(yīng)用的角度重點(diǎn)介紹數(shù)字媒體的文字、圖像、聲音、視頻、動(dòng)畫五大媒體表現(xiàn)形式，最后從整體的數(shù)字產(chǎn)品開發(fā)的實(shí)踐和創(chuàng)業(yè)角度，解讀典型藝工交叉的游戲、影像、裝置、虛擬現(xiàn)實(shí)等方向綜合作品的創(chuàng)作理念、藝術(shù)特點(diǎn)、藝工融合的方式以及組員之間的分工合作等。目錄數(shù)字媒體的實(shí)施與應(yīng)用基礎(chǔ)媒體表現(xiàn)形式—圖像數(shù)字媒體的實(shí)踐與創(chuàng)業(yè)數(shù)字媒體表達(dá)基礎(chǔ)2第二章數(shù)字媒體的表達(dá)可以從技術(shù)和藝術(shù)兩個(gè)方面來理解。技術(shù)方面，數(shù)字媒體應(yīng)用主要使用由計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)組成的平臺(tái)進(jìn)行各種運(yùn)作。而數(shù)字或數(shù)碼(Digital)是使用此平臺(tái)的基本通用語言。12%數(shù)字媒體表達(dá)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)可以用兩種形式表示：模擬和數(shù)字。模擬數(shù)據(jù)由連續(xù)的信號(hào)單位組成，而數(shù)字資料由不連續(xù)、離散的信號(hào)單位組成。傳統(tǒng)的媒體，如圖像和聲音都是由模擬形式生成、儲(chǔ)存和傳送。繪畫和照片則由一連串的色彩區(qū)塊組成。這些模擬式媒體無法直接使用數(shù)字計(jì)算機(jī)生成、編輯和傳送。為了解決此問題，必須將媒體數(shù)據(jù)數(shù)字化。2.1數(shù)字資料首先了解什么是數(shù)字資料。以我們最熟悉的以10為底（Base-10）的表示法為例，有0~9共10個(gè)數(shù)字符號(hào)，用這10個(gè)數(shù)字可以表示我們?nèi)粘Ｉ钪行枰臄?shù)字信息。0和1是二進(jìn)制系統(tǒng)的基本數(shù)字元素，我們又將基本數(shù)字元素稱為二進(jìn)制數(shù)字或比特（bit）。2.1.1比特、字節(jié)、代碼1.編程基礎(chǔ)比特是數(shù)字資料的基本元素。2.1.1比特、字節(jié)、代碼如果再加1bit，2bit可以代表四個(gè)不同的組合：11,10,01和00。8bit的編碼可以代表256（2^8）種不同的數(shù)據(jù)項(xiàng)。一般而言8bit的編碼足以表示我們常用的英文文件描述所需的符號(hào)，包括字母、數(shù)字、標(biāo)點(diǎn)和數(shù)學(xué)符號(hào)。它也足以用來表示聲音（表示256種聲音的波幅）或圖像（256種圖像的色彩）。計(jì)算機(jī)通常處理以8bit特為一單位的格式或者8bit為倍數(shù)的格式，如16、32或64bit。我們稱此8bit單位為一字節(jié)（byte）。2.1.1比特、字節(jié)、代碼一個(gè)有效率的編碼（EffectiveCodes）是指一個(gè)編碼能夠分別表示一組數(shù)據(jù)項(xiàng)，比如一星期有7天，至少需要一個(gè)3bit的編碼才能分別表示它，一年有12個(gè)月則至少需要一個(gè)4bit的編碼才能分別表示每個(gè)月。2.1.1比特、字節(jié)、代碼2、有效率的編碼（EffectiveandEfficientCodes）例如起初的美國信息交換標(biāo)準(zhǔn)碼（AmericanStandardCodeforInformationInterchangeASCII）只用了一個(gè)7bit的編碼，就足以表示計(jì)算機(jī)所需的文字、數(shù)字和符號(hào)如圖所示。12%2.1.1比特、字節(jié)、代碼美國信息交換標(biāo)準(zhǔn)碼一個(gè)計(jì)算機(jī)文件包含了一堆0和1二位碼。這些碼包括用來控制開啟/關(guān)閉/運(yùn)算計(jì)算機(jī)的指令、程序以及運(yùn)算數(shù)據(jù)。這些二位碼也就是計(jì)算機(jī)的通用語言。