第九章 多媒体技术.ppt

上海交通大学网络学院 1 第九章多媒体技术 9 1计算机多媒体技术的基本知识9 2多媒体信息的数字化与媒体形式9 3多媒体计算机系统组成9 4多媒体基本应用工具的使用短信互动题目 上海交通大学网络学院 2 9 1计算机多媒体技术基本知识 9 1 1多媒体技术基本概念9 1 2多媒体系统中的基本元素9 1 3多媒体的关键技术9 1 4多媒体技术的应用领域 上海交通大学网络学院 3 9 1 1多媒体技术的基本概念 1 媒体媒体 信息表示和传播的载体包括 文字 图形 声音 图像 动画 视频等CCITT 国际电报电话咨询委员会 对媒体的分类感觉媒体 PreceptionMedium 表示媒体 PresentationMedium 显示媒体 RepresentMedium 存储媒体 StorageMedium 传输媒体 TransmissionMedium 计算机内部真正保存 处理的是表示媒体 所以 若没有特别说明 通常可将 媒体 理解为表示媒体 它以不同的编码形式反映不同类型的感觉媒体 上海交通大学网络学院 4 2 多媒体技术及其特征 多媒体技术 应用计算机技术将各种媒体以数字化的方式集成在一起 从而使计算机具有表现 处理 存储多种媒体信息的综合能力和交互能力 多媒体计算机技术综合了计算机技术 电子技术 通信技术等各种技术 是一门跨学科的 综合的技术 上海交通大学网络学院 5 2 多媒体技术及其特征 多媒体技术的特征同步性多媒体技术的同步性是指在多媒体业务终端上显现的图像 声音和文字是以同步方式工作的 集成性指将多种媒体有机地组织在一起 共同表达一个完整的多媒体信息 使声 文 图 象一体化实时性多媒体技术是多种媒体集成的技术 在这些媒体中 有些媒体 如声音和图象 是与时间密切相关的 这就决定了多媒体技术必须要支持实时处理 交互性指人和计算机能 对话 以便进行人工干预控制 这是多媒体技术的关键特征 数字化指多媒体中的各个单媒体都是以数字形式存放在计算机中的 上海交通大学网络学院 6 3 多媒体计算机 多媒体计算机 简称为MPC MultimediaPersonalComputer 是指具有获取 压缩编码 编辑 加工处理 存储和展示包括文字 图形 图像 声音 动画和活动影像等信息处理能力的计算机 简单地说 就是把声 文 图像和计算机结合在一起的系统 一台典型的多媒体计算机在硬件上应该包括 功能强 速度快的中央处理器 CPU 大容量的内存和硬盘 高分辨率的显示接口与设备 光盘驱动器 音频卡 图形加速卡 视频卡 用于MIDI设备 串行设备 并行设备和游戏杆的I O端口等 上海交通大学网络学院 7 9 1 2多媒体系统中的基本元素 文本 主要指汉字 英文字符等 包括超文本 图形 指由点 直线 圆 圆弧 任意曲线等组成的二维和三维图形 由程序控制的矢量图形 静止的图像 图片 是通过扫描仪 数码相机 摄像机等设备捕捉到的真实场景的画面 动画 是一组连续图形的集合 包括卡通 活页动画和连环画等 视频 是指通过摄像机 录像机等设备捕获的动态画面 帧 是构成视频信息的基本单元 音频 包括语音 音乐和音响效果 从计算机产生声音的原理上又可分为 数字声音和MIDI 乐器数字接口 音乐 上海交通大学网络学院 8 9 1 3多媒体的关键技术 数据压缩 解压缩技术超大规模集成电路 VLSI 芯片技术大容量的光盘存储器 CD ROM 多媒体网络通信技术多媒体系统软件技术 上海交通大学网络学院 9 9 1 4多媒体技术的应用领域 多媒体计算机技术的应用领域正在不断拓宽 从文化教育 技术培训 电子图书 到观光旅游 商业及家庭应用等领域 正在给人们的工作和生活带来日益显著的变化 利用多媒体技术和通信技术在多媒体领域的协同工作 还可实现如视频会议 远程医疗及远程教育等应用 上海交通大学网络学院 10 9 2多媒体信息的数字化与媒体形式 9 2 1模拟信号的数字化9 2 2文本 Text 9 2 3声音 