大学计算机基础_第5章多媒体技术基础

1、大学计算机基础电气与信息工程学院计算机系主讲教师：柏顺全2022年5月第第5章多媒体技术基础章多媒体技术基础5.1多媒体技术的基本概念多媒体技术的基本概念5.2多媒体信息的数字化和压缩技术多媒体信息的数字化和压缩技术5.3多媒体常用软件多媒体常用软件本章重点内容本章重点内容l多媒体技术的基本概念多媒体技术的基本概念l数据压缩技术的基本知识数据压缩技术的基本知识5.1多媒体技术的基本概念多媒体技术的基本概念5.5.1多媒体及多媒体技术多媒体及多媒体技术5.5.2多媒体技术的特征多媒体技术的特征5.1.3多媒体信息处理的关键技术多媒体信息处理的关键技术5.1.4多媒体技术的应用领域多媒体技术的应用

2、领域5.1.1多媒体及多媒体技术多媒体及多媒体技术n 媒体是媒体是信息的载体信息的载体 比如声音、图像、动画、文字等比如声音、图像、动画、文字等n 媒体是媒体是信息的存储实体信息的存储实体 比如磁带、磁盘、光盘等。比如磁带、磁盘、光盘等。媒体的两个涵义媒体的两个涵义5.1.1多媒体及多媒体技术多媒体及多媒体技术国际电信联盟电信标准部（国际电信联盟电信标准部（ITU-TSS）制定了多媒体）制定了多媒体的的ITU-TI.374标准，标准，在标准中把在标准中把媒体分为媒体分为5类类。u 感觉媒体感觉媒体 使人产生直观感觉的各种媒体使人产生直观感觉的各种媒体 。如声音、颜色等。如声音、颜色等。u 显示

3、媒体显示媒体 指感觉媒体与电磁信号之间的转换媒体。显示媒指感觉媒体与电磁信号之间的转换媒体。显示媒体分为输入显示媒体和输出显示媒体。如：光笔、体分为输入显示媒体和输出显示媒体。如：光笔、显示器、音响等。显示器、音响等。 多媒体的类型多媒体的类型 5.1.1多媒体及多媒体技术多媒体及多媒体技术u表示媒体表示媒体 对感觉媒体的抽象描述形成表示媒体。比如声音对感觉媒体的抽象描述形成表示媒体。比如声音编码、图像编码等。编码、图像编码等。u存储媒体存储媒体 指存储表示媒体的物理设备，比如磁带、磁盘、指存储表示媒体的物理设备，比如磁带、磁盘、光盘等。光盘等。 u传输媒体传输媒体 指传输表示媒体的物理介质，

4、比如光缆、电缆、指传输表示媒体的物理介质，比如光缆、电缆、电磁波、微波等电磁波、微波等 多媒体的类型多媒体的类型 5.1.1多媒体及多媒体技术多媒体及多媒体技术什么是多媒体？什么是多媒体？ 多媒体技术多媒体技术是指利用是指利用计算机计算机对对多种媒体多种媒体进行进行表示表示、存储存储和和传输传输的技术，其中多媒体的表示就是对多的技术，其中多媒体的表示就是对多媒体的处理和加工过程。媒体的处理和加工过程。多媒体技术主要包括以下三个方面多媒体技术主要包括以下三个方面：n 多媒体信息处理技术多媒体信息处理技术n 多媒体存储技术多媒体存储技术n 多媒体通信技术。多媒体通信技术。5.1.1多媒体及多媒体技

5、术多媒体及多媒体技术什么是多媒体技术？什么是多媒体技术？5.1.2多媒体技术的特征多媒体技术的特征u交互性交互性 是指用户可以与计算机的多种信息媒体进行是指用户可以与计算机的多种信息媒体进行交互操作交互操作，从而，从而 为用户提供更加为用户提供更加有效地控制和使有效地控制和使用信息用信息的手段。的手段。 交互性是多媒体技术的交互性是多媒体技术的特色之一特色之一，是，是关键特征关键特征。u复合性（复合性（多样性多样性） 是指计算机所能处理的是指计算机所能处理的信息媒体的种类或范信息媒体的种类或范围扩大围扩大，不仅仅局限于原来的数据、文本或单一，不仅仅局限于原来的数据、文本或单一的语音、图像。的语

