企业培训_示范校信息技术教师高级培训班之多媒体信息采集加工

2003年示范校信息技术教师高级培训班之多媒体信息采集加工 北京大学教育技术系张铮zz 2003年8月2日 课程内容及目标 本课程将介绍教师在日常教学工作中可以使用的多媒体采集加工的工具 主要介绍硬件的基本知识和初步的操作技能 同时结合具体案例说明如何使用这些工具来提高教学 力求使教师对多媒体采集与加工有全面的概貌的了解 并能够结合自己的教学工作合理的选择使用 相关术语定义一 多媒体 日本多媒体光盘协会指出 未来的多媒体定义是应用文字 声音 图象 数字媒体和internet等新科技 使人类的生活更方便 更丰富 更有趣 在生产方面 包括软件内容的制作 电视台节目的制作等 多媒体 一词译自英文 Multimedia 媒体 medium 原有两重含义 一是指存储信息的实体 如磁盘 光盘 磁带 半导体存储器等 中文常译作媒质或者媒介 二是指传递信息的载体 如数字 文字 声音 图形等 中文译作媒介 所以与多媒体对应的一词是单媒体 Monomedia 从字面上看 多媒体就是由单媒体复合而成的 相关术语定义二 多媒体技术从不同的角度有着不同的定义 按照媒体类型分类集成性 实时性 交互性多媒体在我国也有自己的定义 一般认为多媒体技术指的就是能对多种载体 媒介 上的信息和多种存储体 媒介 上的信息进行处理的技术 相关术语定义三 尽管信息已经成为十分流行的名词 但是它的定义一直未能取得一致的公认 大致有以下说法 信息是用语言 文字 数字 符号 图象 声音 情景 表情 状态等方式传递的内容 信息是熵的减少 用来消除不确定的东西 信息就是信息 不是物质 也不是能量 有人说信息是事物表现的一般形式 信息就是消息 强调了信息的知识性 相关术语定义四 有人强调信息的作用性 发展仙农的信息定义 提出信息是具有新内容与新知识的消息 有人则强调信息与通信的关系 并且进一步形成了三类看法 技术信息 认为信息是物质属性的反映 例如事物运动的状态与方式等 语义信息 认为信息是人们适应外部世界 并同外部进行内容交换的标记 例如各种知识与技能等 价值信息 认为信息是具有价值性 有效性 经济性及其他特性的知识 例如各种情报等 多媒体计算机的基本配置 及可选配置 一般来说 多媒体个人计算机 MPC 的基本硬件结构可以归纳为七部分 至少一个功能强大 速度快的中央处理器 CPU 可管理 控制各种接口与设备的配置 具有一定容量 尽可能大 的存储空间 高分辨率显示接口与设备 可处理音响的接口与设备 可处理图像的接口设备 可存放大量数据的配置等 这样提供的配置是最基本MPC的硬件基础 它们构成MPC的主机 多媒体计算机的扩充配置 光盘驱动器音频卡图形加速卡视频卡扫描卡打印机接口交互控制接口网络接口 我能做什么 在我们已经介绍了诸多关于多媒体的知识后 大家会存在这样的疑问 我能干什么 我的日常教学与多媒体有着什么关系 如何发挥多媒体的作用 下面让我们通过案例来进入更深一步的学习 同时需要说明的是 在这里我也力求将信息技术的运用和课程整合到一起 这样会对老师们的日常工作有所帮助 案例说明 北京一所职业高中的教师曾经提出这样的需求 我想把我的课程进行一下改革 因为下学期我的课程非常多 我不想太累 所以想把课程做成光盘 每节课点击放着给学生们看 主要课程是 国际商务与国际贸易实务 需要制作的内容很多 现在主要是想把国际海上商务运营航线图电子化 然后用一个小船在图上沿着航线走 让学生们有直观的了解 还有 我想让学生们进行模拟商务谈判 把商务谈判中的注意事项和不适当的行为表演出来 然后让他们自己挑出错误 再有 