第1讲_信息及媒体

1、PhotoshopPhotoshop图像处理主讲：李苏阳主讲：李苏阳基础篇第1讲 信息与媒体1 内内 容容 提提 示示第第1 1讲讲 信息与媒体信息与媒体第第1 1讲讲 信息与媒体信息与媒体 信息、媒体、多媒体以及信息压缩等基本知识，信息、媒体、多媒体以及信息压缩等基本知识，是图像处理的重要基础。是图像处理的重要基础。PhotoshopPhotoshop图像处理图像处理 基础篇基础篇PhotoshopPhotoshop图像处理主讲：李苏阳主讲：李苏阳基础篇第1讲 信息与媒体2 信息信息(information)是指数据的含义，对人有用的数据。数是指数据的含义，对人有用的数据。数据经过解释并赋予

2、一定的意义后便成为信息据经过解释并赋予一定的意义后便成为信息 ( ( ISO定义定义) )。 数据数据信息信息 数据数据(data)是指可由计算机进行处理的，对事实、概念或是指可由计算机进行处理的，对事实、概念或指令的一种特殊表示形式指令的一种特殊表示形式 (ISO定义定义)。 数据包括数字、字符、符号、文字、语言、表格、声音数据包括数字、字符、符号、文字、语言、表格、声音以及图形、图像等。以及图形、图像等。数据数据信息信息抽象抽象表象表象数据与信息数据与信息PhotoshopPhotoshop图像处理主讲：李苏阳主讲：李苏阳基础篇第1讲 信息与媒体3信息分类信息分类音频信息音频信息规则声音规

3、则声音不规则声音不规则声音超视声频超视声频 信息信息超视频信超视频信息息超声频信超声频信息息其它信息其它信息触觉信息触觉信息嗅觉信息嗅觉信息心灵感应心灵感应其它信息其它信息视频信息视频信息静态信息静态信息动态信息动态信息 文本文本：数字信息、文字信息：数字信息、文字信息 静图静图：图像信息、图形信息：图像信息、图形信息 视频视频动画动画: 语音、音效、音乐语音、音效、音乐: 噪音噪音: 红外、紫外红外、紫外: 超声、亚声超声、亚声PhotoshopPhotoshop图像处理主讲：李苏阳主讲：李苏阳基础篇第1讲 信息与媒体4信息单位信息单位 位位(bit)是二进制数中的一个数位，计算机最小信息单

4、位。是二进制数中的一个数位，计算机最小信息单位。 字节字节(Byte)由八位二进制数组成的单元，计算机基本存储由八位二进制数组成的单元，计算机基本存储单位。单位。 1B = 8bits 1KB= 21B = 8bits 1KB= 21010B= 1024B 1MB= 2B= 1024B 1MB= 22020B= 024KBB= 024KB 1GB= 21GB= 23030B= 1024MB 1TB= 2B= 1024MB 1TB= 24040B= 1024GB 1PB= 2B= 1024GB 1PB= 25050B= 1024TBB= 1024TB1EB= 21EB= 26060B= 1024

5、PB 1ZB= 2B= 1024PB 1ZB= 27070B= 1024EB 1YB= 2B= 1024EB 1YB= 28080B= 1024ZBB= 1024ZB1NB= 21NB= 29090B= 1024YB 1DB= 2B= 1024YB 1DB= 2100100B= 1024NB B= 1024NB 字字(word)由若干字节组成的单元，计算机数据存储或处理由若干字节组成的单元，计算机数据存储或处理的计算单元。的计算单元。 字长字长(word)是是CPU直接处理和计算的二进制位数，直接处理和计算的二进制位数，计算机性能指标。计算机性能指标。 位位字节字节字、字长字、字长Photos

6、hopPhotoshop图像处理主讲：李苏阳主讲：李苏阳基础篇第1讲 信息与媒体5媒体媒体 媒体媒体(Media)是存储信息的是存储信息的实体实体(如纸张、磁盘、磁带、光如纸张、磁盘、磁带、光盘等盘等)，或承载信息的，或承载信息的载体载体(如文字、声音、图形、图像、动如文字、声音、图形、图像、动画、视频等画、视频等)。 以以空间空间为基础的不随时间变化的媒体为基础的不随时间变化的媒体(如文字、图形、图如文字、图形、图像等像等)，其内容不随时间变化而变化，但可按一定的时序显示。，其内容不随时间变化而变化，但可按一定的时序显示。媒体分类媒体分类 以以时间时间为基础或依赖于时间的媒体为基础或依赖于时

