多媒体制作教学材料第1章(精)ppt课件

.,多媒体技术及应用,郑世珏,华中师范大学计算机公共课程教研室2010年2月28日,课程安排,课程内容、知识模块顺序及对应学时的设计以人才培养目标为指导，融入现代教育思想，引入学科最新发展成果和教改教研成果。本课程的知识模块和学时的分配得到教务处和系（院）教学秘书认可。课程编号：31001002课程中文名称：多媒体技术与应用；课程英文名称：MultimediaTechnologyandApplication；课程类别：公共必修课；适用专业：全校非计算机专业各专业本科生；开课学期：第2学期；总学时：48学时（理论课32学时，实验课16学时，自主上机16学时）总学分：2；先修课程：大学计算机基础。,.,第1章导论,深入了解多媒体的定义及多媒体技术特点等基本概念了解数据压缩技术的基本原理和基本方法充分认识多媒体技术在当代社会特别是在社会科学中的应用了解多媒体技术的发展前景以及虚拟现实技术的应用环境了解多媒体产品的含义和如何保护多媒体产品的版权,11多媒体技术的基本概念,多媒体集文本、声音、图像、视频和动画等为一体，是计算机处理信息多元化的技术和手段。多媒体技术本质上是一种计算机接口技术，它采用图形交互界面、窗口选择操作等，使人机交互能力增强，有利于人与计算机之间的信息交流。,111媒体及媒体的分类,国际电报电话咨询委员会（CCITT，ConsultativeCommitteeforInternationalTelegraphandTelephone)是一个负责开发通讯标准的国际组织。目前，该组织已经成为国际电讯联盟标准化组（ITU-T）。该组织将媒体信息表示和传播的形式载体分为5类：感觉媒体、表示媒体、表现媒体、存储媒体和传输媒体。,感觉媒体：指直接作用于人的感觉器官，使人产生直接感觉的媒体。如引起听觉反应的声音、引起视觉反应的图像等。表示媒体：指传输感觉媒体的中介媒体，即用于数据交换的编码。如图像编码、文本编码和声音编码等。表现媒体：指进行信息输入和输出的媒体。如键盘、鼠标、显示器等。存储媒体：指用于存储表示媒体的物理介质。如磁盘、ROM、光盘等。传输媒体：指传输表示媒体的物理介质。如电缆、光缆和电磁波等。,112多媒体的定义,在计算机和通信领域，我们所指的信息的正文、图形、声音、图像、动画，都可以称为媒体。从计算机和通信设备处理信息的角度来看，我们可以将自然界和人类社会原始信息存在的形式数据、文字、有声的语言、音响、绘画、动画、图像（静态的照片和动态的电影、电视和录像）等，归结为三种最基本的媒体：声、图、文。,“多媒体”一词译自英文“Multimedia”，从字面上看，多媒体就是由单媒体复合而成的。多媒体技术从不同的角度有着不同的定义。在视觉媒体上，包括图形、动画、图像和文字等媒体，在听觉媒体上，则包括语言、立体声响和音乐等媒体。一般来说多媒体技术，是指计算机交互式综合处理多媒体信息文本、图形、图像和声音，使多种信息建立逻辑连接，集成为一个系统并具有交互性。,我们可以将自然界和人类社会原始信息存在的形式数据、文字、有声的语言、音响、绘画、动画、图像（静态的照片和动态的电影、电视和录像）等，归结为三种最基本的媒体：声、图、文。目前我们所说的多媒体，是指能够同时采集、处理、编辑、存储和展示两个或以上不同类型信息媒体的技术，这些信息媒体包括文字、声音、图形、图像、动画和活动影像等。简言之，多媒体是以电脑为基础的互动通信过程，用不同的媒体，例如文字、图形、图像、声音、动画和影视来传递信息。,113多媒体的元素,多媒体包括文本，图形，静态图像，声音，动画，视频剪辑等基本要素。不同的文档格式是为不同的情况而设定，互不兼容。