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第五章多媒体技术基础 5 2 5 1多媒体技术概述 一 媒体与多媒体1 媒体 媒介 媒质 媒体是信息表示 传递和存储的载体存储信息的实体纸张 磁盘 光盘表示信息的载体文本 图形 图像声音 动画 视频 命运 5 3 5 1多媒体技术概述 媒体的种类 CCITT 感觉媒体人的感官 如视觉 听觉等表示媒体为了处理和传输感觉媒体而人为构造的媒体 如文本 图形 动画等显示媒体获取和表现信息的物理设备 如键盘 鼠标器 显示器和音箱等存储媒体用来存放表示媒体的介质 如磁盘 光盘和内存等传输媒体传输数据的载体 如光缆 5 4 5 1多媒体技术概述 2 多媒体通常是指表示媒体 也就是静态媒体 文本 图形 图像动态媒体 声音 动画 视频多媒体是融合两种或两种以上表示媒体的一种人机交互式信息交流和传播媒体 多媒体的实质 各种媒体数字化 5 5 5 1多媒体技术概述 二 多媒体技术定义将多种媒体信息通过计算机进行数字化采集 编码 存储 传输 处理和再现等 使多种媒体信息建立逻辑连接 并集成一个具有交互性的计算机系统 利用计算机综合处理图文声像 特征多样性集成性交互性 实时性 5 6 三 多媒体技术的应用1 教育与培训多媒体教学课件多媒体技能培训系统虚拟课堂 虚拟实验室 虚拟图书馆2 出版与图书电子出版物具有容量大 体积小 成本低 检索快 易于保存和复制 能存储图文声像信息等 如光盘百科全书 e book 5 1多媒体技术概述 5 7 3 商业与咨询商品简报 查询服务 产品演示 商贸交易 电子商务 等 利用多媒体技术可为公众提供各类咨询服务 也可通过触摸屏进行操作 4 通信与网络信息家电 电话 电视 冰箱 音响 视频会议 可视电话 远程医疗系统 5 1多媒体技术概述 5 8 5 军事与娱乐军事遥感战场模拟核武器模拟CD VCD DVD 三维 游戏 多媒体技术的优势可能不在于某些具体的应用 而是在于它能把复杂的事物变得简单 把抽象的东西变为具体 5 1多媒体技术概述 5 9 5 2多媒体系统的组成 一 多媒体系统的层次结构 多媒体硬件系统 多媒体控制板卡及I O电路多媒体驱动程序 用来控制和操纵多媒体硬件多媒体操作系统 CD RTOS 专用 Windows 通用 5 10 5 2多媒体系统的组成 二 多媒体系统的基本组成 5 11 5 2多媒体系统的组成 多媒体支持软件 开发工具 多媒体素材制作工具文字特效制作软件 MSWord 艺术字音频处理软件 SyntrilliumCooleditTwelveToneCakewalk图形图像处理软件 CorelCorelDRAWAdobePhotoshop 5 12 5 2多媒体系统的组成 动画制作软件 MacromediaFlashMXDiscreet3dsmax视频编辑软件 AdobePremiere多媒体著作工具MicrosoftPowerPointMacromediaAuthorware多媒体编程语言VB VC 5 13 一 声音信号的类型模拟信号 自然界 物理 数字信号 计算机 二 声音的数字化 模拟信号 数字信号 A DADC D ADAC 5 3音频信息处理 5 14 声音数字化过程 示意 5 3音频信息处理 5 15 声音数字化三要素 5 3音频信息处理 5 16 声音数字化计算公式数据量 采样频率 量化位数 声道数 8 B s 5 3音频信息处理 5 17 三 音频的文件格式WAV文件WAV是Microsoft IBM共同开发的PC波形文件 因未经压缩 文件数据量很大 特点 声音层次丰富 还原音质好MP3文件MP3 MPEGAudiolayer3 是一种按MPEG标准的音频压缩技术制作的音频文件 特点 高压缩比 11 1 优美音质 5 3音频信息处理 5 18 WMA文件WMA WindowsMediaAudio 是WindowsMedia格式中的一个子集 音频格式 特点 压缩到MP3一半MIDI文件MIDI 乐器数字接口 