计算机基础第五章

1、目录目录5.1 多媒体技术概述多媒体技术概述 5.2 多媒体计算机系统的组成多媒体计算机系统的组成 5.3 多媒体信息的数字化处理多媒体信息的数字化处理5.4 多媒体数据压缩技术多媒体数据压缩技术 5.5 多媒体多媒体应用技术应用技术 第五章 多媒体技术基础1. 媒体媒体 (Media或或Medium)的概念的概念 媒体是人类社会生活中信息传播、交流、转换的载体，如书本、报纸、电视、广播、杂志、磁盘、光盘及相关设备等。 （1） 两层含义：一是指信息存储与传输的实体 ；二是指信息的表现形式。 （2）二者关系：实体与表现形式相互依存，实体反映信息的存在形式，形式确定信息的表现类型。5.1.1 多媒

2、体及多媒体信息的类型多媒体及多媒体信息的类型5.1 多媒体技术概述多媒体技术概述 (3) 表现媒体（Presentation Medium）：指将感觉媒体输入到计算机中或通过计算机展示感觉媒体的物理设备，即获取和还原感觉媒体的计算机输入和输出设备。如显示器、打印机、音箱等输出设备，键盘、鼠标、话筒、扫描仪、数码相机、摄像机等输入设备。 (4) 存储媒体（Storage Medium）：指存储表示媒体信息的物理设备。例如，软盘、硬盘、磁带、光盘、内存和闪存等。 (5) 传输媒体（Transmission Medium）：指传输表示媒体的物理介质，如双绞线、同轴电缆、光纤、空间电磁波等。图51 媒

3、体与计算机系统2. 2. 媒体的分类 CCITT制定了媒体分类标准，将信息的表现形式、信息编码、信息转换与存储设备、信息传输网络等统一规定为媒体，并划分为以下5种类型： （1）感觉媒体（Perception Medium）：直接作用于人的感官，使人能直接产生感觉。例如，人类的语言、音乐、图形、静止的或动态的图像、自然界的各种声音以及计算机系统中的文件、数据和文字等。 (2) 表示媒体（Representation Medium）：指各种编码，如语言编码、文本编码和图像编码等。这是为了加工、处理和传输感觉媒体而人为地研究、构造出来的一类媒体。3. 多媒体的概念 （1）多媒体（Multimedia

4、）：多媒体是由两种以上的媒体融合而成的信息综合表现形式，是多种媒体的处理、集成和利用的结果。 (2)多媒体的实质：多媒体的实质是将不同表现形式的媒体信息数字化并集成，通过逻辑链接形成有机整体，同时实现交互式控制，数字化与交互集成是多媒体的精髓。 (3)多媒体与传统媒体的区别： 传统媒体基本上都是模拟信号，而多媒体信息都是数字化的。 传统媒体只能让人被动地接受信息，而多媒体可以让人主动与信息媒体交互。 传统媒体一般是单一形式，而多媒体是两种以上不同媒体信息有机的集成。4.多媒体信息类型 (1) 文本（Text）：文本是以文字、数字和各种符号表达的信息形式，是多媒体信息中使用最多的信息媒体，主要用

5、于对知识的描述。 (2) 图形（Graphic）：图形是指用计算机绘图软件绘制的从点、线、面到三维空间的以矢量坐标或位图像素表示的黑白或彩色图形。例如，以直线、矩形、圆、多边形以及其他可用角度、坐标和距离来表示的几何图形。 (3) 图像（Image）：图像是指静态图像，如各种图纸、照片等。图像可以从现实世界中获取，也可以利用计算机产生数字化图像。图像是由单位像素组成的位图来描述的，每个像素点都用若干位二进制数编码，用来反映像素点的颜色和亮度。 (4) 音频（Audio）：音频是指在20Hz20kHz频率范围的连续变化的声波信号，可分为语音、音乐与合成音效3种形式。 (5) 视频（Video）与

6、动画（Animation）：视频是指从摄像机、录像机、影碟机以及电视接收机等影像输出设备得到的连续活动图像信号；动画则是采用计算机动画设计软件创作，由若干幅图像进行连续播放而产生的具有运动感觉的连续画面。多媒体信息类型实例 通常，人们将文本、声音、图形、图像、视频、动画的综合体统称为“多媒体”。由此可见，多媒体信息包括以下6种： 文本文本 声音声音 图形图形 图像图像 动画动画 视频影像视频影像5.1.2 多媒体技术及其特点 1. 多媒体技术多媒体技术 多媒体技术是计算机综合处理多种媒体信息，在多种媒体信息间建立逻辑连接，并集成为一个具有交互性的系统的技术。 多媒体技术的关键特性在于信息载体的