,图1-1：不同的文档格式之间的关系,（1）文本文字是一连串人们能理解的字符，可算是最基本的沟通媒体。它包括普通文本、图形文字和动态文字。具体可分为以下几类，如图1.1所示：记事本文档(TXT)只有ASCII码，没有任何格式化编码。文本文档(DOC)包含文字及格式化编码，但需使用特别软件打开及导出。RichTextFormat(RTF)包含文字及格式化编码，而且是跨平台的，可用一般文件处理软件打开及导出。PortableDocumentFormat(PDF)能保留原文件的版面设定及排版格式。,（2）图片一般所说的图像不是指动态图像，而指的是静态图像，静态图像是一个矩阵，其元素代表空间的一个点,称之为像素点(Pixel)，这种图像也称位图。与文本信息相比，图片信息一般比较直观，抽象程度较低，阅读容易，而且图片信息不受宏观和微观，时间和空间的限制，这些内容都可用图片来表现。图片包括图形(Graphic)和图像(StillImage)两种。图形指的是从点，线，面到三维空间的黑白或彩色几何图，也称矢量图(VectorGraphic)。图像中的位(Bit)用来定义图中每个像素点的颜色和高度。对于黑白线条图常用1位值表示，对灰度图常用4位(16种灰度等级)或8位(256种灰度等级)表示该点的高度，而彩色图像则有多种描述方法。,（3）声音声音是人类听觉范围內的声波，这种一连串的模拟信号，可通过音效卡转换为数字信号。除了视觉以外，人类获得的大部分信息来源于所听到的声音，声音不一定是最主要的刺激因素,但它有着自身独特的性质和作用。声音信息主要有瞬时性，顺序性两方面的特性。在多媒体系统中，存储声音信息的文件，常见的格式有WAVE(WAV)，MIDI(MID)，MP3，RealAudio(RA)几种。,（4）动画动画是由靠显示一连串顺序的图片或帧以模拟动作。动画与视频一样，显示帧的速度越高，画面越流畅。动画文件主要有两种格式：一种是Autodesk公司的动画软件3Dstudio和AnimatorPro生成的FLIC动画文件；另一种由Macromedia公司的Director生成的MMM格式,也就是标准Windows术语所称的多媒体影片文件。,（5）视频视频是由一连串附有音轨的顺序帧(frame)组成。这些帧在显示器上迅速（例如每秒30格）顺序出现，在眼睛內造成“视觉残留”，产生活动影像的效果。视频中声音的质量，取决于帧大小、帧速率及位速率。两者的数值愈高，获得的声音的质量愈高。视频文件一般是以AVI，MOV，MPG，DAT等格式存储的。,114多媒体技术的特点,多媒体技术主要有以下几个特点：（1）集成性（2）控制性（3）交互性（4）非线性（5）实时性（6）信息使用的方便性（7）信息结构的动态性,1.2数据压缩技术,由于数字化的多媒体信息尤其是数字视频、音频信号的数据量特别庞大，如果不对其进行有效的压缩就难以得到实际的应用。因此，数据压缩技术已成为当今数字通信、广播、存储和多媒体娱乐中的一项关键的共性技术。,121数据压缩技术的基本原理,数据压缩，通俗地说，就是用最少的数码来表示信号。其作用是：能较快地传输各种信号。（1）数据压缩的性能指标：压缩比要大；实现压缩的算法要简单，就是速度快；恢复效果要好，要尽可能地完全恢复原始数据。（2）数据压缩的实现视频解码以及音频的编码、解码多依赖于专用芯片或数字信号处理器（DSP）未完成，并已有许多厂商推出了音视合一的单片MPEG1、MPEG2解码器。,122数据压缩的编码方法,数据压缩的编码方法主要有以下几种：（1）预测编码预测编码旨在去除相邻像素之间的冗余度，差分脉码调制（简称DPCM）是一种基本方法。