是由一组声音或乐器符号的集合 特点 数据量很小 缺乏重现自然音 5 3音频信息处理 5 19 四 音频的获取与处理音频的获取主要有 利用录音软件直接录制 使用专业录音棚录制 从唱盘或录音带中进行转录 购买数字音频库 5 3音频信息处理 5 20 音频处理 删除无用的部分 将需要合并的音轨拼贴起来 降噪 去除录音时的背景噪音 调节均衡 使得高 中 低几个频段听起来更加悦耳 添加混响 延迟和变速等效果 压缩与限制 即动态处理 音频文件格式的转换 5 3音频信息处理 5 21 5 4图像信息处理 一 图形与图像1 图形 矢量图形 几何图形 矢量图是用一组指令来描述的 这些指令给出构成图形的各种属性和参数 例如 圆 圆心坐标 半径及粗细 色彩 优缺点 图形文件占用空间较少 图形复杂时耗时相对较长绘图软件 CorelDRAWFreeHand 5 22 2 图像 位图图像 点阵图像 位图是指在空间和亮度上已离散化的图像 通过描述每一像素的颜色或亮度来表示该图像 它适应表现包含大量细节的图片 如明暗 浓淡 层次和色彩变化等 优缺点 色彩和色调丰富 景物逼真 缩放处理易失真 数据量大绘画软件 PhotoshopPhotoImpact 5 4图像信息处理 5 23 图形与图像的比较 5 4图像信息处理 5 24 二 图像的数字化连续空间位置的离散和数字化亮度值的离散和数字化 空间位置采样m n20 13 5 4图像信息处理 5 25 图像的主要参数 分辨率分辨率直接影响图像质量 显示分辨率 指在显示器上能够显示的像素数目 640 480 800 600 1024 768 图像分辨率 指数字图像的实际像素数目 它反映图像在屏幕中显示的大小 像素分辨率 指像素的宽高比 1 1 在像素分辨率不同的机器间传输图像会变形 5 4图像信息处理 5 26 颜色深度指记录每个像素所使用的二进制位数 彩色图像 可使用的最多颜色数目灰度图像 可使用的亮度级别数目 5 4图像信息处理 5 27 图像数据量的计算图像文件的大小是指在磁盘上存储整幅图像所需的字节数 数据量 图像分辨率 颜色深度 8 B 例题 一幅640 480的真彩色图像 未压缩的图像数据量是多少 640 480 24 8 921600B 900KB 5 4图像信息处理 5 28 三 图像的文件格式BMP Windows标准图像文件格式JPG 一种高效率压缩格式 1 10 20 GIF 用于交换图片的 对灰度图像表现佳 但不超过256色的图像 PNG 流式网络图形格式 它使用LZ77派生的无损数据压缩算法 PNG存储灰度图像时图像深度达16位PNG存储彩色图像时图像深度达48位 5 4图像信息处理 5 29 四 图像的获取与处理1 图像的获取方法采用扫描仪 数码相机进行模数转换从数字图像库 网上获取 自行绘制2 图像的处理技术图像处理手段很多 所有处理都是建立在对数据进行数学运算的基础上 一般用户可通过图像处理软件 Photoshop 来完成 例如 图像亮度 对比度的调整等 5 4图像信息处理 5 30 一 视频的基本概念1 视觉暂留现象人眼有一种视觉暂留的生物现象 即人观察的物体消失后 物体映像在人眼的视网膜上会保留一个非常短暂的时间 约0 1s 利用这一现象 将一系列画面中物体移动或形状改变很小的图像 以足够快的速度连续播放 就会产生连续活动的场景 5 5视频信息处理 5 31 2 视频的定义视频又称运动图像或活动图像 它是指连续地随着时间变化的一组图像 帧 一幅单独的图像帧率 每秒种播放的帧数 单位是f s典型的帧率 24f s 25f s 30f s常见的视频信号 电影 电视 5 5视频信息处理 5 32 3 电视的制式色度信息处理方法 三种彩色电视制式 NTSC制式 美国 日本 中国台湾等 NationalTelevisionSystemsCommittee 1953 美国 30帧 秒 29 97fps 525行 帧 隔行扫描 2场 帧 262 5行 场 颜色模型 YIQ 宽高比 4 3 帧大小 352 240 5 5视频信息处理 5 33 