6、音、图像。 多媒体技术的多媒体技术的4个基本特征个基本特征5.1.3多媒体技术的特征多媒体技术的特征u集成性集成性 是指是指综合处理多种信息媒体综合处理多种信息媒体。多媒体的集成。多媒体的集成性包括两方面，一是性包括两方面，一是媒体的集成媒体的集成；另一是处理这；另一是处理这些媒体的些媒体的设备和系统的集成设备和系统的集成。 u实时性实时性当用户给出操作命令时，相应的多媒体信息都当用户给出操作命令时，相应的多媒体信息都能够得到能够得到实时控制实时控制 。 多媒体技术的多媒体技术的4个基本特征个基本特征5.1.3多媒体信息处理的关键技术多媒体信息处理的关键技术l 数据压缩技术数据压缩技术l 大容

7、量光盘存储技术大容量光盘存储技术l 多媒体网络技术多媒体网络技术l 多媒体专用芯片技术多媒体专用芯片技术l 多媒体数据库技术多媒体数据库技术主要包括五个关键技术主要包括五个关键技术5.1.3多媒体信息处理的关键技术多媒体信息处理的关键技术数据压缩技术数据压缩技术 多媒体信息的最大特点之一就是多媒体信息的最大特点之一就是采样数据量巨采样数据量巨大大，为了，为了保证保证多媒体信息的多媒体信息的有效处理、存储及传有效处理、存储及传输输等，所以等，所以数据压缩技术数据压缩技术也就成了多媒体技术中也就成了多媒体技术中的的关键技术关键技术。 数据压缩技术包括数据压缩技术包括压缩压缩与与解压缩解压缩。5.1

8、.3多媒体信息处理的关键技术多媒体信息处理的关键技术大容量光盘存储技术大容量光盘存储技术 由于光存储技术是随着多媒体技术的发展而由于光存储技术是随着多媒体技术的发展而发展的，所以发展的，所以多媒体信息的存储技术多媒体信息的存储技术一般一般特指光特指光存储技术存储技术 。 光盘与大容量的磁盘相比，具有容量大、价格光盘与大容量的磁盘相比，具有容量大、价格低、使用方便等特点。所以怎样用低、使用方便等特点。所以怎样用大容量光盘存大容量光盘存储图片、音频、动画、视频储图片、音频、动画、视频等多媒体信息，也是等多媒体信息，也是关键技术之一。关键技术之一。 5.1.3多媒体信息处理的关键技术多媒体信息处理的

9、关键技术多媒体网络技术多媒体网络技术 多媒体专用芯片技术多媒体专用芯片技术 为了解决音频和视频数据快速压缩与解压为了解决音频和视频数据快速压缩与解压及播放等问题，必须使用具有高速计算机能力及播放等问题，必须使用具有高速计算机能力的专用芯片技术。的专用芯片技术。 包括文件传输，电子邮件，远程登录，网包括文件传输，电子邮件，远程登录，网络新闻和电子商务等以络新闻和电子商务等以文本为主的数据通信文本为主的数据通信技术及以技术及以声音和电视图象为主声音和电视图象为主的通信的通信 技术。技术。5.1.3多媒体信息处理的关键技术多媒体信息处理的关键技术 多媒体数据库技术多媒体数据库技术 由于传统的关系数据

10、库模型及管理方式由于传统的关系数据库模型及管理方式已不能适用于多媒体信息的管理，所以新的已不能适用于多媒体信息的管理，所以新的多媒体数据库技术成为了关键技术之一。多媒体数据库技术成为了关键技术之一。5.1.4多媒体技术的应用领域多媒体技术的应用领域u教育领域教育领域例如例如 ：CAI（计算机辅助教学）、（计算机辅助教学）、CAL（计（计算机辅助学习）、算机辅助学习）、 CMI（计算机管理教学计算机管理教学）等等.u商业与咨询商业与咨询 例如：例如：商业广告（特技合成、大型演示）、商业广告（特技合成、大型演示）、信息咨询服务（用户可方便地使用触模屏信息咨询服务（用户可方便地使用触模屏查询需要的相

11、关信息。）查询需要的相关信息。） 主要应用领域有以下几个方面主要应用领域有以下几个方面u多媒体电子出版物多媒体电子出版物 利用利用CD-ROM大容量的存储空间与多媒体声像功能大容量的存储空间与多媒体声像功能的结合实现了出版百科全书等电子出版物。的结合实现了出版百科全书等电子出版物。 u广播电视、通信领域广播电视、通信领域 例如例如 ：多媒体会议系统、多媒体交互电视系统、：多媒体会议系统、多媒体交互电视系统、多媒体电话多媒体电话 等等u 虚拟现实虚拟现实通过综合应用计算机图像处理、模拟与仿真、传感通过综合应用计算机图像处理、模拟与仿真、传感技术，以及显示系统等技术和设备，以模拟仿真技术，以及显示