Audio 9 2 4图形 Graphics 9 2 5图像 Image 9 2 6视频 Video 上海交通大学网络学院 11 9 2 1模拟信号的数字化 脉冲编码调制 数字化过程是离散化的过程 采样将连续的时间离散化 量化则将连续的幅度值离散化 上海交通大学网络学院 12 9 2 1模拟信号的数字化 采样频率 一秒钟内采样的次数 它反映了采样点之间的间隔大小 间隔越小 采样率越高 丢失的信息越少 但要求的存储量越大 上海交通大学网络学院 13 9 2 2文本 Text 文本是人与计算机之间进行信息交换的主要媒体 纯文本文件常用 TXT扩展名 而 DOC则是MSWord所采用的加入了排版命令的特殊文本文件 文本用编码的方式在计算机内存储和交换 输入码 内码 字模编码 上海交通大学网络学院 14 9 2 3声音 Audio 声音是一种频率在20Hz 20kHz的音频波 即音频信号 声音文件是各种实际声音的数字化录音 通常使用Windows中的录音机程序或专用的录音软件进行录制的 硬件方面则要求有声卡 音频输入接口 麦克风 Mic 等声源设备 使用Linein输入口 采样频率越高 量化精度越高 声道数越多 则声音质量就越好 而数字化后的数据量也就越大 所以一般在存放前要对声音数据进行压缩 使数据量大大减少 到播放时再进行解压 还原 上海交通大学网络学院 15 计算机中常用的音频文件格式 midi或 mid 格式用于器乐 它实际上是一段音乐的描述信息 这些信息必须通过音乐合成器进行解释 该合成器根据MIDI提供的详细描述乐谱的协议 音符 音调 使用什么乐器等 产生出相应的一段音乐或声音 wav 是PC机常用的声音文件 它实际上是通过对声波的高速采集直接得到的 无压缩 占很大的存储空间 WAV格式文件具有较好的声音品质 mp3 是一种压缩格式 它能使声音文件明显缩小 压缩比达到12 l 其声音品质非常好 可以对文件进行 流式处理 使用户不必等待整个文件下载完成即可收听该文件 ra ram rpm或RealAudio格式具有非常高的压缩品质 文件大小要小于MP3 同样也能进行 流式处理 其声音品质比MP3文件声音品质要差 其他音频文件格式还包括 AIFF AU WMA等 上海交通大学网络学院 16 9 2 4图形 Graphics 图形主要是由线条组成的 用数学的方法来表示 所以计算机中图形的表示常常使用 矢量法 而不是采用位图来表示 可使存储量大大减少 也便于绘图仪输出 图形有二维 2D 和三维 3D 之分 二维图形是指只有X Y两个坐标的平面图形 三维图形是指具有X Y Z三个坐标的立体图形 上海交通大学网络学院 17 常用图形文件格式 上海交通大学网络学院 18 9 2 5图像 Image 它不象图形那样有规律明显的线条 因此在计算机中难以用矢量来表示 基本上只能用点阵来表示 数字图像的最小元素称为像素 其大小是由 水平像素数 垂直像素数 来表示的 图像的每一个像素不再仅仅只占一位 而是需要用许多位来表示 例如 一个像素使用8位来表示时 黑白图像可以表示出由白到黑256种灰度 彩色图像可以表示256色 彩色图像的像素通常是由红绿蓝 RGB 3种颜色搭配而形成的 如采用24位表示一个彩色像素 则在这里24位被分为3组 每组8位 分别表示RGB三种颜色的色度 每种颜色分量可有256个等级 当RGB三原色以不同的值进行搭配时 可以得到颜色数为28 28 28 1677万种称为百万种颜色的 真彩色 图像 若RGB全部设置为0则为黑色 全部设置为255则为白色 数字图像的最大特点是其所占存储量极为巨大 上海交通大学网络学院 19 常用图像文件格式 上海交通大学网络学院 20 9 2 6视频 Video 视频图像是一种活动影像 它与电影和电视原理一样 都是利用人眼的视觉暂留现象 将足够多的画面 Frame 帧 连续播放 只要能够达到每秒20帧以上 人的眼睛就觉察不出画面之间的不连续性 视频的每一帧实际上就是一幅静态图像 