如果用作预测的像素与被预测像素X在同一扫描行内，称为一维预测；当用作预测的像素位于相邻的不同扫描行上时则称为二维预测。（2）变换编码变换编码也是一种降低信源空间冗余度的压缩方法。由于变换所产生的变换系数之间的相关性很小，可以分别独立地对其进行处理。信号经大多数正交变换后，能量都集中在少数系数上，通过量化删去对图像信号贡献小的系数，只用保留下的系数来恢复原图像，并不引起明显的失真。这就是利用正交变换进行数据压缩的基本原理。,（3）量化DPCM将像素值转换为预测误差值。DC将像素值转换为DCT系数值，二者都仅仅是变换一种形式来表达原来用像素值表示的图像。只有在对预测误差，或对DCT系数进行量化时，才引入信息的损失。由于人眼对高频分量的不敏感，忽略高频分量后所恢复的图像，仍有较高的质量。（4）熵编码熵编码旨在去除信源的统计冗余信息，霍夫曼编码是最常见的熵编码方法。常用的熵编码还有算术编码，仙农码和游程编码等。所有这些编码方式都不引起信息的损失，因而称为无损编码。,5）具有运动补偿的帧间预测编码具有运动补偿的帧间预测编码包括：序列图像的运动估值，这主要是消除序列图像在时间上的冗余，是视频编码的另一重要途径。序列图像的时间冗余表现在：比较成熟的估值方法主要分为两大类：块匹配方法和像素递归法。两类方法都只估计物体的平移，其中块匹配方法应用比较广泛。帧间预测编码帧间预测与消除空间冗余的预测编码相类似，即不直接传送当前帧（k帧）的像素值x，而是传送x与前一帧的对应像素x之间的差值。在传送经运动补偿的帧间预测误差的同时，还需将该子块对就的运动量传送给解码器。,123JPEG静态图像压缩编码,（1）JPEG标准静像数据压缩标准(JPEG，JointPhotographicExpertsGroup)，直译为联合摄影术专家组，其中联合是指几个国际组织的联合。它是从1986年正式开始制订的。当时由两个国际组织联合支持，其一，是国际标准组织ISO；其二，是国际电报电话咨询委员会CCITT。到1987年l1月，国际电工委员会IEC也参加合作，因此说JPEG是三个国际组织合作的成果。从1986开始，经过许多次国际会议讨论和修改后，于1992年7月2日表决通过标准的第一部分。JPEG目前成为数字图像压缩的国际标准。它用于连续变化的静止图像，包括灰度等级和颜色两方面的连续变化。JPEG包含两种基本压缩方法，各有不同的操作模式。第一种是有损压缩，它是以DCT(DiscreteCosineTransform)为基础的压缩方法。第二种为无损压缩，又称预测压缩方法。,JPEG压缩编码算法,JPEG压缩编码算法为多灰度连续色调静态图像压缩编码(即JPEG标准)是适用于彩色和单色多灰度或连续色彩静止数字图像的压缩标准。JPEG编码处理过程如图1-2所示：,图1-2：JPEG编码处理过程,国际标准化组织ISO/IEC的运动图像专家组（MPEG，MovingPictureExpertGroup）是1988年成立的一个专家组，它的标准名称为动态图像及伴音编码。MPEG采用有损和不对称压缩编码算法，在多种视频压缩算法中MPEG是可提供低数据率和高质量的最好算法，其高压缩比可达20：1。MPEG-1是专家组于1991年制定的国际标准。它采用不同的编码参数得到的音视频数据质量也是不一样的。我们所熟悉的VCD就是其中的一种编码。专家组又于1993年制定MPEG-2国际标准，DVD就是采用了这种标准。,124MPEG运动图像压缩编码,目前MPEG的几种标准：(1)MPEG-1(2)MPEG-2(3)MPEG-3(4)MPEG-4(5)MPEG-7(6)MPEG-21,MPEG专家组1992年11月开发了新的适应于极低码率的音频/视频（AV，Audio-Visual）编码的国际标准，即MPEG-4。