第7章 计算机多媒体技术

第3章计算机多媒体技术 2020 4 7 多媒体技术及其应用是计算机基础知识的重要内容之一 本章主要介绍多媒体 多媒体技术 超媒体 多媒体关键技术的基本概念 强调了声音信息技术 视频信息技术 光盘存储技术 计算机图像 图像压缩技术知识 掌握一些常用的图像工具软件和多媒体技术应用软件 是我们学习多媒体知识的重要目的之一 3 1多媒体技术的概念及其关键技术 2020 4 7 3 1 1多媒体技术的几个基本概念 1 多媒体和多媒体技术计算机领域中媒体 Medium 包括两个概念 一是指存储信息的实体 如磁带 磁盘 光盘等 二是指承载信息的载体 或者是说各种信息的集合 如文本 文字 声音 视频 图形 图像等 多媒体是指文本 文字 声音 视频 图形和图像这些可用来表达信息的载体 多媒体技术是指 计算机交互综合处理多媒体信息 并在这些信息间建立逻辑连接 集成为一个系统且具有交互性 多媒体技术 能够同时抓取 处理 编辑 存储和展示两个以上不同类型的信息媒体 2020 4 7 2 多媒体计算机 多媒体计算机 MPC MultimediaPersonalComputer 指以计算机为基础 采用多媒体技术 把多种信息媒体集成并控制起来的系统 2020 4 7 多媒体计算机系统的构成有两种方式 一种是直接设计和实现的多媒体计算机 另一种是在现有计算机 特别是PC机 的基础上通过增加一些部件而升级为多媒体计算机 如 一台多媒体机是在普通机的基础上加一块声卡 及音箱 一个CD ROM光驱 再配置支持多媒体的操作系统 如Windows 即可构成 目前后一种形式在市场上占主流 2020 4 7 3 超文本及超媒体 在现代信息管理技术中 常用到超文本 Hypertext 和超媒体 Hypemedia 的概念 超文本采用一种非线性的网状结构来组织信息 采用这种网状结构 各信息块很容易按照人们的 联想 关系加以组织 用户阅读超文本的过程就是在网络中浏览和航行的过程 用户可以主动地决定他自已的阅读顺序 超文本充分利用了计算机的特点 基于多媒体信息结点的超文本 称之为 超媒体 2020 4 7 4 多媒体技术的应用领域 多媒体技术目前已广泛地应用于以下一些方面 教育与训练 演示系统 咨询服务 指挥控制系统 公共信息服务 如邮电 通信 银行系统等 电子出版物 多媒体信息管理 游戏与娱乐 办公自动化 计算机化的电视会议 地理信息系统等 可以说随着多媒体技术的不断进步和发展 它将会渗透到每一个信息领域 并使传统信息领域的面貌发生根本的变化 2020 4 7 3 1 2多媒体关键技术 多媒体技术的关键是处理音频和视频的软硬件技术 主要包括声音信息处理 图像信息处理 视频信息处理 包括数据压缩和解压缩 光盘存储技术和多媒体核心软件等技术 本章只介绍前三种处理技术 2020 4 7 1 声音信息技术 1 多媒体计算机中声音信息的表示声音可用波形来表示 为之能进入计算机进行处理 必须把它转换成二进制表示 这个过程称之为 数字化 声音的数字化分三步 第一步按一定的频率对声音波形进行采样 采样频率通常有三种 44 1KHz 22 05KHz 11 025KHz 也可以自行选择 采样频率越高 声音的保真度越好 2020 4 7 第二步对得到的每个样本值进行模数转换 称之为A D转换 转换精度有两种选择 16个二进位和8个二进位 位数越多噪音越小 第三步对产生的二进制数据进行编码 有时还需进行数据压缩 按照规定的统一格式进行表示 2020 4 7 2020 4 7 声音的另一种表示方式是合成法 它主要适用于音乐的计算机表示 这是一种把音乐乐谱 弹奏的乐器 击键力度等用符号进行记录的方法 目前广为采用的一种标准称之为MIDI musicalinstrumentdigitalinterface 与数字波表示方法相比 MIDI的数据量要少得多 相差2 3个数量级 编辑 修改也很容易 但它主要适用于表现各种乐器所演奏的乐曲 尚不能用来表示语言等其他声音 2020 4 7 2 声卡的主要功能 为了处理上述两类数字声音信息 多媒体计算机都包含有一个声音处理硬件 这种硬件俗称 声卡 声卡有内置式和外置式二种 所谓内置式即是把声卡集成在主机板上 所谓外置式是一种以插卡形式的独立产品 目前内置式占多数 声卡的主要功能是 将话筒或音响输入的声音进行数字化处理 采样频率 转换精度可由程序选择 将处理后的数字波形声音还原为模拟信号声音 经功率放大后输出 2020 4 7 