我请我校主管招聘的人力资源部门经理讲讲在应聘时候的注意事项 也会让学生们进行模拟 最后我希望我的课程是一张光盘的内容或者放到我们学校的网上去 分析 Analysis 上面的老师谈到了在她的工作中有这样的几个需求 1 纸介电子化 2 拍摄教学片 3 教学片的采集 4 教学片的后期编辑与加工 5 制作简单课件 6 发布 合成成为一张光盘或者制作成网页 设计 Design 在仔细分析了这位老师的要求后 我反复和她讨论研究了她要做什么 想达到什么目的 她设想中的成果是什么 采用什么方式呈现等等 然后我为她的这个task 任务 进行了设计 主要包括纸介电子化的方法 教学片的脚本的写作和工具的选择 具体到我采用什么分辨率来进行扫描 采用什么分辨率的数码相机 采用什么水平的数码摄像机拍摄 拍摄出的教学片是否需要进行精细地编辑等等 开发 Develop 1 纸介电子化方法一 扫描仪方法二 数码相机拍照片 方法一 扫描仪扫描仪的主要类型 按扫描仪的扫描对象来划分 可分为反射式和透射式两种 反射式扫描仪只能扫描图片 照片 文字等反射式稿件 由于这种扫描仪使用的局限性很强 因此现在在市场上很少见到 透射式扫描仪则可扫描幻灯片 摄影负片等透明稿件 这种扫描仪是市场上最常见的扫描仪 一般办公有了这种扫描仪就足够了 还有一些反射式扫描仪配置了透扫试配器 这样既可以扫反射稿 又能扫透射稿 具有更强的实用性 根据工作原理的不同 扫描仪可分为手持式 平板式 胶片专用和滚筒式等几种 扫描仪的接口方式 扫描仪与计算机连接的三种接口方式从扫描仪与计算机连接的方式来看 其接口形式目前已经实用化的有三种 SCSI SmallComputerStandardInterface 接口EPP EnhancedParallelPort 接口USB UniversalSerialPort 接口 SCSI接口 SCSI是小型计算机标准接口的简称 外型犹如计算机的声卡和显示卡 并有ISA和PCI之分 由于其速度快 占用资源少和工作时很少需要CPU的干预 且具有高可靠性的特点 因而广泛用于外接硬盘 刻录机和扫描仪等外设中 SCSI卡依据总线宽度 总线速度和最大传输速率的不同分为I II和III型 其中三项技术指标最高为16位 40Mhz和80MBps 从在主板的插槽来划分 又有ISA型和PCI型两种方式 SCSI连接线的插头方式有小50针 大50针和68针之分 具体则以所连接的扫描仪而定 扫描仪与计算机连接的方法是 先打开PC计算机的机箱 将SCSI卡插在主机板的ISA 或PCI 糟内 以SCSI线连接SCSI卡和主机 鉴于目前计算机的扩展糟内往往插有诸如声卡 显卡 解压卡和网卡等等 因此 为保证各种设备工作正常 一般需要调整部分设备的中断地址 以避免设备间的 冲突 优点 传输速度快 可靠性高 EPP EnhancedParallelPort 接口 是一种计算机增强并口方式 该标准由INTEL公司提出 为广大的主机厂商所接受 由IEEE国际电子电气工程师协会制定标准 EPP接受由IEEE国际电子电气工程师协会制定标准 目前在较新型的主板BIOS内方式采用双向 半双工模式传输数据 传输速度达2MB 秒 EPP接口方式的优点非常突出 它摈弃了SCSI接口卡 使整机成本进一步降低 提高了信号传输的可靠性 省去了调节整机硬件冲突的麻烦 连接非常方便 即使对计算机不太熟悉的人员 也可以将其迅速连接好 方便了用户 实际上只需要将连接线连在主机和扫描仪间就大功告成 此外 EPP接口不仅节省了宝贵的主板插槽 一度还使EPP接口方式的扫描仪成为了笔记本电脑的唯一选择 EPP接口的优势在于插接方便 避免了硬件中断抢占的麻烦 USB