7、集成性、多样性和交互性，这也是多媒体技术研究中必须解决的主要问题。 2. 多媒体技术的特点多媒体技术的特点 (1) 集成性：多媒体技术是多种媒体信息的有机集成，也包括处理这些媒体信息的软、硬件的集成。多媒体信息的集成是指各种媒体信息的多通道统一获取、统一存储、组织以及表现合成等方面。 (2) 多样性：指媒体种类及其处理技术的多样性。 (3) 交互性：指用户与计算机之间进行数据交换、媒体交换和控制权交换的一种特性，它提供了用户更加有效地控制和使用信息的手段。 5.1.3 多媒体信息处理的关键技术 多媒体技术利用计算机将各种媒体以数字化的方式集成在一起，从而使计算机具有获取、存储、处理和表现多种媒

8、体信息的综合能力。多媒体计算机系统需要将不同的媒体数据表示成统一的数据结构码流，然后对其进行变换、重组和分析处理，以进行进一步的存储、传送、输出和交互控制。 多媒体信息处理的关键技术包括：多媒体音频、视频技术；多媒体数据压缩技术；多媒体计算机系统技术；多媒体数据存储技术。5.1.4多媒体技术的应用及发展前景1. 多媒体技术的应用多媒体技术的应用 (1) 生活娱乐领域 (2) 商业领域 (3) 教育培训领域 (4) 网络通信应用 (5) 家庭及个人应用 (6) 多媒体电子出版物 (7) 模拟仿真应用 (1) 生活娱乐领域 (2) 商业领域 (3) 教育培训领域 (4) 网络通信应用 (5) 家庭

9、及个人应用 (6) 多媒体电子出版物 (7) 模拟仿真应用2. 多媒体技术的发展前景5.2 多媒体计算机系统的组成 多媒体计算机系统也是由硬件和软件两大部分组成，其层次结构如图42所示。图42 多媒体计算机系统的层次结构 多媒体计算机系统是由高性能的硬件、操作系统平台、应用工具软件、用户应用软件等组成，其系统结构如图43所示。图43 多媒体计算机系统的组成5.2.1多媒体硬件系统 1.计算机硬件及多媒体计算机硬件及多媒体I/O设备设备 (1) 计算机硬件 计算机硬件是指具备多媒体信息处理能力的计算机基本部件，主要包括CPU、内存、外存（磁盘、光盘）、显示系统（显示卡、显示器）以及基本输入/输出

10、设备。 (2) 多媒体I/O设备 多媒体I/O设备主要包括以下5类： 视频、音频、图像输入设备：如摄像机、录像机、数码照相机、话筒、扫描仪等。 视频、音频输出设备：如电视机、投影仪、音响等。 人机交互设备：如键盘、鼠标、触摸屏、显示器、彩色打印机、光笔等。 存储设备：软盘、硬盘、磁带、USB移动盘、各种光盘等。 通信设备：宽带网络等。 2. 多媒体扩展硬件 多媒体扩展硬件主要指用于音/视频信号的压缩和解压缩（实时）硬件，如声卡、视频卡等。常用多媒体硬件连接如图44所示。图44 常用多媒体硬件连接5.2.2多媒体软件 1. 多媒体多媒体I/O驱动驱动 多媒体I/O驱动主要指各种硬件的驱动程序。这

11、一层的主要功能是连接、驱动硬件设备并提供软件编程接口，以便高层软件调用。 2. 多媒体操作系统多媒体操作系统 多媒体操作系统是多媒体高层软件与硬件之间交换信息的桥梁，是用户使用多媒体设备的操作接口，主要包括三大功能：操作（命令、图标等）接口、程序调用接口以及管理功能。 Microsoft公司的Windows系列操作系统（特别是Windows 2000、Windows XP）、Apple公司的Mac OS x等都是典型的多媒体操作系统。 3. 多媒体开发工具 多媒体开发工具是集成了多媒体信息处理、多媒体应用创作与开发的各种工具软件，它向用户提供各种媒体信息的编辑能力、多媒体信息的集成交互能力和多

