第二讲0与1的信息世界—3

1、第二讲 0与1的信息世界 主题一 为什么是0与1 主题二 进制之间的关联和转换 主题三 0 与1 呈现的数值世界 主题四 0 与1 呈现的文字世界 主题五 0 与1 呈现的声色世界主题五0 与1 呈现的声色世界 音频的数字化 图形图像的数字化 视频的数字化音频的数字化1、音频信号的特征 音频信号所携带的信息大体上可分为语音、音乐和音响3类。语音是指具有语言内涵和人类约定的特殊媒体；音乐是规范的符号化了的声音；而音响指其他自然声音，如动物的叫声、机器的轰鸣声、风雨雷电声等。音频的数字化一段音乐把时间轴放大后的一小段音频的数字化 声波可以用一条连续的曲线来表示，它在时间和幅度上都是连续的，称为模拟

2、音频信号。磁带和老式密纹唱片上记录的是模拟声音信号。AM、FM广播信号也是模拟信号。 这条曲线可以分解成一系列正弦函数的线性叠加。声音强弱体现在声波的振幅大小上。音调的高低体现在声音频率上。音色由声音频率组成成份决定。音频的数字化 声音频率可分为三种：次声（频率低于20Hz），超声（频率高于20kHz），可听声（频率在20Hz20kHz之间）。音频的数字化2、声音数字化过程 采样：每隔一定的时间测量一次声音信号的幅值，把时间连续的模拟信号转换成每隔一定时间间隔的信号样本值序列。 量化：用有限个幅度近似表示原来在时间上连续变化的幅度值，把模拟信号的连续幅度变为有限数量、有一定时间间隔的离散值。

3、编码：经过采样和量化以后的数字信号以一定的方式进行编码，形成计算机内部运行的数据。经过编码后的声音信号就是数字音频信号。音频的数字化音频的数字化3、数字音频的技术指标 (1)采样频率 (2)量化位数 (3)声道数 (4)编码算法音频的数字化4、数字音频格式 WAVE MP3文件 RA文件音频的数字化5、电子合成音乐 除了用数字音频的方式外，还可以用合成的方式产生音乐。 音乐合成的方式根据一定的协议标准，使用音乐符号来记录和解释乐谱，并组成相应的音乐符号，这就是MIDI。 MIDI是将数字式电子乐器的弹奏过程以命令符号的形式记录下来。当需要播放时，根据记录的乐谱指令，通过音乐合成器生成音乐声波，

4、经过放大后由扬声器播出。主题五0 与1 呈现的声色世界 音频的数字化 图形图像的数字化 视频的数字化图形图像的数字化1、图像的种类 矢量图 位图图形图像的数字化 矢量图也称为面向对象的图像或绘图图像，是计算机图形学中用点、直线或者多边形等基于数学方程的几何图元表示图像。矢量图不存储图像数据的每一点，而是存储图像内容的轮廓部分。例如，一个圆形图案只要存储圆心的坐标位置和半径长度，以及圆形边线和内部的颜色。 矢量图形最大的优点是无论放大、缩小或旋转等不会失真，且图像的存储空间较之位图方式要少得多；最大的缺点是难以表现色彩层次丰富的逼真图像效果。矢量图比较适合用于工程图、卡通动漫及图案、标志、VI、

5、文字等设计。图形图像的数字化 位图图像，亦称为点阵图像或栅格图像，图形由排列成若干行、列的像素组成，形成一个像素的阵列，每个像素都具有特定的位置和颜色值。当放大位图时，可以看见赖以构成整个图像的无数单个方块，即像素。这种模式比较适合于内容复杂的图像和真实的照片，但图像在放大和缩小的过程中会失真，占用磁盘空间也较大。 总体来看，位图是记录每一个像素的颜色值，再把这些像素点组合成一幅图像；而矢量图是保存节点的位置和曲线、颜色的算法，所以，位图占用的存储空间较矢量图要大的多，而矢量图的显示速度较位图慢。图形图像的数字化2、图像数字化的过程 采样、量化与编码图形图像的数字化 经过采样、量化得到的图像数

6、据量十分巨大，必须采用编码技术来压缩信息量。在一定意义上讲，编码压缩技术是实现图像传输与储存的关键。已有许多成熟的编码算法应用于图像压缩。常见的有图像的预测编码、变换编码、分形编码、小波变换图像压缩编码等。 位图是每个格子都独立记录的，因此数据量很大，这就是bmp格式。jpg格式经过一系列运算进行压缩，是有损压缩格式，但画质的损失非常小。图形图像的数字化3、图像的基本属性 图像分辨率 显示分辨率 颜色深度图形图像的数字化4、图像格式 BMP GIF TIF PCX TGA JPEG主题五0 与1 呈现的声色世界 音频的数字化 图形图像的数字化 视频的数字化视频的数字化1、视频基础知识 视频（V

7、ideo）就是其内容随时间变化的一组动态图像，所以又叫运动图像或活动图像。它是一种信息量最丰富、直观、生动、具体的承载信息的媒体。 静止的图片称为图像（Image），运动的图像称为视频（Video）。视频信号具有以下特点：内容随时间的变化而变化；伴随有与画面同步的声音。视频的数字化1、视频基础知识 视频数字化是将模拟视频信号经模数转换和彩色空间变换转为计算机可处理的数字信号，计算机要对输入的模拟视频信息进行采样与量化，并经编码使其变成数字化信息。 在PAL彩色电视制式中采用YUV模型来表示彩色图像。由于所有的显示器都采用RGB值来驱动，所以在显示每个像素之前，需要把YUV彩色分量值转换成RGB

8、值。视频的数字化2、视频数字化过程 (1)采样 由于人的眼睛对颜色的敏感程度远不如对亮度信号灵敏，所以色度信号的采样频率可以比亮度信号的采样频率低，以减少数字视频的数据量。 (2)量化 采样是把模拟信号变成时间上离散的脉冲信号，而量化则是进行幅度上的离散化处理。 在时间轴的任意一点上量化后的信号电平与原模拟信号电平之间在大多数情况下存在一定的误差，我们通常把量化误差称为量化噪波。 量化位数愈多，层次就分得愈细，量化误差就越小，视频效果就越好，但视频的数据量也也就越大。所以在选择量化位数时要综合考虑各方面的因素。视频的数字化2、视频数字化过程 (3)编码 经采样和量化后得到数字视频的数据量将非常大，数据量太大导致保存和传输受限，例如一帧标清分辨率（720576）原始视频数据要占用7205763=1244160 Bytes=9953280 bits，一秒的实时数据就是近250M bits。所以在编码时要进行压缩。 视频图像数据有极强的相关性，也就是说有大量的冗余信息，具有进行高比例压缩的潜力。其中冗余信息可分为空域冗余信息和时域冗余信息