UniversalSerialPort 接口 其技术术语称为通用串行总线方式 又成为万能接口方式 USB提供全速12Mbps的速率和低速1 5Mbps的速率来适应各种不同类型的外设 从计算机硬件来看 一般90年代后期生产的计算机和PII机的主板上已经有了此种接口 理论上讲 该插口可以连接127台外部设备 其传输速率更快 为EPP方式的几倍 目前 除去扫描仪外 支持USB接口的外设包括有 数码相机 打印机 显示器 键盘和鼠标等等 此种接口方式使用方便 优点确实很多 但是在选择USB接口的外部设备时 一定要注意以下几点 首先是早期的计算机均不支持USB标准 大部分老版本的BIOS也不支持USB 用户在选择USB接口的外设时 一定要多方考虑 量体裁衣 USB接口扫描仪的优势在于实现了真正的热插拔 为用户安全方便的接插设备提供了更好的选择 扫描仪的分辨率 扫描仪对图像细节的表现能力用分辨率来衡量 分辨率通常用每英寸扫描图像上所含有的像素的个数表示 记做dpi dotPerinch 光学分辨率 是指扫描仪光学系统每英寸采样的实际信息量 分为水平分辨率和垂直分辨率 插值分辨率 是利用软件算法使扫描仪可以捕获更多的信息量 光栅化图像与矢量化图形的区别 很多用户在使用或理解扫描仪的过程中有一个误区 大多数人认为扫描仪可以将原稿中的任何事物忠实的复制出来 而当用户将一些手绘的线条稿或图纸 扫描后对得到的结果并不满意 因为想象中平滑的轮廓 细腻的线条 出现了毛边 锯齿等现象 那么为什么会出现这样的结果呢 光栅化图像矢量化图像 扫描方式 扫描方式大致分为黑白二值图 灰度图 RGB彩色图及CMYK彩色图 扫描方式可以决定图像的显示效果及扫描时间和文件数据量 黑白二值图 1位 可以用黑与白方式再现原图中的全部色调 识别文字时一定使用这种方式扫描 灰度方式 8位 可以利用256级灰度再现原图中的所有色调和颜色 每个象素包含8位信息 其文件数据量是黑白方式的8倍 RGB彩色方式 24位 可以按每个通道8位 256种颜色 再现原图象 它所产生的文件数据量是黑白方式的24倍 是灰度方式的3倍 您应根据不同的需要来设定扫描方式 这样既可以提高您的工作效率也可节省您的硬盘空间 扫描仪的还原能力 色彩精度 扫描仪的色彩精度能标识出扫描仪在色彩空间上的识别能力 色彩的位数越高 对颜色的区分就越细腻 色彩位数表示彩色扫描仪所能产生的颜色范围 通常用表示每个像素点上颜色的数据位数 bit 表示 比如常说的真彩色图像指的是每个像素点的颜色用24位二进制数表示 共可表示224 16 8M种颜色 通常称这种扫描仪为24bit真彩色扫描仪 色彩数越多 扫描图像就越生动艳丽 色彩位数作为衡量扫描仪色彩还原能力的主要指标 经历了24bit到3Obit再到36bit的过渡 而36bit是保证扫描仪实现色彩校正 准确还原色彩的基础 与扫描仪有关的软件 图像处理类 扫描大师 Photoshop iPhotoplus 我行我速等 文字识别类 OCR光学字符识别 扫描整个流程的演示 扫描照片扫描成为文本OCR直接扫描底片推荐品牌 国内的很多品牌如清华紫光 北大方正都很好 尤其是清华紫光的OCR技术和方正的良好的性价比 其他国内外品牌如HP EPSON ACER HEDY Microtek等等都有比较不错的性能 而且目前很多型号都有透扫功能 市场价格也都在千元左右 扫描影像的后期处理 几乎所有的扫描仪都不同程度地存在如下四个方面的问题 1 整体反差失真 由于平板式扫描仪会混淆影像的动态范围 压缩影像亮处与暗处的差距 造成影像整体反差失真 2 影像偏色 由于光学系统等多方面的原因 