可外接MIDI键盘 将弹奏的乐曲以MIDI形式输入计算机内 将计算机处理后的MIDI乐曲经合成器 波表合成器或频率合成器 具有多音色和复音能力 合成为音乐声音后输出 连接CD ROM 直接播放出激光唱片的声音 与声卡配套的还有一组声音处理实用程序 如数字波形声音编辑器 MIDI作曲软件 音序器 语音识别软件 语音合成软件等 2020 4 7 2 视频信息技术 视频信息为了能进入计算机处理 它首先必须 数字化 视频信息数字化的过程比声音复杂一些 它是以一幅幅彩色画面为单位进行的 每幅彩色画面有高度 Y 和色差 U V 三个分量 对Y U V三个分量需分别进行采样和量化 得到一幅数字图像 视频信息采用数字形式表示后有许多优点 例如 它更易于进行操作处理 图像质量更好 信息复制不会失真 有利于传输和存储等 具体知识在下节中详细介绍 2020 4 7 3 光盘存储技术 1 光盘技术的发展融声 文 图于一体的多媒体信息其特点是信息量极大且实时性很强 尤其是数字视频信息 因此 多媒体应用必须解决大容量存储器问题 选用大容量硬盘在开发阶段还可以 但提供给用户就不行了 采用CD compactdisc 光盘存储器是一个较好的解决方案 20世纪80年代初CD光盘从音响领域跨入计算机领域之后 CD光盘的技术和应用发展很快 性能有了大幅度提高 目前32 40 48倍速的光盘驱动器已占市场主流 2020 4 7 CD光盘的另一个品种是CD R 刻录式光盘 CD R又叫做CD写入器或CD刻录机 信息写入之后不可改写 所使用的盘片的几何尺寸 信息记录的物理格式和逻辑格式与CD ROM一样 因而可在普通CD ROM驱动器上读出信息 数据可以分多次向盘上写入 称之为multisession CD R驱动器也有单速 2倍速 4倍速 48倍速等多种 单倍速CD R读写的速度是150KB 秒 其它倍速是把倍速的数字与它相乘 2020 4 7 2 DVD产品 DVD digitalvideodisk 是比CD水平更高的新一代CD产品 它采用MPEG 2标准 把分辩率更高的图像和环绕立体声的伴音按MPEG 2压缩编码后存储在高密度光盘上 光盘容量达4 3GB以上 读出速度可达10Mb s以上 每张光盘可存放两小时以上高清晰度的影视节目 目前DVD产品在市场上已占据主导地位 3 2 3音频文件 音频文件通常分为两类 分别是声音文件和MIDI文件 声音文件指的是通过声音录入设备录制的原始声音 直接记录了真实声音的二进制采样数据 通常文件较大 而MIDI文件则是一种音乐演奏指令序列 相当于乐谱 可以利用声音输出设备或与计算机相连的电子乐器进行演奏 由于不包含声音数据 所以文件尺寸较小 1 声音文件数字音频同CD音乐一样 是将真实声音以数字信号的形式保存起来 播放时通过声卡将信号恢复成悦耳的声音 主要文件格式如下 1 WAVE文件 wav WAVE格式文件是Microsoft公司开发的一种声音文件格式 常见的WAVE文件主要有两种 分别对应于单声道 11 025kHz采样率 8位的采样值 和双声道 44 1kHz采样率 16位的采样值 对于单声道声音文件 采样数据为8位的短整数 而对于双声道立体声声音文件 每次采样数据为一个16位的整数 高8位和低8位分别代表左 右两个声道 WAVE文件数据块包含以脉冲编码调制 PCM 格式表示的样本 WAVE文件是由样本组织而成的 在单声道WAVE文件中 声道0代表左声道 声道1代表右声道 在多声道WAVE文件中 样本是交替出现的 WAVE文件能真实记录自然声波形 并且基本上没有数据压缩 因此数据量大 多用于存储简短的声音片段 2 MPEG音频文件 mp1 mp2和 mp3 MPEG音频文件格式指的是MPEG标准中的音频部分 即MPEG音频层 MPEGAudioLayer MPEG音频文件的压缩是一种有损压缩 根据压缩质量和编码复杂程度的不同可分为三层 MPEGAudioLayer1 2 3 分别对应MP1 MP2和MP3这三种声音文件 其中MP3音乐压缩格式的编码算法取自于MPEG 1AudioLayer3 即MPEG1音频编码算法的一部分 MPEG音频编码具有很高的压缩率 MP1和MP2的压缩率分别为4 1和6 1 8 1 而MP3的压缩率则高达10 1 12 1 也就是说一分钟CD音质的音乐 未经压缩需要10MB存储空间 而经过MP3压缩编码后只有1MB左右 同时其音质基本保持不失真 因此 目前使用最多的是MP3文件格式 3 