所以图像存储量大的问题在视频中就显得更加严重 上海交通大学网络学院 21 常见的视频影像文件格式 l avi格式 即音频视频交错格式 是Windows所使用的动态图像格式 它不需要特殊的设备就可以将视频和音频交织在一起进行同步播放 这种视频格式的优点是图像质量好 缺点是数据量较大 2 mpeg mpg或 dat格式 是运动图像专家组 MPEG 制订的压缩标准所采用的格式 供动画和视频影像使用 是运动图像压缩算法的国际标准 这种格式数据量较小 家用的VCD SVCD DVD等就是采用这种格式 3 ra rm或 rmvb格式是RealNetworks公司开发的一种新型流式视频文件格式 主要用来在低速率的广域网上实时传输活动视频影像 可以根据网络数据传输速率的不同而采用不同的压缩比率 从而实现影像数据的实时传送和实时播放 4 mov格式是Apple计算机公司开发的一种音频 视频文件格式 用于保存音频和视频信息 具有先进的音视频功能 5 asf是微软采用的流式媒体播放的文件格式 适合在网络上进行连续的视像播放 其他视频文件格式还包括 DivX WMV等 上海交通大学网络学院 22 9 2 7动画 Animation 动画通常指人工创造出来的连续图形所组合成的动态影像 动画也需要每秒20个以上的画面 每个画面的产生可以是逐幅绘制出来的 例如卡通片 也可以是实时 计算 出来的 例如立体球的旋转 FCI FLC是AutoCAD的设计厂商Autodesk设计的动画文件格式 Autodesk产品Animator 3DStudioMAX AnimatorPro等都支持这种格式 MPG AVI也可以用于动画文件格式 上海交通大学网络学院 23 9 3多媒体计算机系统组成 硬件系统 多媒体主机 如个人机 工作站多媒体输入设备 如摄像机 数码相机 麦克风 录音机 录象机 扫描仪 图形输入仪 光驱等输出设备 如显示器 打印机 绘图仪 音响 录音机 录象机等存储设备 硬盘 光盘 声像磁带等接口卡及输入输出控制卡 视频卡 声卡 数据压缩卡 通信卡等操纵控制设备 键盘 鼠标器 操纵杆 触摸屏等 上海交通大学网络学院 24 多媒体系统硬件实现方式 声音 声卡 扬声器 麦克风 MIDI设备 音频压缩设备 图像 2D 3D加速卡 图像压缩卡 扫描仪 数码相机 视频 视频采集卡 捕获卡 视频压缩 解压缩卡 存贮 大容量硬盘 CD ROM DVD ROM 通信 多媒体网络设备 视讯会议系统 其它 其它多媒体专用设备 上海交通大学网络学院 25 多媒体计算机硬件设备 声卡 也称音频卡 可将模拟波形的声音转换成声音的数字信息 还可以将经计算机处理后的声音的数字信息转换成模拟信息 最后输出到音响设备视频卡 提供视频加速 视频播放和视频捕捉功能 上海交通大学网络学院 26 多媒体计算机软件 多媒体驱动软件多媒体操作系统多媒体数据处理软件多媒体创作软件 如WaveEdit Photoshop Director 3DStudioMAX等各种媒体制作 编辑系统 多媒体应用软件 计算机辅助教学系统 CAI 视频会议系统 多媒体播放系统 上海交通大学网络学院 27 多媒体创作工具 上海交通大学网络学院 28 9 4多媒体基本应用工具的使用 9 4 1windows图像编辑器9 4 2windows录音机程序9 4 3windows媒体播放器9 4 4压缩工具WinRAR 上海交通大学网络学院 29 9 4 1Windows图像编辑器 上海交通大学网络学院 30 画图程序界面 画图程序标题下包含 菜单栏 绘图工具 画布 颜料盒 状态栏菜单栏 提供了 文件 编辑 查看 等菜单绘图工具箱 提供橡皮 铅笔 文字等各种图形工具画布 可以作画的空间颜料盒 默认的颜料盒有28种 默认背景色为黑色 上海交通大学网络学院 31 9 4 2录音机程序的用法 利用录音机程序可以录制 播放和编辑WAV声音文件 录音机程序的启动 开始 程序 附件 娱乐 录音机 