多媒体技术基础第1章.ppt

第1章 多媒体技术基础 2008年1月 上 一 页 下 一 页 回 目 录 教学目标 要求深刻理解与熟练掌握的重点内容有： l1、多媒体的基本概念。 l2、常见的媒体元素。 l3、多媒体制作常用软件工具。 l4、多媒体制作流程与设计原则。 要求一般理解与掌握的内容有： l5、多媒体制作所需的软硬件环境。 l6、人机交互界面设计与屏幕设计。 l7、多媒体技术的发展趋势。 l8、无损压缩和有损压缩。 l9、多媒体数据压缩标准。 上 一 页 下 一 页 回 目 录 授 课 内 容 l1-4 多媒体数据压缩技术 1-4-1数据为何能被压缩 1-4-2无损压缩和有损压缩 1-4-3多媒体数据压缩标准 l1-5 光存储技术 1-5-1光存储的原理 1-5-2光存储技术的发展 l1-6 多媒体技术的研究发展方 向 l1-1 多媒体的基本概念 1-1-1什么是多媒体 1-1-2什么是多媒体技术 1-1-3常见的媒体元素 1-1-4 多媒体能做什么 l1-2多媒体制作所需的软硬 件环境 1-2-1多媒体计算机的硬件 1-2-2多媒体计算机的软件 1-2-3多媒体制作常用软件工具 l1-3 多媒体制作流程与设计 原则 1-3-1 多媒体制作流程 1-3-2 人机交互界面设计与屏幕 设计 上 一 页 下 一 页 回 目 录 1-1-1什么是多媒体 l媒体也称为媒质或媒介，它是表示和传播信息的载 体。文字、声音、图形、音像、动画、视频各 种已知或未知的信息载体都可称为媒体。 l l 承载信息的实际载体（承载信息的实际载体（媒质媒质）：纸、磁盘、光盘、）：纸、磁盘、光盘、 半导体芯片半导体芯片 l l 表述信息的逻辑载体（表述信息的逻辑载体（媒介媒介）：文字、图形、图像）：文字、图形、图像 、音频、视频、音频、视频 1感觉媒体 2表示媒体 3显示媒体 4传输媒体 5 存储媒体 上 一 页 下 一 页 回 目 录 “多媒体多媒体”一词源自 一词源自“MultiMultimediamedia” MultipleMultiple 多重、复合多重、复合 mediummedium的复数形式的复数形式mediamedia 介质、媒介和媒体介质、媒介和媒体 教学进程教学进程 1.11.1 基本概念基本概念 1.1.1 1.1.1 媒体的种类媒体的种类 通常所指的多媒体就是上述感觉媒体的组合，也就是声 音、图像、图形、动画、文字、数据 、文件等各种媒体 的集合。 上 一 页 下 一 页 回 目 录 教学进程教学进程 虚拟现实技术虚拟现实技术 数据头盔（头戴式显示器）数据头盔（头戴式显示器） 数据手套（手套式输入设备）数据手套（手套式输入设备） 虚拟现实的定义可归纳为：利用计算机技术生成的一 个逼真的视觉、听觉触觉及嗅觉等的感觉世界，用户可 以用人的自然技能对这个生成的虚拟实体进行交互考察 。 虚拟现实技术是在众多相关技术上发展起来的一个高 度集成的技术，是计算机软硬件技术、传感技术、机器 人技术、人工智能及心理学等飞速发展的结晶。 上 一 页 下 一 页 回 目 录 媒体的种类媒体的种类 l媒体经历了单媒体和多媒体时期 单媒体：计算机只能处理文字和数字。 多媒体：信息媒体包括文字、图像、图形、动画与视 频。 上 一 页 下 一 页 回 目 录 1-1-什么是多媒体技术 l多媒体技术是指对文字、音频、视频、图形、图像 和动画等多媒体信息通过计算机进行数字化采集、 获取、压缩/解压缩、编辑和存储等加工处理，再以 单独或合成形式表现出来的一体化技术。 l上述关于多媒体技术的定义说明 多媒体技术是计算机技术 多媒体技术涉及的对象：文字、图像、图形、动画 、音频、视频等多种信息。 多媒体技术面向对象进行综合处理，并建立逻辑关 系 多媒体技术建立了人-机之间的交互，提供控制功能 。 