12、系统等技术和设备，以模拟仿真的方式给用户提供一个真实反映操作对象变化与的方式给用户提供一个真实反映操作对象变化与相互作用的三维图像环境，从而构成虚拟世界。相互作用的三维图像环境，从而构成虚拟世界。 5.1.4多媒体技术的应用领域多媒体技术的应用领域主要应用领域有以下几个方面主要应用领域有以下几个方面5.2多媒体信息的数字化和压缩技术多媒体信息的数字化和压缩技术5.2.1 数字音频及处理数字音频及处理5.2.2 数字图像及处理数字图像及处理5.2.3 数字视频及处理数字视频及处理5.2.4 数据压缩技术数据压缩技术5.2.1 数字音频及处理数字音频及处理声音的基本概念声音的基本概念l声音声音是一

13、条随时间变化的连续曲线，可以用是一条随时间变化的连续曲线，可以用声波来表示。它一般由多种振动频率的声波组成声波来表示。它一般由多种振动频率的声波组成l声波声波有两个基本属性：有两个基本属性：频率频率和和振幅振幅 l声音的声音的三要素三要素：音调、音强、音色音调、音强、音色l音频数字化（音频数字化（是计算机处理声音的第一步是计算机处理声音的第一步):):将将连续连续的的音频模拟信号音频模拟信号转换成转换成离散离散的的数字信号数字信号.5.2.1 数字音频及处理数字音频及处理音频信号数字化过程音频信号数字化过程主要包括主要包括采样、量化采样、量化和和编码编码三个过程。三个过程。数字音频的技术指标数

14、字音频的技术指标5.2.1 数字音频及处理数字音频及处理u采样频率采样频率 采样频率是指采样频率是指每秒每秒钟的音频钟的音频采样次数，单位采样次数，单位是是Hz(赫兹赫兹)。采样频率越高，数字化后的音频越。采样频率越高，数字化后的音频越接近原始声，但需要的存储空间也就越大。接近原始声，但需要的存储空间也就越大。 u常见的采样频率常见的采样频率 11.025 kHz 11.025 kHz，语音信号，语音信号 22.050 kHz 22.050 kHz，要求不太严格的背景音乐，要求不太严格的背景音乐 44.100 kHz 44.100 kHz，高保真音乐，高保真音乐数字音频的技术指标数字音频的技术

15、指标5.2.1 数字音频及处理数字音频及处理u量化位数（量化位数（采样精度采样精度） 通常把通常把采样数值采样数值所使用的所使用的二进制位数二进制位数称为量化位称为量化位数。量化位数越高，声波的还原就越细腻，需要的数。量化位数越高，声波的还原就越细腻，需要的存储空间也越多。存储空间也越多。 目前，主流声卡的量化位数是目前，主流声卡的量化位数是24位位。 u声道数（声道数（有两种有两种） 单声道单声道（MonoMono）信号一次产生一组声波数据。）信号一次产生一组声波数据。 立体声立体声（StereoStereo）信号一次产生两组声波数据。）信号一次产生两组声波数据。数字音频文件常见格式数字音频

16、文件常见格式5.2.1 数字音频及处理数字音频及处理n WAV文件文件(.wav):又称为波形文件，是又称为波形文件，是Windows使用的标准数字音频文件使用的标准数字音频文件,数据数据量大量大，通常要压缩。，通常要压缩。 n MIDI文件文件(.mid)：又称为音乐格式文件，又称为音乐格式文件，是乐器数字化接口，用于是乐器数字化接口，用于电声乐器之间的电声乐器之间的接口接口，数据量较小数据量较小。 数字音频文件常见格式数字音频文件常见格式5.2.1 数字音频及处理数字音频及处理n MPEG Layer 3文件文件(.mp3)：是经过压缩是经过压缩的音频文件的音频文件 。n Windows

17、Media AudioWindows Media Audio文件文件(.wma)(.wma)：是另：是另一种格式的一种格式的音频文件，音质和压缩率都甚音频文件，音质和压缩率都甚过过.mp3。 数字音频文件常见格式数字音频文件常见格式5.2.1 数字音频及处理数字音频及处理n CD Audio文件（文件（.cda） ：唱片唱片采用的格式采用的格式 。n Real AudioReal Audio文件（文件（. .rara . .rmrm . .rmxrmx）: :是一种流是一种流媒体音频格式文件，媒体音频格式文件，主要适用于网络的主要适用于网络的音乐在线音乐在线播放播放 。流媒体流媒体的关键技术是