12、媒体应用的开发能力，从而构成一个高效方便的多媒体集成环境。 目前，多媒体开发工具种类繁多、功能各异，如MS Windows操作系统中的多媒体录制与播放工具、各种外挂多媒体播放器（CD播放器、VCD播放器、MP3播放器、MP4播放器、流媒体播放器等）、Adobe公司的Photoshop图像处理软件、Premiere视频编辑软件、Micromedia公司的Authorware多媒体创作软件、Flash动画制作软件及Dreamweaver网页制作软件、Microsoft公司的PowerPoint与FrontPage等多媒体集成软件。4. 多媒体应用系统 多媒体应用系统位于多媒体计算机系统层次结构的最

13、高层，是利用多媒体创作工具设计开发的面向应用领域的多媒体软件系统。例如，多媒体计算机辅助教学系统、多媒体电子出版物、视频会议系统、网络教育系统、电子商务系统等，其最大特点是强调人与系统的交互性。5.3 多媒体信息的数字化处理 所谓数字化，是指利用计算机信息处理技术将声、光、电、磁等信号转换成数字信号，或将语音、文字、图像等信息转变为数字编码，用于传输与处理的过程。与非数字信号（信息）相比，数字信号具有传输速度快、容量大、抗干扰能力强、保密性好、便于计算机操作和处理等优点。 现实中的信号分为模拟信号和数字信号两大类。 模拟信号是指某一电参量（幅度、频率、相位）在一定的取值范围内连续变化的信号，如

14、话筒产生的话音电压信号。 数字信号是指某一电参量在一定的取值范围内跳跃变化，仅有有限个取值的信号。数字化过程 多媒体信息数字化包括3个阶段，即采样（Sampling）、量化（Quantization）与编码（Coding），如图45所示，这个数字化的过程有时也称为模/数（Analog To Digital, A/D）转换。 图45 模拟信号的数字化过程5.3.1音频信息1. 音频信号的数字化音频信号的数字化音频信号是模拟信号，它不仅在幅度值上是连续的，而且在时间上也是连续的。音频信号数字化就是将模拟的声音波形离散化，以便在计算机中存储和处理。(1) 采样采样是在时间上对话音和音乐信号进行离散化

15、处理，即每隔一定的时间间隔T，抽取话音信号的一个瞬时值，使声音信号在时间上离散化。 采样的主要参数是采样频率。 采样频率是指将模拟声音波形数字化时，每秒钟抽取的声波幅度样本的次数，其单位是kHz（千赫兹）。采样频率的高低是根据声音信号的最高频率和奈奎斯特采样定理决定的。采样的过程如图46所示。 音频信号的频率大约在20Hz20kHz之间，根据奈奎斯特采样定理，为了保证声音数字化后不失真，采样频率应在40kHz以上。常用的音频采样频率有8kHz、11.025kHz、22.05kHz、32kHz、44.1kHz、48kHz等。图46 采样的过程2. 音频文件格式 Wave格式文件（. Wav）：记

16、录了真实声音的二进制采样数据，通常文件较大。 MIDI格式文件（.MID）：数字音乐的国际标准. 记录的是音符数字，文件小。 MPEG音频文件（.MP1/.MP2/.MP3）：采用MPEG音频压缩标准进行压缩的文件。 RA格式文件（.ra）：（Real Audio）是Real Network公司制定的音频压缩规 范，有较高的压缩比，采用流媒体的方式在网上实时播放。 MP4格式文件（.MP4）：通常将音乐与视频集成在一起成为一种影音同步文件，但其格式并无统一标准。5.3.2 图形和图像 数字化图像信息通常有两种存在形式：一种是位图（也叫点阵图），另一种是矢量图。通常把位图称为图像，把矢量图称为图

17、形。 1. 图形图形 图形是用计算机绘图软件或绘图指令绘制的从点、线、面到三维空间的以矢量坐标或位图像素表示的黑白或彩色图形。 这些图形有不同的形状、位置、大小、色彩等属性，例如，以直线、矩形、圆、多边形以及其他可用角度、坐标和距离来表示的几何图形。 2. 位图 位图即位映射图，又称点阵图，通常将一幅位图图像考虑为一个矩阵，矩阵中的一个元素（Pixel，像素）对应图像的一个点，相应的值表示该点的灰度或颜色等级。 矢量图与位图比较，位图的容量一般较大，矢量图一般较小；位图的文件内容是点阵数据，矢量图的文件内容是图形指令。从应用的特点看，位图适合于获取和复制，表现力丰富，但编辑较复杂；矢量图易于编