上 一 页 下 一 页 回 目 录 教学进程教学进程 1.1.31.1.3多媒体技术的特点多媒体技术的特点 以数字化形式存储和传输以数字化形式存储和传输 信息载体的多样化信息载体的多样化 集成性集成性 交互性交互性 实时性实时性 非线性非线性 信息载体的多样性 交互性集成性 信息载体的多样性是相对于计算机 而言的，即指信息媒体的多样性。 多媒体就是要把计算机处理的信息 多样化或多维化，从而改变计算机信息 处理的单一模式，使人们能交互的处理 多种信息。 集成性是指以计算机为中心综合处 理多种信息媒体，它包括信息媒体的集 成和处理这些媒体的设备的集成。 信息媒体的集成包括信息的多通道 统一获取、多媒体信息的统一组织和存 储、多媒体信息表现合成等方面。 多媒体设备的集成包括硬件和软件 两个方面。 多媒体的交互性是指用户可以与 计算机的多种信息媒体进行交互操作 从而为用户提供了更加有效地控制和 使用信息的手段。 上 一 页 下 一 页 回 目 录 指包含可以链接到其他相关字段或者文档的指包含可以链接到其他相关字段或者文档的 超链接超链接的文本，用户可以很方便地浏览相关内容 Internet中的信息组织就是以超文本的方式形式 教学进程教学进程 1.1.4 1.1.4 超文本与超媒体超文本与超媒体 超文本（超文本（HypertextHypertext）:“:“链接链接” ” 超媒体（超媒体（HypermediaHypermedia） 超文本中采用图形、图像、音频、视频等信息超文本中采用图形、图像、音频、视频等信息 ，就构成了超媒体。信息的组织形式：节点，就构成了超媒体。信息的组织形式：节点 链链网。网。 上 一 页 下 一 页 回 目 录 超媒体和超文本的不同之处 l超文本主要是以文字的形式表示信息，建立链接关 系主要是文句之间的链接关系主要是文句之间的链 接关系。 l超媒体：除了使用文本外，还使用图形、图像、声 音、动画或影视片断等多种媒体来表示信息，建立 的链接关系是文本、图形、图像、声音、动画和影 视片断等媒体之间的链接关系。 上 一 页 下 一 页 回 目 录 1-1-常见的媒体元素 名称说明 文本指各种文字，包括各种字体 、尺寸、格式及色彩的文本。 非格式化文本文件（纯文本文件).txt 文件； 格式化文本文件 .doc； 图形和图 像 图形是指从点、线、面到三维空间的黑白或彩色几何图；图像 是由像素点阵组成的画面。 视频是图像数据的一种，若干有联系的图像数据连续播放便形成了 视频。 音频音频包括音乐语音和各种音响效果。 动画是利用了人眼的视觉暂留特性，快速播放一连串静态图像，在 人的视觉上产生平滑流畅的动态效果就是动画。 二维计算机动 画按生成的方法可以分为逐帧动画、关键帧动画和造型动画等 几大类 。 上 一 页 下 一 页 回 目 录 1.1.3 1.1.3 多媒体技术的产生与发展多媒体技术的产生与发展 教学进程教学进程 Development 信息载体革命的信息载体革命的3 3个重要里程碑个重要里程碑 文字的出现文字的出现 纸和印刷术的发明纸和印刷术的发明 信息数字化、比特化信息数字化、比特化 上 一 页 下 一 页 回 目 录 教学进程教学进程 1.1.3 1.1.3 多媒体促进通信、娱乐和计算机的融合多媒体促进通信、娱乐和计算机的融合 1946年，世 界上第一台 电脑问世。 1975年，世 界上第一台 个人电脑问 世。 1835年，莫 尔斯发明有 线通信机。 1876年，贝 尔发明电话 1900年，发 明收音机。 1925年，发 明电视机。 1877年，爱 迪生发明留 声机。1982 年发明激光 唱片CD。 19世纪，世界上 最早的照片出现 。1893年爱迪生 发明无声电影。 1951年提出 Video构想。 1975年，家用录 像机开发成功。 15世纪发明 活页印刷技 术。1562年 世界上最早 报纸发行。 