PAL制式 中国 德国 英国 朝鲜等 PhaseAlternationLine 1962 德国 25帧 秒 625行 帧 隔行扫描 2场 帧 312 5行 场 颜色模型 YUV 宽高比 4 3 帧大小 352 288 SECAM制式 法国 俄罗斯 东欧国家 轮流传送彩色与存储 1966年 法国 类似PAL制式 5 5视频信息处理 5 34 二 视频的数字化 视频是连续的图像图像是离散的视频 5 5视频信息处理 5 35 数字视频的优点与模拟视频相比 其优点 数字视频便于创造性的编辑与合成 数字视频可不失真地进行多次复制 在网络环境下容易实现资源共享 数字视频可与其它媒体组合使用缺陷 处理速度慢 数据量大 压缩 光盘 5 5视频信息处理 5 36 三 视频的文件格式AVI文件AVI是一种音视频交叉记录的文件格式 微软在1992年推出AVI文件及其应用软件VideoforWindows 特点 AVI采用帧内压缩 可用一般的视频编辑软件进行编辑 提供无硬件视频回放 其窗口大小和帧率可根据播放环境调整 5 5视频信息处理 5 37 MOV文件MOV Moviedigitalvideo 文件是Apple公司在其Macintosh机推出的视频文件格式 其相应的视频应用软件QuickTime QuickTimeforMacintoshQuickTimeforWindowsMOV文件格式的压缩算法Video编码支持16位图像深度的帧内压缩和帧间压缩 5 5视频信息处理 5 38 MPG文件MPG文件是采用MPEG算法进行压缩的全运动视频文件格式 它在1024 768的分辨率下可用每秒25或30帧的速率同步播放全运动视频图像和CD音乐伴音 DAT文件也是基于MPEG压缩算法的一种文件格式 它是VideoCD和卡拉OKCD数据文件的扩展名 5 5视频信息处理 5 39 四 视频的采集与处理采集视频数据主要有 从模拟设备中采集视频数据 从数字设备中采集视频数据 从影视光盘中截取视频数据 5 5视频信息处理 视频数据的处理包括 在保证图像质量的前提下尽可能压缩视频图像的数据量 消除视频产生 获取和传输过程中引入的失真和干扰 从视频图像中提取某些特征 以便对其进行描述 分类和识别 5 40 5 6多媒体存储技术 一 光盘技术光盘 CD CompactDisc 高密盘 特点 存储容量大 CD ROM 650MBDVD 4 7GB 记录密度高 107 108bit cm2 长期保存信息 10 100年 非接触方式 价格低廉 5 41 5 6多媒体存储技术 1 CD ROM技术CD ROM是只读光盘或固定型光盘 只能读 不能改 重写 擦除 一张普通光盘可以存储650MB数据 它包括文本 表格 图形 图像 视频 音频等文件 凹坑 0平坦 1 5 42 5 6多媒体存储技术 CD ROM的工作原理 CD ROM驱动器读取数据时由激光束照射到光盘的平面上 当激光束射到光盘的平坦部分时 有70 80 的光反射并传输到光检测器中 记下ON 1 当激光束照在凹坑上时 激光束由于散射而无法接收到反射信号 则光检测器记下OFF 0 5 43 5 6多媒体存储技术 2 CD R技术CD R是只写一次型光盘或追记型光盘 可写一次 写过后不能修改 只能读写 CD R光盘主要用于信息存档或备份大型系统 它比CD ROM多了一层塑料层 记忆数据 5 44 5 6多媒体存储技术 CD R光盘的工作原理 刻录机将数据写入CD R光盘时 以高功率激光束照射光盘的塑料层 该位置的有机染料会融化并产生化学反应 类似凹坑 而没有被高功率激光束照射的位置可以靠反射层反射激光 读取CD R光盘数据与CD ROM相同 但由于它使用有机染料 降低了光反射率 因此用金或银作为反射层以提高对光的反射率 5 45 5 6多媒体存储技术 3 CD RW技术CD RW是可擦写型光盘 采用重复写入技术 可读 可擦除 可重写 与CD R光盘相比 CD RW具有以下特点 塑料层变为染料层 硒或碲的结晶层 相变技术 通过激光照射能将染料层呈现结晶 平面 和非结晶 凹坑