18、辑，适于绘制和创建，放大和缩小不会产生失真，点阵图放大会产生失真。 3. 图形/图像处理 矢量图形处理是计算机信息处理的一个重要分支，被称为计算机图形学，主要研究二维或三维空间图形的矢量表示、生成、处理、输出等内容。 图像处理是指对位图图像进行的数字化处理、压缩、存储和传输等内容，具体的处理技术包括图像变换、图像增强、图像分割、图像理解、图像识别等。 在实际应用中，经常将矢量图和位图结合起来使用，以增强图像/图形的表现能力。5.3.3 视频信息 视频信息通常通过摄影机拍摄而产生，最常见的视频形式是各种电视画面。如果每帧图像是由人工或计算机产生的图像，则称为动画。按照视频的存储与处理方式不同，可

19、分为模拟视频与数字视频两种。 1. 模拟视频：模拟视频：模拟视频是以连续的模拟信号方式存储、处理和传输的视频信号，所用的存储介质、处理设备以及传输网络都是模拟的。 2. 数字视频：数字视频：数字视频是以离散的数字信号方式表示、存储、处理和传输的视频信息，所用的存储介质、处理设备以及传输网络都是数字化的。 3. 模拟视频和数字视频的特点模拟视频和数字视频的特点常见视频文件的格式 AVI（Audio-Video Interleaved）文件：将视频与音频信息交错地保存在一个文件中，较好地解决了音频与视频的同步问题，已成为Windows视频标准格式文件。MOV文件：利用它可以合成视频、音频、动画、静

20、止图像等多种素材。MPG(.mpg)文件：是按照MPEG标准压缩的全屏视频的标准文件。DAT文件：是VCD专用的格式文件，文件结构与MPG文件格式基本相同。 3. 动画 (1) 动画软件 计算机动画制作软件是创作动画的工具，使用这种工具不需要编程，只要有一定的计算机操作技能和一定的动画及美术知识，通过相对简单的交互式操作，就可以根据动画构思制作出计算机动画。根据创作的对象不同，动画制作软件分成二维和三维动画软件两种。 (2) 动画文件格式 包括：FLIC(FLI/FLC) ；SWF ；GIF 5. 4多媒体数据压缩技术 5.4.1数据压缩技术概述 1. 多媒体信息压缩的必要性多媒体信息压缩的必

21、要性 多媒体信息包括文本、声音、图形图像和视频等多种媒体信息。经过数字化处理后其数据量是非常大的。 对多媒体信息如果不采取任何数据压缩技术，计算机系统将无法存储和处理如此巨大的信息量，而且，多媒体信息中又存在大量的信息冗余，因此有必要对多媒体信息进行有效的压缩。 2. 数据压缩的分类 按照压缩效果，多媒体数据压缩又可分为有损压缩和无损压缩两种类型。 （1）无损压缩 无损压缩方法原理是统计被压缩数据中重复数据的出现次数来进行编码，能确保解压后的数据不失真 。 （2）有损压缩 有损压缩方法是以牺牲某些信息（这部分信息基本不影响对原始数据的理解）为代价，换取了较高的压缩比。5.4.2 无损压缩 无损

22、压缩是指使用压缩后的数据进行重构（或叫还原、解压缩）后的数据与原来的数据完全相同，没有任何丢失信息的发生，一般是利用数据的统计冗余原理来实现的，压缩比较小，一般在2151之间。 主要的压缩算法有：香农-范诺(ShannonFano)编码 ； 哈夫曼(Huffman)编码； 算术编码；行程编码；词典编码等。5.4.3 有损压缩 有损压缩是指使用压缩后的数据进行重构，重构后的数据与原来的数据有所不同，但不影响人对原始资料表达的信息的理解。其应用对象为图像、视频和音频数据的压缩，其压缩率比较高。 主要的压缩算法有：预测编码 ；变换编码 ；混合编码 和其他编码 等。5.4.4 数据压缩的国际标准1.M