世界上最早 的杂志发行 电脑通信 可视电话 数字电视 数字音响 视频点播 电子出版物 进入多媒体时时代 上 一 页 下 一 页 回 目 录 电子游戏电子游戏 音乐欣赏音乐欣赏 影视娱乐影视娱乐 视频点播、高清电视视频点播、高清电视 特技特效特技特效 1.1.41.1.4多媒体的应用和发多媒体的应用和发 展展 教学进程教学进程 形象教学形象教学 仿真工艺过程仿真工艺过程 模拟交互过程模拟交互过程 电子教案、教学电子教案、教学 网络远程教学网络远程教学 办公信息管理办公信息管理 电话会议电话会议 电视会议电视会议 移动办公移动办公 仿真研究仿真研究 形态模拟形态模拟 行为智能模拟行为智能模拟 模拟实验模拟实验 自动化控制自动化控制 IPIP电话电话 可视电话可视电话 视频会议视频会议 远程文件传输远程文件传输 多媒体邮件多媒体邮件 InternetInternet 国际互联网国际互联网 医疗影像数字化医疗影像数字化 网络远程诊断网络远程诊断 专家诊断系统专家诊断系统 影视广告影视广告 平面广告平面广告 大屏展示大屏展示 电子图书电子图书 通信系统通信系统 多媒体办公系统多媒体办公系统 教育培训教育培训 影视娱乐业影视娱乐业 工业领域、科学研究工业领域、科学研究 广告、出版业广告、出版业 医疗影像及诊断系统医疗影像及诊断系统 1.2.1 1.2.1 应用应用 上 一 页 下 一 页 回 目 录 将来多媒体技术将向着以下六个方向 发展； 1).高分辨化，提高显示质量； 2).高速度化，缩短处理时间； 3).简单化，便于操作； 4).高维化，三维、四维或更高维； 5).智能化，提高信息识别能力； 6).标准化，便于信息交换和资源共享。 1.1.4 1.1.4 发展发展 上 一 页 下 一 页 回 目 录 1-2-1多媒体计算机的硬件 多媒体计算机的主要硬件除了常规的硬件如主机、软盘驱 动器、硬盘驱动器、显示器、网卡之外，还要有音频信息 处理硬件、视频信息处理硬件及光盘驱动器等部分。 上 一 页 下 一 页 回 目 录 1-2-2多媒体计算机的软件 l1多媒体核心软件 包括多媒体操作系统和音视频支持系统，或音视频核 心，或媒体设备驱动程序等。 l2多媒体工具软件 包括多媒体数据处理软件、多媒体软件工作平台、多媒体 软件开发工具和多媒体数据库系统等。 l3多媒体应用软件 它是综合运用多媒体工具软件而编辑的实用性多媒体软件 系统，是最终用户使用的多媒体产品。 上 一 页 下 一 页 回 目 录 1-2-3多媒体制作常用软件工具 多媒体应用范围经典软件举例 图像处理Photoshop、CorelDRAW、FireWorks 、 AutoCAD 音频处理Sound Forge 、Cool Edit 、GoldWave 视频处理Premiere 、Personal AVI Editor、 VideoStudio 文字处理 动画制作 Word 、Wps ImageReady、Animator、3DS MAX 多媒体合成Authorware 、Director 、 Dreamweaver、 Flash 多媒体程序设计语言Visual Basic 上 一 页 下 一 页 回 目 录 1-3-1 多媒体制作流程 1创作脚本 2流程图 3素材选取与加工 4媒体集成 5产品发布 上 一 页 下 一 页 回 目 录 1-3-2 人机交互界面设计与屏幕设计 1界面设计原则 （1） 用户原则 （2） 信息最小量原则 （3） 帮助和提示原则 （4） 媒体最佳组合原则 l2屏幕设计原则 布局 ：屏幕布局因功能不同考虑的侧重点不同。各功能区要重点突出 ，功能明显 。 平衡原则。 预期原则。经济原则。顺序原则。规则化原则。 文字与用语 ：文字和用语除作为正文显示媒体出现外，还在设计题头 、标题、提示信息、控制命令，会话等功能时展现。 用语简洁性。文字格式。信息内容。 上 一 页 下 一 页 回 目 录 1-3-2 人机交互界面设计与屏幕设计 l颜色的使用 限制同时显示的颜色数。 画面中活动对象颜色应鲜明，而非活动对象应暗淡。 尽量避免不兼容的颜色放在一起，如黄与蓝，红与绿等， 若用颜色表示某种信息或对象属性，尽量用常规准则表示。 上 一 页 下 一 页 回 目 录 1-4-1数据为何能被压缩 l首先，数据中间常存在一些多余成分，既冗余度。 