18、数据的的关键技术是数据的流式传输，流式传输，流媒体文件流媒体文件可以可以边下载边下载，边播放。边播放。而而静态多媒体静态多媒体文件需要文件需要先先下载，后观看。下载，后观看。5.2.2 数字图像及处理数字图像及处理 色彩三要素色彩三要素u 色相色相(色调色调)：是指色彩的是指色彩的种类种类 。u 饱和度饱和度(纯度纯度)：是指色彩的是指色彩的纯净程度纯净程度，即掺入，即掺入白光的程度。白光的程度。 u 亮度亮度(明度明度)：是指光所产生的是指光所产生的明暗感觉明暗感觉。如：。如：白色最亮，黑色最暗，灰色则居中白色最亮，黑色最暗，灰色则居中 。图形图像中常用的基本概念图形图像中常用的基本概念 5

19、.2.2 数字图像及处理数字图像及处理 u位图：位图：也称点阵图，也称点阵图，按按图像点阵图像点阵形式形式存储存储各像各像素的颜色编码或灰度级。素的颜色编码或灰度级。适用于表现含有大量适用于表现含有大量细节的画面。细节的画面。u 位图特点：位图特点：图像逼真图像逼真、可直接输出可直接输出，但但位图的位图的分辨率是固定分辨率是固定的，图像的，图像放大时会失真变形、放大时会失真变形、且且文件较大文件较大，一般需要压缩。一般需要压缩。 在在Photoshop中处理的图像都属于位图。中处理的图像都属于位图。 图形分为位图和矢量图两种图形分为位图和矢量图两种图形图像中常用的基本概念图形图像中常用的基本概

20、念5.2.2 数字图像及处理数字图像及处理 u矢量图：矢量图：用用一组指令集或参数一组指令集或参数来描述其中的各来描述其中的各个成分，易于对各个成分进行个成分，易于对各个成分进行移动移动、缩放缩放、旋旋转和扭曲转和扭曲等变换。等变换。u矢量图特点矢量图特点：占用的占用的存储空间较小存储空间较小，打印打印输出输出和和放大时放大时图形质量较高（图形质量较高（不失真不失真）。但但显示显示图图形时形时计算时间较长计算时间较长， 将矢量图形将矢量图形输入输入到计算机到计算机中很中很困难困难。图形图像中常用的基本概念图形图像中常用的基本概念 矢量图形（左、中）和点阵图形（右）图示矢量图形（左、中）和点阵图

21、形（右）图示5.2.2 数字图像及处理数字图像及处理 5.2.2 数字图像及处理数字图像及处理 5.2.2 数字图像及处理数字图像及处理 n分辨率的分类分辨率的分类输入分辨率、屏幕分辨率、图像分辨率、输输入分辨率、屏幕分辨率、图像分辨率、输出分辨率四种。出分辨率四种。n 图像的分辨率图像的分辨率(Resolution)指每一英寸所包含的像素值，分辨率越高，图指每一英寸所包含的像素值，分辨率越高，图像越清晰像越清晰 。图形图像中常用的基本概念图形图像中常用的基本概念n像素（像素（Pixel）通常被视为图像的最小的完整采样。通常被视为图像的最小的完整采样。 5.2.2 数字图像及处理数字图像及处理

22、 nRGB模式模式（RGB（x,y,z)函数）：函数）：由由X(Red)、Y(Green)、Z(B1ue)三三种基本颜色光按不同比种基本颜色光按不同比例相配而成例相配而成 ，取值范围：取值范围：0255。加色法加色法nCMYK模式模式印刷时用的印刷时用的四种四种色彩。色彩。C代表代表青青色色，M代表代表洋红色洋红色，Y代表代表黄色黄色，K代表代表黑色黑色。减色法减色法常见的色彩模式常见的色彩模式图形图像中常用的基本概念图形图像中常用的基本概念5.2.2 数字图像及处理数字图像及处理 nHSB模式模式：是使用是使用H（色相色相）、）、S（饱和度饱和度）和和B（亮度亮度）三三个参数来生成颜色。个参

23、数来生成颜色。nLab模式模式：是国际照明委员会是国际照明委员会(CIE)于于1976年年公布的一种色彩模式。所定义的公布的一种色彩模式。所定义的色彩最多色彩最多 ，弥补了弥补了RGB和和CMYK色彩模式的不足色彩模式的不足 。常见的色彩模式常见的色彩模式图形图像中常用的基本概念图形图像中常用的基本概念 5.2.2 数字图像及处理数字图像及处理 n位图模式位图模式：也称为也称为黑白黑白模式模式 。黑白图像中每黑白图像中每个像素点用个像素点用1位二进制数表示，也称二值图。位二进制数表示，也称二值图。n灰度模式：灰度模式：灰度图像中，每个像素点的亮度值灰度图像中，每个像素点的亮度值用用8位二进制数