7、间的媒体( (如声音、视频、动画如声音、视频、动画等等) ) 。若时序发生改变，则媒体的含义也发生了变化。若时序发生改变，则媒体的含义也发生了变化。 媒体按与时间关系分类：媒体按与时间关系分类： 离散媒体离散媒体连续媒体连续媒体PhotoshopPhotoshop图像处理主讲：李苏阳主讲：李苏阳基础篇第1讲 信息与媒体6 数字媒体数字媒体是指采用数字是指采用数字编码编码和不同和不同格式格式描述的描述的表示媒体表示媒体。 文本文本(text)信息包括语言文字和符号字符，如信息包括语言文字和符号字符，如ASCII码、汉码、汉字编码存储的文件。文本信息是数字媒体系统中主要的使用最字编码存储的文件。文

8、本信息是数字媒体系统中主要的使用最频繁的媒体。文本一般分为非格式化文本和格式化文本。文本频繁的媒体。文本一般分为非格式化文本和格式化文本。文本信息特点是：信息量大，但占用存储空间很小。信息特点是：信息量大，但占用存储空间很小。数字媒体数字媒体文本信息文本信息 图像图像(image)信息和信息和图形图形(graph)。图像是客观世界物体的反。图像是客观世界物体的反映，以数字化方式记录的模拟影像，如照片、精细图画等；映，以数字化方式记录的模拟影像，如照片、精细图画等；图形由线条和色块构成，由计算机生成，如线形图画、工程图形由线条和色块构成，由计算机生成，如线形图画、工程制图、美术字等。制图、美术字

9、等。静图信息静图信息PhotoshopPhotoshop图像处理主讲：李苏阳主讲：李苏阳基础篇第1讲 信息与媒体7 视频视频(video)和和动画动画(animation)。视频也称。视频也称影像影像，其每帧画，其每帧画面由实时摄取的自然景观或活动对象转换的数字形式；动画面由实时摄取的自然景观或活动对象转换的数字形式；动画是运动图画，由计算机生成的连续图形序列。是运动图画，由计算机生成的连续图形序列。 人类听觉所感受到的人类听觉所感受到的声音声音(20Hz20KHz)，包括，包括语音语音、音乐音乐和和音效音效。语音表示为文字意义或旁白；音乐表示背景音乐以。语音表示为文字意义或旁白；音乐表示背景

10、音乐以营造整体气氛；音效大多用来配合动画，表现动态效果。营造整体气氛；音效大多用来配合动画，表现动态效果。动图信息动图信息音频信息音频信息PhotoshopPhotoshop图像处理主讲：李苏阳主讲：李苏阳基础篇第1讲 信息与媒体8 数字媒体艺术数字媒体艺术基于数字媒体，集基于数字媒体，集艺术艺术、技术技术为一体，融合为一体，融合计算机图形学、多媒体技术、视觉艺术、设计学等学科，计算机图形学、多媒体技术、视觉艺术、设计学等学科，属于属于视觉艺术和视听艺术范畴。艺术表现形式为：视觉艺术和视听艺术范畴。艺术表现形式为：数字媒体数字媒体艺术艺术视觉艺术视觉艺术雕塑、绘画、摄影、工艺、建筑雕塑、绘画、

11、摄影、工艺、建筑听觉艺术听觉艺术音乐、歌曲音乐、歌曲视听艺术视听艺术舞蹈、戏曲、电影、电视、动画舞蹈、戏曲、电影、电视、动画视觉想象艺术视觉想象艺术文学、诗歌文学、诗歌PhotoshopPhotoshop图像处理主讲：李苏阳主讲：李苏阳基础篇第1讲 信息与媒体9 多媒体多媒体(Multimedia) )是指综合多种媒体，将多种实体和多种是指综合多种媒体，将多种实体和多种载体上的信息、计算机技术以及通信技术集成在同一个数字环载体上的信息、计算机技术以及通信技术集成在同一个数字环境中，以协同表示更丰富更复杂的信息。境中，以协同表示更丰富更复杂的信息。多媒体多媒体集成性集成性 在综合处理多种媒体信息