比如下面的字符串： KKKKKKAAAAVVVVAAAAAA 上面的字符串可以被编码为下面的形式： 6K4A4V6A l其次，数据中间尤其是相邻的数据之间，常存在着 相关性。因此，有可能利用某些变换来尽可能地去 掉这些相关性。 上 一 页 下 一 页 回 目 录 教学进程教学进程 1.41.4 多媒体数据压缩技术多媒体数据压缩技术 1.4.1 1.4.1 多媒体数据的冗余类型多媒体数据的冗余类型 图像数据表示中存在着大量的冗余，图 像数据压缩技术就是利用图像数据的冗 余性来减少图像数据量的方法。常见图 像数据冗余类型如下： 空间冗余空间冗余 时间冗余时间冗余 视觉冗余视觉冗余 上 一 页 下 一 页 回 目 录 空间冗余空间冗余 一幅图像表面上各采样点的颜色之间往往存 在着空间连贯性，基于离散像素采样来表示物体 表面颜色的像素存储方式可利用空间连贯性，达 到减少数据量的目的。 例如，在静态图像中有一块表面颜色均匀的 区域，在此区域中所有点的光强和色彩以及饱和 度都是相同的，因此数据有很大的空间冗余。 上 一 页 下 一 页 回 目 录 上 一 页 下 一 页 回 目 录 时间冗余时间冗余 运动图像一般为位于一时间轴区间的一组连续 画面，其中的相邻帧往往包含相同的背景和移动物体 ，只不过移动物体所在的空间位置略有不同，所以后 一帧的数据与前一帧的数据有许多共同的地方，这种 共同性是由于相邻帧记录了相邻时刻的同一场景画面 ，所以称为时间冗余。 同理，语音数据中也存在着时间冗余。 Frame1 Frame2 Frame3 Frame4 Frame5 Frame6 Frame7Frame1 Frame2 Frame3 Frame4 Frame5 Frame6 Frame7 上 一 页 下 一 页 回 目 录 视觉冗余视觉冗余 人类的视觉系统对图像场的敏感度是非均匀 的。但是，在记录原始的图像数据时，通常假定 视觉系统近似线性的和均匀的，对视觉敏感和不 敏感的部分同等对待，从而产生比理想编码（即 把视觉敏感和不敏感的部分区分开来的编码）更 多的数据，这就是视觉冗余。 上 一 页 下 一 页 回 目 录 1-4-2无损压缩和有损压缩 l无损压缩 无损压缩利用数据的统计冗余进行压缩，可完全恢复原始 数据而不引入任何失真，但压缩率受到数据统计冗余度的 理论限制，一般为2:1到5:1。这类方法广泛用于文本数据 、程序和特殊应用场合的图像数据（如指纹图像、医学图 像等）的压缩。 经常使用的无损压缩方法有Shannon-Fano编码、 Huffman编码、游程（Run-length）编码、LZW编码（ LempelZivWelch）和算术编码等。 上 一 页 下 一 页 回 目 录 1-4-2无损压缩和有损压缩 l有损压缩 有损压缩方法利用了人类视觉对图像中的某些频率成分不 敏感的特性，允许压缩过程中损失一定的信息；虽然不能 完全恢复原始数据，但是所损失的部分对理解原始图像的 影响较小，却换来了大得多的压缩比。有损压缩广泛应用 于语音、图像和视频数据的压缩。 l衡量一个压缩编码方法优劣的重要指标是： (1) 压缩比要高； (2) 压缩与解压缩要快； (3) 解压缩的图像质量要好。 上 一 页 下 一 页 回 目 录 1-4-3多媒体数据压缩标准 l目前已公布的数据压缩标准有： 用于静止图像压缩的JPEG标准； 用于视频和音频编码的MPEG系列标准； 用于视频和音频通信的H.261、H.263标准； 用于二值图像编码的JBIG标准等。 上 一 页 下 一 页 回 目 录 1-5-1光存储的原理 l一般来说，CD光盘、DVD光盘等光存储介质采用的 存储方式都与软盘、硬盘相同，都是以二进制数据 的形式来存储信息。 l要在这些光盘上存储数据，需要借助激光将电脑转 换后的二进制数据用数据模式刻在扁平、具有反射 能力的盘片上。而为了识别数据，光盘上定义激光 刻出的小坑代表二进制的“1”，而空白处则代表二进 制的“0”。 