扫描仪获取的图像极易发生偏色现象 造成色彩不正 3 网纹 网点 由于印刷品都是以网点印刷的 在扫描仪的 火眼金睛 下 这些网点会 原形毕露 若不加以处理 再次印刷输出时 网点就会更加突出 影响印刷质量 4 焦距不准 如同照相机一样 采用光学系统的扫描仪也存在焦距误差 尤其是CIS器件的扫描仪 这样就导致了扫描出来的影像不够清晰 Photoshop5 0处理实例 调整整体反差 图象 调整 色阶 若影像偏色 图象 调整 变化去除网点了 滤镜 杂色 去斑 弥补扫描仪焦距上的误差 滤镜 锐化 USM锐化 利用Photoshop中的 动作 Action 功能 将上面的几道工序做成一个 动作 处理前 处理后 方法二 数码相机拍摄数码照片数码相机的分辨率 数码相机的分辨率通常指的是感光设备 一般是CCD 电荷耦合器件 有效的图像获取像素值 只要拥有足够的像素值 在完成照相之后 便可以借助图像分辨率的调整 得出够成像质量较好的成品 因此 数码相机的分辨率通常用像素的多少来代表 软件插值分辨率因此 要分辨数码相机真实的分辨率时 首先要看CCD的分辨率 再来看拍摄成品的相机分辨率 如果CCD和相机分辨率不同 那肯定是使用软件插值得出的成果 数码相机的选购策略 根据需求确定档次 专业级 商用级 家用级注意数码相机的档次是用CCD的像素值来区分的根据您的输出需求选择数码相机的CCD像素值千万注意您选择的数码相机的耗电量和电池不要刻意追求功能最全 各项指标都最好的数码相机一定要注意您购买的数码相机有可能产生的附加费用 主要是电池和存储卡对相机的生产厂家一定要有所了解 Nikon Kodak Fijifilm Canon Sony 品牌往往代表着背后的服务水平 数码相机选购原则之 不要刻意追求功能最全 各项指标都最好的数码相机 从原则上讲 数码相机的指标中 光圈范围 快门速度 对焦距离 焦距范围 光学变焦 越宽越好 感光度越大越好 最好能有多种白平衡功能 同时曝光补偿越宽 间隔越小越好 而拍摄延迟越小越好 但如果要求所有的指标都最好 目前还没有一款数码相机能够达到这个要求 因而 如果您在使用中不重要的功能 就不要刻意追求最好 光学变焦和数码变焦 关掉数码变焦另外相机使用的镜头 一定要注意 这是相机成像的关键 如果您对相机镜头不是很了解 那就选择带有较有名相机镜头 如富士龙镜头 的相机 一般不会有错 至于其它的输出接口 间隔拍摄 浮动水印 全景拍摄等附加功能 只有在您选择好了数码相机之后 再参考参考 不要因为这方面的功能决定您对数码相机的取舍 关于LCD显示的取景误差 数码相机与传统相机最大的不同主要在于几乎所有的数码相机都有附上LCD液晶屏幕 可提供良好的预览效果 此外 LCD还提供有精准的近拍功能 因此如果使用者打算近拍目标时 千万别怀疑 打开LCD屏幕并等到整体塞满屏幕时 再按下快门 这个道理主要是因为简单的数码相机很少提供单眼反射观景窗 让拍摄者能跟相机透过同样的镜头看到物体 大多数的数码相机使用的是旁轴取景器设计 就是拍摄者从光学观景窗看到景物 而相机是从镜头组成看到景物 因此在拍摄者拉近或推远焦距时 难免产生误差 因此如果拍摄者要得到更精确的构图 就必须依赖LCD屏幕 得到来自CCD的实时影像转播 虽然LCD相当好用 可是使用者可千万要小心 由于开启LCD需要大量的电源 差距可能在四倍至五倍之多 所以最好只在近距离拍摄时使用LCD 并记得多带几套充足的电池 关于闪光灯的问题 再来说说数码相机时常遭人诟病的闪光灯问题 绝大多数的人都认为摄影时 只有光线不足的情况下才需要开启闪光灯 事实上包括逆光拍摄 背景光线过亮等情况下 都需要闪光灯来避免过暗的情况 