12、过程中各种技术的集成，包括多种媒在综合处理多种媒体信息过程中各种技术的集成，包括多种媒体信息的集成和多种媒体所用设备的集成。体信息的集成和多种媒体所用设备的集成。交互性交互性 实现媒体信息的双向处理，即用户与计算机的多种媒体进行交实现媒体信息的双向处理，即用户与计算机的多种媒体进行交互式操作，从而提供更有效控制和使用信息的手段。互式操作，从而提供更有效控制和使用信息的手段。多样性多样性 通过多种媒体信息载体的共同作用下，通过视、听、触、嗅、通过多种媒体信息载体的共同作用下，通过视、听、触、嗅、味等感觉器官使人们得到和产生更为广泛、更为自由的信息空间。味等感觉器官使人们得到和产生更为广泛、更为自

13、由的信息空间。PhotoshopPhotoshop图像处理主讲：李苏阳主讲：李苏阳基础篇第1讲 信息与媒体10 信息时代以信息时代以信息数字化信息数字化为特征，带来了信息爆炸。海量的为特征，带来了信息爆炸。海量的数字化信息，给存储器容量、计算机处理速度以及通信传输都数字化信息，给存储器容量、计算机处理速度以及通信传输都提出了更高的要求。提出了更高的要求。压缩目的压缩目的 1 1页页B5B5篇幅文件篇幅文件：若扫描仪以若扫描仪以300dpi300dpi分辨率采样，则数据量为分辨率采样，则数据量为6.6MB/6.6MB/页。页。一片一片650MB650MB的的CD-ROMCD-ROM可存储可存储9

14、898页。页。 1 1秒钟双通道立体声秒钟双通道立体声CD-ACD-A音乐音乐：若以若以44.1kHz44.1kHz采样频率、采样频率、1616位量化采样，位量化采样，则数据量为则数据量为1.41Mb/s1.41Mb/s。一片。一片650MB650MB的的CD-ROMCD-ROM可存储可存储1 1小时音乐。小时音乐。 1 1帧数字视频图象帧数字视频图象：若采用若采用NTSCNTSC制式、彩色、制式、彩色、4:4:44:4:4采样，则数据量为采样，则数据量为7.603MB/s7.603MB/s。一片。一片650MB650MB的的CD-ROMCD-ROM可存储可存储12261226帧，可播发帧，可

15、播发1.421.42分钟；若采用分钟；若采用PALPAL制制式、彩色、式、彩色、4:4:44:4:4采样，则其数据量为采样，则其数据量为31.3MB/s31.3MB/s。一片。一片650MB650MB的的CD-ROMCD-ROM可存储可存储524524帧，可播发帧，可播发20.920.9秒钟。秒钟。 存在问题存在问题PhotoshopPhotoshop图像处理主讲：李苏阳主讲：李苏阳基础篇第1讲 信息与媒体11 压缩信息量，并以压缩形式存储和传输。这样既可节约存压缩信息量，并以压缩形式存储和传输。这样既可节约存储空间，提高传输速率，也利于计算机对数字信息的实时处储空间，提高传输速率，也利于计算

16、机对数字信息的实时处理。理。 1 1幅陆地卫星图像幅陆地卫星图像：若分辨率为若分辨率为23402340和和32403240、4 4波段、采样精度为波段、采样精度为7 7位位 ，则数据量为则数据量为212Mb212Mb。按每天。按每天3030幅计算，一天的数据量为幅计算，一天的数据量为6.35Gb6.35Gb，一年的数据量为，一年的数据量为2300Gb 2300Gb 。 提高计算机硬件系统性能；提高计算机硬件系统性能； 对数字化信息采用压缩技术。对数字化信息采用压缩技术。压缩原理压缩原理 图像数据中存在着大量的图像数据中存在着大量的冗余冗余，通过去除这些冗余数据可，通过去除这些冗余数据可以使原始