計(jì)算機(jī)從文件中讀取指令，依照指令處理和運(yùn)算數(shù)據(jù)。文件格式（FileFormat）指定如何將這些指令和數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼。12%2.1.2數(shù)字化文件文件的大小（FileSizes）取決于文件內(nèi)的字節(jié)數(shù)，一般使用千字節(jié)（Kilobyte，KB），兆字節(jié)（Megabyte，MB），千兆字節(jié)（Gigabyte，GB）以及一百萬兆字節(jié)（Terabyte，TB）為單位。由于計(jì)算機(jī)使用的是二進(jìn)位系統(tǒng)，所以它的儲(chǔ)存值為2的冪。12%2.1.1比特、字節(jié)、代碼1、文件大小和文件擴(kuò)展名文件擴(kuò)展名（FileExtensions）是用一串字母來指定文件的格式。一般是在文件名之后加一個(gè)“.”號(hào)以及2~4個(gè)字母。除此之外，計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)（OperatingSystem）也能由文件擴(kuò)展名直接找到相對(duì)應(yīng)的執(zhí)行程序來開啟和執(zhí)行此文件，這樣開發(fā)人員不必記住文件格式以及尋找適當(dāng)?shù)膱?zhí)行程序。12%2.1.2數(shù)字化文件常用的多媒體文件擴(kuò)展名雖然數(shù)字計(jì)算機(jī)都使用二位編碼，但它們并不一定使用相同的碼。不同的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或平臺(tái)（Platforms）使用不同的硬件和軟件。一個(gè)文件可能用于某個(gè)計(jì)算機(jī)平臺(tái)，但不能用于另一個(gè)平臺(tái)。2.1.2數(shù)字化文件2、文件兼容性和文件轉(zhuǎn)換數(shù)字媒體數(shù)據(jù)文件（DataFiles）包括文字、圖像、聲音、視頻和動(dòng)畫，有兩種兼容性考慮。第一是考慮文件格式是否是跨平臺(tái)兼容（Cross-PlatformCompatible）。第二是考慮在同一個(gè)平臺(tái)上。不同的應(yīng)用程序能否處理某個(gè)格式的數(shù)字媒體數(shù)據(jù)文件。12%2.1.2數(shù)字化文件如果文件不兼容，可以通過文件轉(zhuǎn)換（FileConversion）將一種文件格式轉(zhuǎn)成另一種格式。文件轉(zhuǎn)換可使用某些特定的應(yīng)用軟件或用一般多媒體應(yīng)用軟件的“saveas”功能轉(zhuǎn)換文件格式。12%2.1.2數(shù)字化文件開發(fā)多媒體應(yīng)用或產(chǎn)品通常會(huì)使用許多不同格式的媒體文件，如何保存原始文件和衍生文件非常重要。有效的文件維護(hù)包括3個(gè)主要步驟:識(shí)別（Identification）、分類（Categorization）和保存（Preservation）。12%2.1.2數(shù)字化文件3、文件維護(hù)分類是將一些相關(guān)的文件聚集起來存放在同一個(gè)文件夾中。保存包括準(zhǔn)備和儲(chǔ)存?zhèn)浞輸?shù)據(jù)。保存需考慮儲(chǔ)存器的持久性和可及性，重要的文件最好多存放在幾個(gè)不同的地方，這樣比較保險(xiǎn)。2.1.2數(shù)字化文件數(shù)字化（Digitization）是經(jīng)由取樣（Sampling）將模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)格式的過程。多媒體工作人員通常會(huì)使用計(jì)算機(jī)平臺(tái)以及各種不同的媒體材料進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)。這些材料如聲音、圖像和視頻，通常以連續(xù)信號(hào)或模擬的方式表示和儲(chǔ)存。12%2.1.3數(shù)字化取樣過程分析圖像和聲音的模擬信號(hào)并將其分割成一系列的小元素或樣本，再將每一個(gè)元素轉(zhuǎn)換成數(shù)字編碼。