上 一 页 下 一 页 回 目 录 磁介质磁介质 5.25”5.25”软盘软盘 360KB360KB 720KB720KB 1.2 MB1.2 MB 3.5”3.5”软盘软盘 720KB720KB 1.44MB1.44MB 2.88MB2.88MB 8mm8mm磁带磁带 1.2GB1.2GB 教学进程教学进程 数据存储技术：数据存储技术：大容量、快响应、高可靠大容量、快响应、高可靠 ZIPZIP软盘软盘 100100 250MB250MB 硬盘硬盘上百个上百个GG 磁盘阵列磁盘阵列RAIDRAID上千个上千个GG 上 一 页 下 一 页 回 目 录 光盘介质与半导体介质光盘介质与半导体介质 5”5”光盘光盘 650MB / 4.7GB650MB / 4.7GB CD-ROM / DVD-ROMCD-ROM / DVD-ROM CD-R CD-R 、CD-RWCD-RW DVD-RDVD-R、DVD-RWDVD-RW 3”3”光盘光盘 200MB200MB CD-ROMCD-ROM CD-RCD-R 230MB / 640MB230MB / 640MB 3”3”光盘光盘M.O.M.O.Only DiskOnly Disk 8MB 1.2GB8MB 1.2GB Smart MediaSmart Media 8MB 1GB8MB 1GB 名片光盘名片光盘 50MB50MB CD-RCD-R NAME: Zhaozijiang XENON PRO 50MB 教学进程教学进程 上 一 页 下 一 页 回 目 录 1-5-2光存储技术的发展 l蓝光光盘 Blu-ray Disc是下一代光存储技术中最为强烈的竞争者,在人类对多媒体 的品质要求日益严格的情况下，用以储存高画质的影音以及高容量的资料 储存。Blu-ray的命名是来自于其采用的激光波长405纳米（nm），刚好是 光谱之中的蓝光，因而得名。 lHD-DVD蓝光技术最为强大的挑战者 HD-DVD规格，就是改编自目前标准DVD规格而设计的,它完全承袭标准DVD 数据层相同厚度，却是不折不扣采用蓝光激光技术，但却拥有较短的光波 长度，能储存较密集的数据到盘片上。 lHD-FVD国内市场的新兴之秀 由中国台湾地区工业技术研究院联合29家厂商所组成的台湾前瞻光存储 研发联盟，共同开发了“红光高画质影音光碟机（High Denifition FVD ，HD-FVD）”。 HD-FVD在播放相同画质的影音节目时，其成本大约是蓝 光HD-DVD的1/10，因此HD-FVD是相对具有较强价格竞争力的产品。 上 一 页 下 一 页 回 目 录 1-6 多媒体技术的发展趋势 l网络化 网络和计算机技术相交融的交互式多媒体将成为21 世纪多 媒体发展方向。交互式多媒体是指不仅可以从网络上接受 信息、选择信息, 还可以发送信息, 其信息是以多媒体的形 式传输。利用这一技术, 人们能够在家里购物、点播自己 喜欢的电视节目。 l多媒体终端的部件化、智能化和嵌入化。 近年来随着多媒体技术的发展, TV 与PC 技术的竞争与融 合越来越引入注目, 数字机顶盒技术适应了TV 与PC 溶合 的发展趋势, 延伸出“信息家电平台”的概念, 使多媒体终端 集家庭购物、家庭办公、家庭医疗、交互教学、交互游戏 、视频邮件和视频点播等全方位应用为一身, 代表了当今 嵌入化多媒体终端的发展方向。 上 一 页 下 一 页 回 目 录 1-6 多媒体技术的发展趋势 l智能化 多媒体有关图像信息处理技术的研究，已经不再是停留在 信号特征这一级，而是发展到了对于图像内容的理解，这 对于提高图像信息在网络上的传输速度和提高压缩效率非 常重要。 l三维化 如今多媒体技术的研究就是要将计算机视觉技术和图形学 技术的内容结合起来，即所谓的增强现实技术。 这样做可以将诸如视频会议系统的现场图像和计算机生成 的图像叠加在一起，使多媒体的应用效果产生极大的改观 ，应用范围也随之发生新的拓展。 上 一 页 下 一 页 回