此时最好将数码相机的闪光灯开启成强制模式 才能达到光线均匀的效果 但是 数码相机的闪光灯长久以来都有亮度不强的问题 大概只能近距离摄影时发挥功能 拍摄距离稍远的话 闪光灯就几乎没有任何作用 因此消费者选购时最好选择可外接闪光灯的机种 再搭配选购或使用传统的外接闪光灯 不然也可以在拍摄时 利用其他的光源增加拍摄物体的亮度 弥补闪光灯不足的缺憾 数字摄影的注意事项 仔细阅读厂家的使用手册 选择适当的分辨率 选择适当的压缩比例 注意构图 注意光线的运用 使用三角架 巧用连拍功能 后期编辑处理 用专用打印机和纸张输出照片 实践 实践 再实践 推荐品牌 富士 佳能 三星 索尼 奥林巴斯 尼康 卡西欧 柯达等紫光 西光 爱国者等 开发 Develop 2 拍摄教学片 所谓数码摄像机是将光信号通过CCD转换成电信号 再经过模拟数字转换 以数字格式将信号存储在数码摄像带 刻录光盘或者存储卡上的一种摄像记录设备 数码摄像机与传统摄像机相比的优点在于 图像分辨率高色彩及亮度带宽高可无限次翻录数码输出端子 1394 分为4pin和6pin两种 数码摄像机的基础知识 DigitalVideo 简称DV 其录制介质的体积越来越小更小 录影时间在不断加长 通常使用6 35mm带宽的录影带 以数码讯号来录制影音 录影时间为60分钟 有LP模式可延长拍摄时间至带长的1 5倍 目前市面上的DV录影带有两种规格 一种是标准的DV带 另一种则是缩小的miniDV带 一般家用的摄影机所使用的录影带都是属于miniDV带 另外同为6 35mm带宽的录影带 还有专业等级的DVCAM和DVCPRO 他们分别为SONY公司及Panasonic公司专业数码摄影机专用的录影带规格 DV的基础知识 OpticalZoom和DigitalZoom 光学Zoom和数码Zoom CCD像素以及3CCD防震功能 SteadyShot AF AutoFocus 自动对焦 AE AutoExpose 自动曝光 AGC AutoGainContraol 自动增益控制AWB AutoWhiteBalance 自动白平衡调节ProgramAE 自动程序曝光 1394接口和DV捕捉 1394卡的全称是IEEE1394InterfaceCard Sony等视频设备厂商称它为iLink 而创造了这一接口技术的Apple称之为Firewire 火线 IEEE1394是一种外部串行总线标准 400Mbit s的高速 刚出来的时候 被视为可以取代scsi等其他外部总线 但在之后的好几年里 一直发展有限 只用来连接数码摄象机 所以曾经有人说 1394总线会被USB2 0取代 不过近一年来 随着成本下降 1394卡正迅速普及 也逐渐出现了其他一些相关设备 如数码相机 硬盘 webcam等 严格的讲 1394卡象USB一样只是通用接口 而不是视频捕捉卡 比如说 你可以连接一个高速外接硬盘到1394卡上 不过因为1394卡的绝大多数用途是接摄象机 所以 我们通常把它看作捕捉卡1394捕捉 会录是原汁原味的 也就是说 可以在捕捉 回录过程没有任何损失 可以做一个很准确的类比 模拟视频像录音带翻录一样 是模拟转录 次数越多质量越差 而1394转录和软盘拷贝文件的道理一样 源文件和拷贝没有任何区别 DV选购基础指南 考虑预算用途 家用级或专业级基本可以满足需求输出方式 AV DV S端子3CCD镜头液晶显示屏和取景器电池与附件麦克风静物图象拍摄能力操控低光摄录能力 数码摄像机拍摄操作示例 选用摄像机型号 开发 Develop 3 教学片的采集 视频采集卡分为广播级视频采集卡 专业级视频采集卡 民用级视频采集卡 它们的区别主要是采集的图象指标不同 