一個(gè)圖像或聲音信號(hào)被分割成很多的數(shù)字碼樣本，可以把它們重新組合并還原成原來的模擬信號(hào)。12%2.1.3數(shù)字化聲音模擬波形計(jì)算機(jī)可以處理這些數(shù)字碼并將它還原成原來的模擬信號(hào)。也可以在模擬圖像上取樣，比如相片，在不同的點(diǎn)上采取色彩樣本并將它數(shù)字化。我們把一個(gè)圖像切割成很多格子，每個(gè)格子稱為一像素(Pixel)。12%2.1.3數(shù)字化將圖像切割成許多像素格子取樣過程主要考慮兩方面:取樣分辨率(SampleResolution)和取樣率(SampleRate)。取樣分辨率是用來表示一個(gè)數(shù)字樣本的比特?cái)?shù)。取樣分辨率又稱為取樣深度(SampleDepth)。使用較高的取樣分辨率可以更忠實(shí)的代表并還原原始的模擬數(shù)據(jù)，但也需要更大的數(shù)據(jù)文件來儲(chǔ)存它。12%2.1.3數(shù)字化在數(shù)字媒體再生時(shí)，取樣分辨率會(huì)直接影響到另一因素，即量子化(Quantization)。12%2.1.3數(shù)字化比如一張黑白相片通常由成百上千的灰階(GreyScale)色彩所組成。當(dāng)使用較低的取樣分辨率時(shí)，可用較少的比特?cái)?shù)來編碼，也就是說，可表示的不同灰階色彩數(shù)目也比較少。12%2.1.3數(shù)字化一個(gè)2~256取樣分辨率的例子第二個(gè)要考慮的是取樣率。取樣率是指在一個(gè)時(shí)間/空間單位采取的樣本數(shù)。比如聲音取樣率是以每秒幾千個(gè)樣本，也就是以kHz(kilohertz)為單位。然而圖像的取樣分辨率是以空間為主，因而又稱為空間分辨率(SpatialResolution)。12%2.1.3數(shù)字化較低取樣率圖像和較高取樣率圖像數(shù)字媒體必須使用二位碼方式表示和儲(chǔ)存，它可以有兩種來源:由原始的模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，以及直接生成數(shù)字媒體數(shù)據(jù)。一般媒體數(shù)據(jù)有兩種數(shù)字編碼方式：以描述為基底(DescriptionBased)和以指令為基底(CommandBased)。2.1.4數(shù)字編碼第二種是以指令為基底的數(shù)字編碼方式。2.1.4數(shù)字編碼使用以指令為基底方式產(chǎn)生的文件比以描述方式產(chǎn)生的文件要小得多。這對(duì)于一些有限頻寬的應(yīng)用，如網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用而言是非常重要的優(yōu)點(diǎn)。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)則是使用以指令為基底的方式縮放對(duì)象比例時(shí)不會(huì)造成失真，而對(duì)使用以描述為基底的方式產(chǎn)生的位圖文件放大對(duì)象時(shí)會(huì)出現(xiàn)鋸齒狀圖形失真的問題。雖然有這些優(yōu)點(diǎn)，但是以指令為基底的方式并不適合用來產(chǎn)生比較復(fù)雜的自然媒體信息。一般而言，照片和人的聲音比較適合使用以描述為基底的數(shù)字編碼方法。2.1.4數(shù)字編碼數(shù)字文件，尤其是以描述為基底數(shù)字編碼方式產(chǎn)生的圖像、聲音以及視頻文件常常會(huì)很大。文件壓縮(FileCompression)是縮減數(shù)字文件大小的方法和過程。壓縮文件常用的程序是編解碼器(COmpressor/DECompressorCODEC)，它可以將原始的文件以編碼的方式縮小到比較小的版本。如此一來占用的儲(chǔ)存空間就比較小，傳輸也比較快。它也可以以解碼的方式將壓縮版本還原到可以使用的原始狀態(tài)。12%2.1.5文件壓縮一般，有兩種壓縮方式:無損型(Lossless)和有損型(Lossy)。使用無損型壓縮方式的原始文件會(huì)經(jīng)過編碼產(chǎn)生比較小的壓縮文件，此壓縮文件也可解碼還原成和原始文件一模一樣的文件。