相对于MPEG的前两个压缩标准，MPEG-4已不再是一个单纯的视频音频编解码标准，它将内容与交互性作为核心，从而为多媒体提供了一个更为广阔的平台。除了一些压缩工具和算法外，各种各样的多媒体技术如图像分析与合成、计算机视觉、语音合成等也可以充分应用于编码中。,125H.261视听通信编码,（1）H.261视频编码标准H.261视频编码标准是CCITT1990年的建议。这个建议支持实时动态图像的压缩编解码，H.261是ITU-T为在综合业务数字网(ISDN)上开展双向声像业务(可视电话、视频会议)而制定的，速率为64kb/s的整数倍。（2）H.261视频编码方法H.261视频压缩算法的核心是运动估值预测和DCT编码，其许多技术(包括视频数据格式、运动估算与补偿、DCT变换、量化和熵编码)都被后来的MPEG-1和MPEG-2所借鉴和采用。H.261的视频编码算法是采用的混合编码方法，是基于DCT的编码方法和带有运动预测的DPCM预测编码方法的混合。,13多媒体的应用领域,（1）文化教育领域（2）历史研究领域（3）多媒体在企业中的应用（4）多媒体技术在体育教学中的辅助作用（5）现代美术创作和电脑软件技术（6）其他方面的应用,21世纪技术的进步，特别是信息化步伐加快，数字化技术将信息处理带入了新的领域。在信息技术飞速发展的今天，计算机技术、网络技术多媒体技术的发展与统一，无疑成为现代多媒体发展的新趋势。,131文化教育领域,多媒体技术是使教育活动多样化的新手段。世界各国的教育学家们正努力研究用先进的多媒体技术改进教学与培训。使计算机辅助教学(CAI)如虎添翼。实践已证明采用多媒体技术的教学系统有如下效果：(1)学习效果好。(2)说服力强。(3)教学信息的集成使教学内容丰富，信息量大。(4)感官整体交互，学习效率高。(5)各种媒体与计算机结合可以使人类的感官与想象力相互配合，产生前所未有的思维空间与创造资源。利用多媒体的集成性和交互性的特点编制出的计算机辅助教学软件，能给学生创造图文并茂、有声有色、生动逼真的教学环境，激发学生的学习积极性和主动性，提高学习兴趣和效率。多媒体课件能集各种教学经验于计算机应用软件，提高教学效果。,多媒体技术在教育领域的应用的一大方面是电子出版物的推出。国家新闻出版署对电子出版物定义为“电子出版物，是指以数字代码方式将图、文、声、像等信息存储在磁、光、电介质上，通过计算机或类似设备阅读使用，并可复制发行的大众传播媒体”。该定义明确了电子出版物的重要特点。电子出版物的内容可分为电子图书、辞书手册、文档资料、报刊杂志、教育培训、娱乐游戏、宣传广告、信息咨询、简报等，许多作品是多种类型的混合。电子出版物的特点：集成性和交互性，即使用媒体种类多，表现力强，信息的检索和使用方式更加灵活方便，特别是信息的交互性不仅能向读者提供信息，而且能接受读者的反馈。电子出版物的出版形式有电子网络出版和单行电子书刊两大类。,132历史研究领域,由于数字化、网络化的发展技术信息服务日益普及，并且在社科信息服务领域中得到成功地运用，这就为建立现代化的历史信息资源网络奠定了良好的基础。史学工作者不仅可以通过网络或数据库快速并及时地获取数字化的相关历史文献信息，而且可以及时追踪国内外研究的最新动态，从而提高了史学的研究效率和质量。2002年在波兰举行的国际“历史与计算机”会上，多国协会会员呼吁：历史学家要加快掌握历史研究与教学的计算机方法，充分利用网上的史料资源。