多媒体技术基础

1、第7章 多媒体技术基础7.1 多媒体技术的基本概念7.2 多媒体计算机系统(*)7.3 多媒体信息的数字化和压缩技术 主要内容：7.1多媒体技术的基本概念 7.1.1多媒体 媒体存储信息的物理实体，如磁盘、光盘等信息的表现形式或载体,如文字、图形、图像、动画、声音等多媒体是指文字、图形、图像、声音、动画和视频等“多种媒体信息的集合”，分为静态媒体（文字、图形和图像）和动态媒体（声音、动画和视频）。多媒体技术 是指以数字化技术为基础，计算机综合处理多种媒体信息，使多种媒体信息之间建立逻辑关系，并连同多媒体设备一起集成为一个具有交互性能的应用系统的技术。7.1.2 多媒体分类 通常，人们将文本、音

2、频、视频、图形、图像、动画的综合体笼统称为“多媒体”。由此可见，多媒体信息包括以下5种： 文本 图形、图像 动画 声音 视频影像各类文字和符号文字和符号多媒体多媒体多媒体多媒体概述优点：是存储空间小。但形式呆板，仅能利用视觉获取，靠人的 思维进行理解，难于描述对象的形态、运动等特征。文本的属性：字体(Fonts)、字形(Styles)、字号(Size)、颜色 （Color）、修饰（Effect）等。 文本通过计算而描述的矢量图形文本图形矢量图形对象是计算机根据数学模型计算并生成的几何图形。优点：可以不失真缩放、占用存储空间小。缺点：矢量图形仅能表现对象结构，表现对象质感方面的能 力较弱。 用像

3、素点描述的自然影像文本图形图像位图图像对象图像是指由输入设备捕获的实际场景画面或以数字化形式存储的任一画面，是真实物体重现的影像。特点：通过像素点描述影像 常用格式：BMP格式、JPG格式，Gif格式等单画面矢量动画和多画面帧动画文本图形图像动画多画面帧动画单画面矢量动画FRAME 01 FRAME 02 FRAME 03 FRAME 04 FRAME 05 FRAME 06 FRAME 07动画对象矢量动画：经过电脑运算而确定的运行轨迹和形状的动画。音频数字信号、压缩音频信号文本图形图像动画音频 midi音频 wav音频 mp3压缩音频音频对象包括声音音乐。声音和音乐在本质上是相同的，都是具

4、有振幅和频率的声波。声波的幅度表示声音的强弱，频率表示声音音调的高低。 视频数字信号AVI、压缩视频信号MPG文本图形图像动画音频视频音频 + 视频Audio Vedio Information视频对象END7.2多媒体计算机系统组成(*) 多媒体系统:具有强大的数据处理能力和数字化媒体设备整合能力，能综合处理多种媒体信息，并提供多媒体信息的输入、编辑、存储和播放等功能 软件系统多媒体应用系统多媒体创作工具多媒体素材制作工具多媒体操作系统外部设备驱动程序硬件系统多媒体外部设备计算机基本配置7.2.1 多媒体计算机硬件系统 话 筒 声 卡音响设备 MIDI设备主机显示器显卡电视机模拟摄像机视频卡

5、USB 口 扫描仪 打印机 数码相机 数码摄像机摄像头1394口数字摄像头 光驱7.2.1 多媒体计算机硬件系统 1.多媒体接口卡（1）声卡作用：实现模/数、数/模（A/D、D/A）的转换基本功能： 录制与播放声音文件。 编辑与合成音乐文件。 MIDI音乐的合成。 性能指标：采样频率、采样的位数。 （2）显卡 显示器适配卡，连接主机与显示器的接口卡 作用：主机的输出信息转换成字符、图形和颜色等信息 显示主芯片（GPU）：图像运算和内部控制工作 显示缓存：储存显示芯片涉及的数据 数字模拟转换器（RAMDAC）:数模转换输出接口（见图5.2.5）要有：VGA 视频图形阵列接口 作用：是将转换好的模