RealAudio文件 ra rm和 ram RealAudio是RealNetworks公司开发的一种新型流行音频文件格式 主要用于在低速率的广域网中实时传输音频信息 网络连接速率不同 客户端所获得的声音质量也不尽相同 对于14 4Kb s的网络连接 可获得调频 AM 质量的音质 对于28 8Kb s的网络连接 可以达到广播级的声音质量 如果拥有ISDN或更快的线路连接 则可获得CD音质的声音效果 4 WMA文件 wma WMA WindowsMediaAudio 是微软公司推出的与MP3格式齐名的一种新的音频格式 是继MP3后最受欢迎的音乐格式 在压缩比和音质方面都超过了MP3 更是远胜于RA RealAudio 能在较低的采样频率下产生好的音质 WMA可以用WindowsMediaPlayer进行播放 目前网上的许多音乐纷纷转向WMA格式 因此许多播放器软件也纷纷开发出了支持WMA格式的插件程序 使WMA文件得到了更大的发展 2 MIDI文件 mid 为了解决电子乐器的通信问题 1982年 国际乐器制造者协会的十几家厂商 其中主要是美国和日本的厂商 会聚一堂 各抒己见 会议通过了美国SequentialCircuits公司的大卫 史密斯提出的 通用合成器接口 的方案 并改名为 音乐设备数字接口 MusicalInstrumentDigitalInterface 简称MIDI 1983年 MIDI协议1 0版正式发布 1985年11月 国际乐器制造者协会公布了 MIDI1 0版的细节规定 为MIDI的推广打下了坚实的基础 MIDI定义了计算机音乐程序 合成器及其他电子设备交换音乐信号的方式 还规定了不同厂家的电子乐器与计算机连接的电缆 硬件及其他设备间的数据传输协议 可用于为不同乐器创建数字声音 比如模拟笛子 大提琴 小提琴 钢琴等常见乐器 在MIDI文件中 只包含产生某种声音的指令 计算机将这些指令发送给声卡 声卡按照指令将声音合成出来 与声音文件相比 MIDI文件显得更加紧凑 文件尺寸也小 3 2多媒体播放软件 2020 4 7 在计算机领域中 多媒体被认为是一种传播 承载信息的资源 如音频 视频和网络等 它已被广泛地应用于个人计算机 个人计算机变成了可以进行音乐欣赏 电影观摩 多媒体游戏 信息检索等多项活动的多功能系统 下面介绍目前在日常生活中常用的几种多媒体播放软件 2020 4 7 3 3 1Windows中的多媒体功能 1 录音机单击 开始 程序 附件 娱乐 录音机 就能打开录音机程序 如图3 33所示 图3 33播放声音的录音机窗口 2020 4 7 2 WindowsMediaPlyer WindowsMediaPlyer是一种通用的多媒体播放器 可用于接收音频 视频和混合型多媒体文件 使用WindowsMediaPlyer 可以收听收看比赛实况 新闻报导或广播等 单击 开始 程序 附件 娱乐 WindowsMediaPlyer 就可打开 WindowsMediaPlyer 程序 如图3 39所示 2020 4 7 图3 39WindowsMediaPlyer窗口 2020 4 7 3 3 2豪杰超级解霸 豪杰超级解霸是位于北京中关村科技园区豪杰公司研制的一种非常优秀的多媒体解压缩软件 豪杰超级解霸3000版除了沿袭老版本优秀功能外 还增加了可播放网络上最新流行的压缩电影功能 可以流畅播放RM的影音文件 当然也可以播放一般MPEG4 DVD VCD DVCD SVCD CVD等几十种文件格式 并且读烂碟功能很强 除此之外界面彻底更新 一改以前单调的界面图形 提供了切换界面功能 看上去更具个性化 图3 43是豪杰超级解霸3000的图形界面 2020 4 7 图3 43豪杰超级解霸3000的图形窗口 2020 4 7 3 3 3音频播放软件Winamp 提到用计算机播放音频文件 人们通常就会想到目前流行的MP3 这是由于MP3格式的音乐文件具有压缩比高 音质失真小 网上传输方便等特点 越来越受到人们的欢迎 而Nullsoft公司出品的Winamp软件在播放MP3方面有较大的优势 同时它还能够播放绝大多数的音频文件 如MP2 MOD S3M MTM ULT XM IT 669 CD Audio Line In WAV VOC等音频格式 启动Winamp汉化5 0版本后 默认界面如图3 46所示 2020 4 7 图3 46Winamp工作窗口 2020 4 7 3 3 4RealPlayer播放器 RealPlaye