,133多媒体在企业中的应用,（1）教育与培训（2）产品展示（3）办公自动化和信息管理（4）电子商务（5）电子邮件（6）知识管理与共享（7）娱乐、游戏,134多媒体技术在体育教学中的辅助作用,多媒体技术是集各种信息载体，包括文字、符号、声音、图形、语言、静止及活动画面于一体的信息技术，是体育教学的重要手段之一。（1）直观、形象的图、文、声、像，及时激发学生学习的兴趣。（2）为体育教师的备课提供了一个宽松的参考平台。（3）避免体育教师因示范错误而造成尴尬。（4）多媒体技术教学能培养体育教师，提高素质。,135现代美术创作和电脑软件技术,电脑美术的创作，依赖微电脑和专业的图形图像软件以及相关的专业外接设备这三个必备的客观基础条件，依赖于电脑美术家们丰富的创作经验和对电脑艺术执著的热情。电脑美术世界为我们提供了丰富多彩的生活模式。在美术软件开发行业中，也越来越走向专业化和多样化。优秀的软件开发公司在多年的开发过程中，为艺术家们提供了越来越多的电脑美术创作工具，而这一切的客观环境为电脑艺术家们在客观上提供了无比优越和自由创作的软件环境。,136其他方面的应用,大多数多媒体项目将通过电视机或具有内置交互用户输入的监视器而走入家庭。在这些装置上看多媒体很可能采取在数据高速公路上付费点播的方式。其它家电，如电话、音响、传真机、录像机等也会随计算机电视机的发展逐渐走向统一和融合。在宾馆、火车站、购物中心、博物馆和杂货店，多媒体将在终端机或服务亭里为人们提供信息和帮助。医疗单位分布；交通、旅游等知识和信息。该多媒全咨询系统的开通，能极大地方便苏州市民及外地来客。多媒体的应用领域十分广泛，除在教育领域，商业、服务行业、家庭、公共场所有所应用外，在军事领域，通信领域、虚拟现实、电子出版物、Internet的应用也是十分普遍的。,14多媒体的发展前景,21世纪技术的进步，特别是信息化步伐加快，数字化技术将信息处理带入了新的领域。在信息技术飞速发展的今天，计算机技术、网络技术多媒体技术的发展与统一，无疑成为现代多媒体发展的新趋势。,141多媒体的网络化发展趋势,随着语音、数据、视频的压缩编码技术及网络传输技术的不断提高，通过网络传输人们可以随时随地获得远端的视频、音频、数据信号，可以随时随地获取资源，实现多媒体的网络。多媒体化、网络化二者日益紧密结合。（1）网络化多媒体系统逐步统一（2）多媒体数字技术相互渗透融合（3）交互多媒体和智能多媒体技术不断发展,142多媒体终端的部件化、智能化,目前多媒体计算机硬件体系结构，多媒体计算机的视频音频接口软件不断改进，尤其是采用了硬件体系结构设计和软件、算法相结合的方案，使多媒体终端设备具有更高的部件化和智能化，对多媒体终端增加如文字的识别和输入、汉语语音的识别和输入、自然语言理解和机器翻译、图形的识别和理解、机器人视觉和计算机视觉等智能。（1）专用芯片不断出新（2）信息家电平台凸现（3）嵌入式多媒体系统应用越来越广,143多媒体的虚拟现实技术,虚拟现实（VirtualReality），简称VR。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。,144虚拟现实技术的基本设备,虚拟现实是近几年来国内外科技界关注的一个热点，其发展也是日新月异。与传统计算机相比，虚拟现实系统具有三个重要特征：临境性，交互性，想象性。虚拟现实技术的基本设备包括以下几种，如图1.5所示。,a.立体眼镜,b.头盔显示器,c.六自由度三维鼠标,d.数据手套,145虚拟现实开发工具,虚拟现实开发工具和软件工作环境正在日益丰富和成熟，功能也越来越强大，所支持的与虚拟现实相关的硬件设备也日趋复杂。开发工具和软件主要包括：OpenGL。它包括了100多个图形函数，开发者可以用这些函数来建立三维模型和三维实时交互。Vega。