6、拟信号输出到CRT或者LCD显示器中。DVI 数字视频接口，无需转换 DVI-D接口：只能输出数字信号。 DVI-I接口：它可输出模拟或数字信号。HDMI高清晰多媒体接口 作用：将多媒体数字信息输出到液晶电视机或数字投影仪。（3）视频卡作用：支持视频信号的输入和输出，实现对语音和活动图像的采集、量化成数字信号，然后压缩编码成可供编辑处理的视频数据文件。主要是视频采集卡 ： 模拟信号采集 数字信号采集卡（DV卡或1394卡 ） 2.信息获取设备（1）数码相机 主要指标：分辨率，以万像素 表示（2）数码摄像机 动态图像，通过1394接口 （3）摄像头 视频输入设备 7.2.2多媒体计算机软件系统1

7、.多媒体操作系统 多媒体数据和多媒体设备的管理和控制功能2.多媒体驱动程序 完成设备的初始化，控制各种设备操作 3.多媒体素材制作软件 图像、图形、动画和声音等素材的制作 常用多媒体素材制作软件 多媒体元素典型产品文字记事本、写字板、Word、WPS图形AutoCAD、FreeHand、CorelDRAW图像画图、PhotoShop、Fireworks、Painter动画二维Flash、Toon Boom Studio、 Animator Pro 三维3DS MAX、Maya、Cool 3D声音录音机、Cool Edit Pro、Audition、Wave Edit 视频Movie Marke

8、r、Premiere、Ulead Media Studio 4.多媒体创作软件作用：多媒体素材有机地结合成一个完整的的多媒体产 品，应还具有操作界面的生成、能交互控制、数 据管理等功能。 （1）编程语言灵活多变且功能强大，增加开发难度 VB等（2）多媒体创作工具典型产品特点Authorware基于图标和流程图为基础的编辑工具，常用于制作课件。Director基于通道和时间轴为基础的编辑工具，通用性强。Tool Book基于描述语言、以页面为基础的编辑工具。PowerPoint多媒体教学、演示的工具软件7.2.3多媒体应用系统的设计流程声音的概念 声音是通过空气传播的一种连续的波，当物体振动时会

9、带动周围空气质点的振动，由于惯性和弹性，在质点的相互作用下，振动就会逐渐向外传播。 7.3多媒体信息的数字化和压缩技术 7.3.1 数字音频及处理 1.基本概念7.3.1 数字音频及处理 1.基本概念复杂的声波由许许多多具有不同振幅和频率的正弦波组成。周期T:质点振动每往复一次所需要的时间称为周期T ;振幅A:波形相对基线的最大位移, 表示音量的大小;频率f:声波在一秒钟媒质质点振动的次数即称之为频率 ,即1/T,以赫兹(Hz)为单位。 振幅A A f 周期T 2.声音的数字化用计算机对音频信息处理，就要将模拟信号（如语音、音乐等）转换成为数字信号。采样：每隔一定时间间隔在模拟波形上取一个幅度

10、值。采样频率：每秒钟采样的样本个数。2.声音的数字化f(t)t时间振幅1秒1秒采样频率低声音失真采样：每隔一定时间间隔在模拟波形上取一个幅度值。采样频率：每秒钟采样的样本个数。2.声音的数字化1秒1秒采样频率高存储量增加采样：每隔一定时间间隔在模拟波形上取一个幅度值。采样频率：每秒钟采样的样本个数。2.声音的数字化2.量化 就是将每一个样本振幅进行等级划分。2.2 声音信号数字化 765432101111101011000110100010008=233个二进制位划分为16个等级，每个样本需要4个二进制位存储3.数字音频的技术指标 采样频率、量化位数和声道数采样频率： 每秒钟的采样次数量化位数