23、PEG标准 适用于运动图像、音频信息。包括MPEG视频、MPEG音频、MPEG系统（视频和音频的同步）。MPEG已制定了MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4和MPEG-7四种。2.JPEG标准 适用于连续色调和多级灰度的静态图像3.H.261 由CCITT通过的用于音频视频服务的视频编码解码器（也称Px64标准）标准，它使用两种类型的压缩：帧中的有损压缩（基于DCT）和用于帧间压缩的无损编码，并在此基础上使编码器采用带有运动估计的DCT和DPCM的混合方式。 5. 5多媒体应用技术5.5.1 媒体素材处理技术 多媒体产品的制作首先需要对图像、动画、声音、视频等素材进行制作，然后进行素材集成

24、综合，形成显示画面以及控制功能和流程。多媒体素材制作过程要求熟悉和掌握大量的图形、图像、声音、动画、视频工具软件，并且了解这些软件的特点、基本工作模式、处理方法和技巧等。媒体素材处理软件1. 文字处理软件COOL 2. 矢量图形处理软件 3. 点阵图形处理软件 4. 音频处理软件 5. 动画制作软件 6. 视频制作软件 7. 多媒体制作软件 8. 工具软件 5.5.2 多媒体著作工具1. 著作工具的主要功能及特点著作工具的主要功能及特点多媒体创作工具应具有以下功能及特点。 (1)具有良好的面向对象的编程环境(2) 具有较强的多媒体数据输入/输出能力(3) 动画处理的能力(4) 超级链接的能力(

25、5) 应用程序的连接能力(6) 模块化和面向对象(7) 良好的界面，易学易用2. 著作工具的种类著作工具的种类 多媒体创作工具的创作方法和特点的不同，可将其划分为如下几类。 (1) 以时间为基础的多媒体创作工具 (2) 以图标为基础的多媒体创作工具 (3) 以页式或卡式为基础的多媒体创作工具(4) 以传统程序设计语言为基础的创作工具 5.5.3 5.5.3 图像处理软PHOTOSHOPPHOTOSHOP 1. Photoshop操作界面操作界面菜单栏工具条状态栏图47 Photoshop的操作界面的操作界面 2. 2. 选区操作 选区是Photoshop中最基本的操作，这项工作往往利用选区工具

26、进行。在Photoshop中，提供了矩形选区、椭圆选区、多边形套索、磁性套索等选区工具。如果利用选区工具选择了图像某个部分后，选区的边缘会用闪烁的虚线表示。 选区的操作主要在“选择”菜单中，主要有：全选、反选、取消选区、色彩范围选择、羽化、扩展、收缩、选取相似色彩区域、变换选区（移动、旋转、变形等）等操作，还可以对多个选区进行相加、相减、相交等操作。还可以通过路径来建立选区。3. 3. 图层操作 图层是Photoshop最重要的功能之一。因为在图像处理过程中，很少有一次成型的作品，常常是经历若干次修改后才能得到比较满意的效果。通常不是直接在一个图层进行编辑和修改，而是将图像分解成为多个图层，然

27、后分别对每个图层进行处理，最后组成一个整体的效果。 Photoshop允许利用抠图技术，将一个图像分解成为多个图像，这样修改一个图层时，就不会对另外的图层造成破坏。 Photoshop中图层的类型有：背景图层、透明图层、不透明图层、效果图层、文字图层、形状图层等 。3.3.几何图形制作 可以利用选区工具建立简单的几何图形，如选择选区工具（如椭圆）后，再按住【Shift】键，这时建立的是一个正圆。 选择完第一个选区后，如果希望接着建立第2个选区，可按住【Shift】键不松开，然后选择选区工具（可以与第1个选区工具不同），在画板上进行选区操作，全部选区操作完成后，就可以松开【Shift】键了，这时

28、进行的操作为选区的“加”操作。相加的选区可以是两独立的选区，也可以将两选区相加成为一个图形。然后就可以对选区进行色彩填充或线条描边或图像复制。5.5.4 动画制作软件FLASH 1. Flash基本概念基本概念 (1) Flash工作界面 Flash是一款用于矢量图形和矢量动画制作的专业软件，主要应用在网页设计和多媒体制作中。Macromedia公司被Adobe公司收购后，Flash与Photoshop有了很好的集成性。 Flash的操作界面主要包括：菜单栏、时间轴窗口、绘图工具栏、控制面板、舞台等。Flash的工作界面如图48所示。图48 Flash的工作界面的工作界面 (2) FLASH(2) FLASH常用