播放WAV文件 窗口的 文件 打开 选择WAV文件 确定 通过单击录音机窗口的各按钮进行操作 录制WAV文件 插上麦克风 选择 文件 新建 单击录音按钮 录制结束 单击停止按钮 选择 文件 另存为 输入文件名 编辑WAV文件 编辑 菜单和 效果 菜单 上海交通大学网络学院 32 9 4 3Windows多媒体播放工具 开始 程序 附件 娱乐 WindowsMediaPlayer 上海交通大学网络学院 33 媒体播放方法 windowsMediaPlayer是一种通用的多媒体播放机 可用于播放音频 视频和混合型多媒体文件 设有关选项 使用前可以选择 工具 选项 命令进行参数设置打开并播放文件 选择 文件 打开 命令 在 打开 对话框上的 文件类型 中选择文件类型 播放控制 播放 停止 快进等功能 利用OLE技术 可以在文本中加入图片 声音或其他对象 从而形成一个多媒体复合文档 上海交通大学网络学院 34 9 4 4压缩工具WinRAR 1 文件压缩和解压缩的基本知识2 压缩工具WinRAR的基本操作 上海交通大学网络学院 35 1 文件压缩和解压缩基本知识 多媒体计算机所面临的最大难题之一是海量数据的存储与传送问题 图像的数据量相当大 如何解决图像压缩问题是多媒体计算机解决海量数据的存储与传送问题的关键 而是事实上在视频信息中存在着大量的冗余 这些冗余包括空间冗余 时间冗余 编码冗余和视觉冗余 上海交通大学网络学院 36 1 文件压缩和解压缩基本知识 续 由于冗余的存在 使得数据压缩成为可能 通常原始数据被压缩后存放在磁盘上或是以压缩形式来传输 仅当用到它时才把数据解压缩以还原 所有的压缩系统都需要两个算法 编码 encoding 将原始数据经过编码进行压缩以便于存储与传输解码 decoding 对数据进行解码 还原为可以使用的数据通常只需编码一次而可能会被解码数千次 这些算法都有一定的不对称性 编码算法速度慢且需要提供昂贵的硬件设备 而解码算法速度快且不需要昂贵的硬件 编码 解码过程是不可逆的 压缩后的文件与原始文件的数量之比称为压缩比 使用文件压缩工具 可以将文本和 bmp压缩70 左右 有些类型的文件因为它们本身就是以压缩格式存储的 因而很难再进行压缩 如JPG图像文件等 上海交通大学网络学院 37 有损压缩与无损压缩 有损压缩系统 解码输出与原始输入并不完全相同的压缩系统 有损压缩系统是很重要的 因为少量的信息损失将可能换来更大的压缩比 mp3 jpg 有损压缩是以损失原文件中某些信息为代价来换取较高的压缩率 其损失的信息多数是对视觉和听觉感知不重要的信息 静态图象压缩技术标准有JPEG 视频压缩技术标准有MPEG 无损压缩系统 解码输出与原始输入完全一致的系统 无损压缩是利用统计特性进行压缩处理 压缩效率不高 但保留了原文件中的全部信息 如WinZip WinRAR软件就是基于无损压缩原理设计的 图像的无损压缩如LZW压缩算法 注意 不要重复使用有损压缩对图象或声音进行压缩 这样会因损失累积而造成更大的失真 上海交通大学网络学院 38 数据压缩的应用 JPEG标准JPEG JointPhotographicExpertsGroup 是ISO和CCITT联合制定的 主要应用于摄影 静止 图象的存储和显示 JPEG采用一种对称压缩算法 其压缩和解压缩可以使用相同的硬件和软件 压缩时间和解压缩时间大致是相同的 MPEG标准MPEG MovingPictureExpertsGroup 是ISO制定的标准 是一种动态图象压缩标准 MPEG分成两个不同的规范 MPEG 1是为有限带宽传输设计的 如PC上的CD ROM MPEG 2用于高带宽传输 典型应用如卫星广播电视 MP3压缩 音频 MP3属于MPEG 1标准的一部分 一张650MB的CD可以录制600分钟的MP3音乐 由于MP3音乐具有文件容量较小而音质佳的优点 近年来得以在因特网上广为流传 LZW压缩该算法是目前使用较多的一种无损压缩算法 常