民用级视频采集卡的动态分辨率一般最大为384X288 PAL制25帧每秒 输入端子为AV复合端子与S端子 绝大多数不具有视频输出功能 另外 有一类视频捕捉卡是比较特殊的 这就是VCD制作卡 从用途上来说它是应该算在专业级 而从图象指标上来说他只能算做民用级产品 它的分辨率为352X288 25帧每秒 PAL制 它采集的视频文件为MPEG文件 采用MPEG1压缩算法 所以文件尺寸较小 但视频指标低于AVI文件 视频采集卡的工作原理 PC上通过视频卡可以接收来自视频输入端的模拟视频信号 对该信号进行采集 量化成数字信号 然后压缩编码成数字视频序列 大多数视频卡都具备硬件压缩的功能 在采集视频信号时首先在卡上对视频信号进行压缩 然后才通过PCI接口把压缩的视频数据传送到主机上 一般的PC视频采集卡采用帧内压缩的算法把数字化的视频存储成AVI文件 高档一些的视频采集卡还能直接把采集到的数字视频数据实时压缩成MPEG 1格式的文件 由于模拟视频输入端可以提供不间断的信息源 视频采集卡要采集模拟视频序列中的每帧图像 并在采集下一帧图像之前把这些数据传入PC系统 因此 实现实时采集的关键是每一帧所需的处理时间 如果每帧视频图像的处理时间超过相邻两帧之间的相隔时间 则要出现数据的丢失 也即丢帧现象 采集卡都是把获取的视频序列先进行压缩处理 然后再存入硬盘 也就是说视频序列的获取和压缩是在一起完成的 免除了再次进行压缩处理的不便 不同档次的采集卡具有不同质量的采集压缩性能 视频卡的选购指南 明确购买目的选择制式选择价格选择捕捉效果选择分辨率视频格式选择功能注重售后服务注意其他细节 1394采集和Mpeg 1采集卡采集示例 1394采集卡 IBM笔记本电脑Mpeg 1采集卡 PinnacleMP20用于视频会议的采集卡 Osprey200 开发 Develop 4 教学片的后期编辑与加工 介绍Real和Windows的编码器简单介绍Premiere 常用的编辑软件 首选编辑软件AdobePremiere6 0 这是专业级的制作软件 只要能想到的 这个软件都可以给你完成 例如果加简单字幕等等 声音的编辑在这里也很简单 市面上关于AdobePremiere的书也是很多 TmpegEnc 俗称小日本 该压缩软件是目前最为流行的压缩软件 具有压缩效率高 质量好 速度快等优点 可以同Premiere配合使用 BBMPEG 这个是压缩VCD的好帮手 也可以压缩DVD或者MPEG2 不过DVD压缩的质量不太好 DIVX4 它是专门用于宽带网交流的工具 可以把DVD压缩在VCD盘片上 视频格式的转换 AVI MPEG MPEG 1 HonestechMPEGEncoder1 1MPEG MPEG 1 AVI HonestechMPEGRecoder1 0 VCDGear GUI 2 0FinalMPEG MPEG 1 ASF 首先必须安装WindowsMediaToolkit 然后运行SonicFoundryStreamAnywhereMOV MPEG MPEG 1 要将MOV格式转换为MPEG格式 需要以下几个软件协同工作 AdobePremiere PanasonicMPEG最后向大家推荐一个下载音视频格式转换工具的好地方 开发 Develop 5 制作简单课件对前期工作的整合工作 可以用Flash等软件进行制作简单课件的工作 这一点详见其他老师的课程 开发 Develop 6 发布 刻录光盘或者制作网页 其他老师会介绍关于制作网页相关的知识 在这里只介绍关于刻录机的相关知识和技能 刻录机简介 和其它大容量存储设备相比 兼容性强 刻录的盘可以在普