它是MultiGen-Paradigm公司最主要的工业软件环境，用于实时视觉模拟，虚拟现实和普通视觉应用。WorldToolKit。WTK是由美国Sensel公司开发的虚拟现实环境应用开发工具，是一种简洁的跨平台软件开发系统，可用于科学和商业领域建立高性能的、实时的、综合3D工程；VTree.VTree。它是CG2公司对实时三维图形可视化、三维模型开发、仿真应用开发等领域为客户提供的实时三维图形开发工具，可以跨平台使用。此外还有3DSMAX等。,146在线互动播放,虚拟现实阅览室可利用计算机模拟的智能仪器代替价格昂贵、操作复杂、容易损坏、维修困难的实验仪器，其具有操作简便、效果真实、图像清晰、着重突出作者的某种实验设计思想的特点。,图1-6：一种单透镜和组合透镜虚拟实验,147仿真情景,在教育领域，虚拟现实技术具有广泛的作用和影响。亲身去经历、亲身去感受比空洞抽象的说教更具说服力。主动地去交互与被动的观看，有质的差别。,图1-7：某高校的虚拟仿真校园场景,15多媒体产品,随着多媒体技术的不断发展，多媒体产品在我们的日常生活中的应用也越来越广泛。多媒体产品在存在形式上可分为软件产品和硬件产品两大类。软件产品是指在计算机上开发和应用的图形、声音、文字等的多媒体工具。硬件多媒体产品是指单独开发独立存在的媒体装置。它可以将计算机、电视机、录像机、录音机和游戏机等技术融为一体，形成电脑与用户之间可以相互交流的操作环境。,151多媒体产品的基本模式,随着多媒体技术的不断发展，多媒体产品在我们的日常生活中的应用也越来越广泛。多媒体产品在存在形式上可分为软件产品和硬件产品两大类。软件产品是指在计算机上开发和应用的图形、声音、文字等的多媒体工具。例如：媒体播放工具，数据库管理系统，图形制作和图像浏览器，保真音乐播放软件等等。硬件多媒体产品是指单独开发独立存在的媒体装置。它可以将计算机、电视机、录像机、录音机和游戏机等技术融为一体，形成电脑与用户之间可以相互交流的操作环境。如日常生活中的mp3,电子词典,掌上电脑等。,（1）多媒体创作工具产品多媒体创作工具产品介于多媒体操作系统与应用软件之间，是支持应用开发人员进行多媒体应用软件创作的工具，故又称为多媒体创作工具。多媒体创作工具必须担当起可视化编程的责任，它必须具有概念清晰、界面简洁、操作简单、功能伸缩性强等特点。从系统工具的功能角度划分，多媒体创作工具大致可以分为四类：媒体创作软件工具、多媒体节目写作工具、媒体播放工具以及其他各类媒体处理工具。媒体创作软件工具多媒体节目写作工具媒体播放工具,（2）多媒体应用产品多媒体应用产品最为流行的是多媒体应用软件图形制作和图像浏览工具。在图形（图像）领域里，除了AdobePhotoShop和3DSMAX，还有专业级的图形（图像）处理软件CorelDraw和Freehand。如果用户需要傻瓜一点的工具，友立公司出品的PhotoImpact和Cool3D会更适合，前者内建了神奇的百宝箱，能让使用者轻松的编辑出相当具水准的各种效果图片，后者可以非常轻松的制作出很酷的立体字和GIF动画图，甚至是各种效果的标题、对象、标志等等。另外，微软Office套件PhotoEdit和FrontPage伴侣Image等也能为众多多媒体用户分忧。,152多媒体产品的制作过程,多媒体产品的制作过程一般分为三个阶段其中每个阶段完成一个或几个特定的任务。（1）弄清开发产品的目的，开发出自己的风格。（2）进行产品加工与制作。（3）进行成品制作及包装。,153多媒体产品的版权,多媒体产品的著作权(亦称版权)是产品的创作者对其作品所享有的专有权利。版权是公民、法人依法享有的一种民事权利，属于无形财产权。在不触犯版权的情况下合理使用多媒体产品可以促进作品