17、图像数据极大地减少。以使原始图像数据极大地减少。解决途径解决途径PhotoshopPhotoshop图像处理主讲：李苏阳主讲：李苏阳基础篇第1讲 信息与媒体12 静态图像中存在的最主要的一种冗余。因同一景物表面上各采样静态图像中存在的最主要的一种冗余。因同一景物表面上各采样点的颜色之间存在着空间连贯性而产生空间冗余。可通过改变颜色像点的颜色之间存在着空间连贯性而产生空间冗余。可通过改变颜色像素存储方式来利用空间连贯性，以达到减少数据量的目的。素存储方式来利用空间连贯性，以达到减少数据量的目的。 序列图像序列图像( (如视频和动画如视频和动画) )中包含冗余。在图像序列中，位于时间中包含冗余。在

18、图像序列中，位于时间轴区间内的一组连续画面，其中相邻帧图像之间常常包含相同的背轴区间内的一组连续画面，其中相邻帧图像之间常常包含相同的背景和移动物体，只是物体所在位置略有不同。因此前、后帧的数据景和移动物体，只是物体所在位置略有不同。因此前、后帧的数据许多共同的内容，即具有共同性。许多共同的内容，即具有共同性。 图像的像素值存在明显的分布模式结构产生的数据冗余。可通图像的像素值存在明显的分布模式结构产生的数据冗余。可通过某一过程生成图像。过某一过程生成图像。空间冗余空间冗余时间冗余时间冗余结构冗余结构冗余PhotoshopPhotoshop图像处理主讲：李苏阳主讲：李苏阳基础篇第1讲 信息与媒

19、体13 人眼的视觉系统对图像场视觉的敏感和不敏感同等对待而产生人眼的视觉系统对图像场视觉的敏感和不敏感同等对待而产生了更多数据冗余。在编码时，若将图像分解为视觉特性通道，则可了更多数据冗余。在编码时，若将图像分解为视觉特性通道，则可获得较大的压缩比。获得较大的压缩比。 某些图像的理解与某些知识具有很大的相关性。根据已有知识某些图像的理解与某些知识具有很大的相关性。根据已有知识和规律性结构可通过先验知识和背景知识得到冗余。将某些图像中和规律性结构可通过先验知识和背景知识得到冗余。将某些图像中的物体构造其基本模型，并创建各种特征的图像库，因而图像的存的物体构造其基本模型，并创建各种特征的图像库，因

20、而图像的存储只需要保存一些特征参数，可大大减少数据量。储只需要保存一些特征参数，可大大减少数据量。视觉冗余视觉冗余知识冗余知识冗余PhotoshopPhotoshop图像处理主讲：李苏阳主讲：李苏阳基础篇第1讲 信息与媒体14 无损压缩无损压缩也称也称不失真压缩不失真压缩，是去掉或减少数据的冗余进行压缩。，是去掉或减少数据的冗余进行压缩。这些冗余值可重新插入数据中实现原始数据的完全恢复而不失真。这些冗余值可重新插入数据中实现原始数据的完全恢复而不失真。但该压缩方法压缩比受到统计理论的限制，一般为但该压缩方法压缩比受到统计理论的限制，一般为2:1-5:12:1-5:1。主要适。主要适用于：文本、

21、数据、程序和应用场合的图像数据的压缩。用于：文本、数据、程序和应用场合的图像数据的压缩。无损压缩无损压缩 有损压缩有损压缩也称也称失真压缩失真压缩，是减少信息量，是减少信息量( (压缩熵压缩熵) )来进行压缩。来进行压缩。这种压缩是不可逆的。一般是利用人的视觉和听觉对图像或声音中这种压缩是不可逆的。一般是利用人的视觉和听觉对图像或声音中的不敏感性进行压缩。虽损失一些信息且不能完全恢复原始数据，的不敏感性进行压缩。虽损失一些信息且不能完全恢复原始数据，但换取了高的压缩比。该压缩方法主要适用于：语音数据、图像数但换取了高的压缩比。该压缩方法主要适用于：语音数据、图像数据和视频数据的压缩。据和视频数据的压缩。有损压缩有损