24、表示，亮度范围有位二进制数表示，亮度范围有0255个灰度个灰度等级。等级。常见的色彩模式常见的色彩模式图形图像中常用的基本概念图形图像中常用的基本概念5.2.2 数字图像及处理数字图像及处理 图形图像中常用的基本概念图形图像中常用的基本概念5.2.2 数字图像及处理数字图像及处理 数字图像的获取方式数字图像的获取方式u 数字图像可由数码照相机、数码摄像机、数字图像可由数码照相机、数码摄像机、扫描仪、手写笔等多媒体设备获取。扫描仪、手写笔等多媒体设备获取。u 数字图像可以直接在计算机中进行自动数字图像可以直接在计算机中进行自动生成或人工设计，或由网络、光盘等设生成或人工设计，或由网络、光盘等设备

25、输入。备输入。图像的数字化图像的数字化5.2.2 数字图像及处理数字图像及处理 nPSD格式格式（.psd）：）：Photoshop软件生成的文软件生成的文件格式，是唯一能支持全部图像色彩模式的格件格式，是唯一能支持全部图像色彩模式的格式式 nJPEG格式格式（.jpg .jpeg）：是一种）：是一种压缩格式压缩格式文文件。件。文件尺寸较小，下载速度快文件尺寸较小，下载速度快 ，多用于网络，多用于网络和光盘读物和光盘读物 。 常见的图像文件格式常见的图像文件格式5.2.2 数字图像及处理数字图像及处理 nBMP格式（格式（.bmp） ：是是Windows中的标准图中的标准图像文件格式，没有压缩

26、，占空间大。像文件格式，没有压缩，占空间大。 nGIF格式（格式（.gif）：）：压缩比高，磁盘空间占用较压缩比高，磁盘空间占用较少少 。nPNG格式（格式（.png）：）：一种新兴的网络图像格式，一种新兴的网络图像格式，是目前最不失真的图像压缩格式是目前最不失真的图像压缩格式 。常见的图像文件格式常见的图像文件格式 5.2.3 数字视频及处理数字视频及处理 模拟视频信号模拟视频信号n视频信号视频信号分分模拟视频信号模拟视频信号和和数字视频信号数字视频信号两种。两种。n模拟视频信号模拟视频信号就是常见的电视信号，采用模拟方式对图像就是常见的电视信号，采用模拟方式对图像进行还原处理，这种图像被称

27、为视频模拟图像。进行还原处理，这种图像被称为视频模拟图像。 5.2.3 数字视频及处理数字视频及处理 n NTSC（美国国家电视标准委员会）制式：（美国国家电视标准委员会）制式：(美国、美国、日本等采用日本等采用 )n PAL（隔行倒相）制式（中国、（隔行倒相）制式（中国、采用）采用）n SECAM制式制式 ：(法国、俄罗斯等采用法国、俄罗斯等采用 ) 各种制式的特点各有不同，如：各种制式的特点各有不同，如： 。模拟视频标准目前有三种模拟视频标准目前有三种 5.2.3 数字视频及处理数字视频及处理 视频信号数字化视频信号数字化模拟电视信号的数字化模拟电视信号的数字化就是将模拟信号表示的视频信息

28、用数字表就是将模拟信号表示的视频信息用数字表示，从而能够在计算机中对其进行操作。示，从而能够在计算机中对其进行操作。主要包括主要包括色彩空间转换；光栅扫描的转换色彩空间转换；光栅扫描的转换以及以及分辨率的统一分辨率的统一等工作。等工作。 5.2.3 数字视频及处理数字视频及处理 常用视频文件格式常用视频文件格式 视频格式视频格式分为分为影像格式影像格式(video format)(video format)和和流流格式格式(stream video format)(stream video format)。 AVI AVI格式是常见的影像格式，而格式是常见的影像格式，而RMRM、MOVMOV、ASFASF和和WMVWMV是常见的流格式。是常见的流格式。5.2.4 数据压缩技术数据压缩技术数据压缩的种类数据压缩的种类分为两大类分为两大类u无损压缩无损压缩（冗余压缩冗余压缩）：）：压缩比较低压缩比较低，一般在，一般在2 2：1 15 5：l l之间。如：之间。如：Huffman（哈夫曼编码）是一（哈夫曼编码）是一种无损压缩。种无损压缩。u有损压缩有损压缩（熵压缩法熵压缩法）：）：是不是不可逆压缩可逆压缩，压缩压缩比高比高。在还原时，与原始图像存在一定的误差，在还原时，与原始图像存在一定的误