2.1.5文件壓縮可以使用計(jì)算機(jī)來對(duì)數(shù)字資料進(jìn)行各種處理，使用某些數(shù)字媒體應(yīng)用軟件，比如文字處理器和相片編輯器，可以直接對(duì)媒體數(shù)字資料進(jìn)行各種運(yùn)算、轉(zhuǎn)換、編輯和傳輸。2.1.6數(shù)字資料的優(yōu)點(diǎn)和考慮在數(shù)字媒體應(yīng)用設(shè)計(jì)上，使用數(shù)字資料配合計(jì)算機(jī)軟硬件運(yùn)作有4個(gè)主要的優(yōu)點(diǎn)。第一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是再制性（Reproduction）。它可以很容易重復(fù)地被復(fù)制，也可以保存和原文件一模一樣的數(shù)據(jù)。第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是易于編輯（Editing）?？梢允褂迷S多不同的應(yīng)用軟件進(jìn)行編輯工作，比如，可以用微軟的Word文字處理器修改和編輯文件，也可以使用AdobePhotoshop來修改和編輯照片。第三個(gè)優(yōu)點(diǎn)是易于整合（Integration）。多媒體應(yīng)用設(shè)計(jì)從定義上來看就是要整合不同形式的媒體信息進(jìn)行某種應(yīng)用設(shè)計(jì)。2.1.6數(shù)字資料的優(yōu)點(diǎn)和考慮第四個(gè)優(yōu)點(diǎn)是易于分送（Distribution）。在過去，模擬媒體信息都需要通過如收音機(jī)、電視、電影和印刷都需要透過它們特定的設(shè)備和方法來分送傳達(dá)到它們的客戶群。2.1.6數(shù)字資料的優(yōu)點(diǎn)和考慮數(shù)字媒體開發(fā)人員在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮以下方面：（1）文件的大?。?）處理器的需求（3）標(biāo)準(zhǔn)化的問題（4）頻寬（5）保存2.1.6數(shù)字資料的優(yōu)點(diǎn)和考慮現(xiàn)代數(shù)字媒體應(yīng)用主要運(yùn)行在計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上。而數(shù)字資料是使用這些平臺(tái)的基本通用語言。了解模擬數(shù)據(jù)是由連續(xù)的信號(hào)組成，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)則是由不連續(xù)的離散信號(hào)組成的。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)是一個(gè)以二為底的表示法，而比特是它的基本元素。使用數(shù)字編碼過程可以指定比特來表示數(shù)據(jù)項(xiàng)。而有效率的編碼是涵蓋所有數(shù)據(jù)項(xiàng)所需最少比特?cái)?shù)的編碼。小結(jié)數(shù)字化是通過取樣將模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)格式的過程。取樣過程有主要兩個(gè)方面考慮:取樣分辨率和取樣率。因此，在開發(fā)產(chǎn)品時(shí)需要考慮品質(zhì)和文件大小的要求，選用適當(dāng)?shù)娜臃直媛屎腿勇省Ｐ〗Y(jié)數(shù)字媒體可能有兩種來源:由原始的模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)和直接產(chǎn)生數(shù)字媒體數(shù)據(jù)。一般媒體數(shù)據(jù)有兩種編碼方式:以描述為基底和以指令為基底的方式。以指令為基底的編碼則執(zhí)行計(jì)算機(jī)指令來產(chǎn)生數(shù)字圖像和聲音。它的文件比描述方式產(chǎn)生的文件小，而且縮放圖像時(shí)不會(huì)造成鋸齒狀失真，但是不適合用來生成比較復(fù)雜的自然媒體信息。小結(jié)壓縮是縮減數(shù)字文件大小的方法。壓縮文件占用的儲(chǔ)存空間比較小，在網(wǎng)絡(luò)傳輸上也比較快，除此之外，傳輸消耗的功率也比較少。一般有無損型和有損型兩種壓縮方式。使用無損型壓縮，原始文件經(jīng)過編碼產(chǎn)生比較小的壓