11、(采样精度) ：存放采样点振幅值的二进制位数。通常 量化位数有8位、16位，分别表示有28、216个等级。声道数 ：声音通道的个数 ，立体声 为双声道。每秒钟存储声音容量的公式为： 采样频率采样精度声道数/8=字节数例如，用44.10 kHz的采样频率，16位的精度存储，则录制1秒钟的立体声节目，其WAV文件所需的存储量为： 44 100162/8=176 400（字节）4.数字音频的文件格式 Wave格式文件（. Wav） 记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/.MP

12、3） 采用MPEG音频压缩标准进行压缩的文件。 RA格式文件（.ra） 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。 7.2.2数字图像及处理 1.基本概念 图形和图像 图形：由点、线等组成的有边界画面，文件中存放描述图形的指令。 图像：由图像设备输入的无边界画面，数字化后以位图形式存储。2.图像的数字化采样 用若干个像素点来描述一幅图像，像素点的多少用“列数行数”表示(分辨率)，分辨率越高，图像越清晰，存储量也越大。量化 量化是在图像离散化后，将表示图像色彩浓淡的连续变化值离散化为整数值的过程。 把量化时所确

13、定的整数值取值个数称为量化级数,也称为颜色深度。图像 采样 量化 数字图像颜色深度黑白图 图像的颜色深度为1，则用一个二进制位1和0表示纯白、纯黑两种情况； 灰度图 图像的颜色深度为8，占一个字节，灰度级别为256级。通过调整黑白两色的程度（称颜色灰度）来有效地显示单色图像；RGB 24位真彩色 彩色图像显示时，由红、绿、蓝三基色通过不同的强度混合而成，当强度分成256级（值为0255），占24位，就构成了224=16777216种颜色的“真彩色”图像。灰度图彩色图24位真彩色灰度图像黑白图像256色 图像的分辨率和像素位的颜色深度决定了图像文件的大小，计算公式为： 列数行数颜色深度8=图像字

14、节数例5.2 当要表示一个分辨率为640480的“24位真彩色”图像，则需要： 6404802481MB 由此可见，数字化后的图像数据量十分巨大，必须采用编码技术来压缩信息。它是图像传输与存储的关键。2.常用图像文件格式BMP格式文件 与设备无关的位图格式文件，Windows环境中经常使用.GIF格式文件 Internet上的重要文件格式之一，最大不超过64 KB， 256色以内，压缩比较高，与设备无关。JPEG格式文件（.JPG） 利用JPEG方法压缩, Internet上重要文件格式之一， 适用于处理256色以上、大幅面图像。WMF格式文件 Windows中许多剪贴画图像是以该格式存储的。

15、 广泛应用于桌面出版印刷领域。 3. 图像数据的获取利用图像处理软件和现成的图像库 最常用的是Photoshop,可以绘图,也可以编辑来自网络、CD-ROM光盘上存储的图像库利用数字化设备获取 数码相机、数字摄象机，将拍摄的自然界景物按数字格式存储通过连接转换成计算机中的图像和影象文件。 扫描仪将照片、艺术作品转换成数字图像文件。 7.3.3 视频 视频是将一幅幅独立图像组成的序列按照一定的速率连续播放，利用视觉暂留现象在人的眼前呈现出连续运动的画面。视频分为两类：模拟视频和数字视频。模拟视频常用两种标准： NTSC制式(30帧/秒，525行/帧) PAL制式（25帧/秒，625行/帧），我国

16、采用PAL制式。 常用视频文件格式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文件即QuickTime影片格式，它是Apple公司开发的一种音频、视频文件格式，用于存储常用数字媒体类型。MPEG(.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。 1.动画 1) 动画是利用人的视觉滞留特性，快速翻看连续的相关 静态图像，由于视觉滞留的影响，大脑会认为是连续 动作。 2) 动画的几个基本概

17、念：帧 ：构成动画的每一幅静止画面。播放速率：每秒钟播放的帧数。7.4.1 动画基本概念 传统动画的画面是由大批的动画设计者手工完成的。在制作动画时必须人工制作出大量的画面，一分钟动画所需的画面约在720到1800张之间，用手工来画制图像是一项很大的工程，因此就出现关键帧。关键帧是由经验丰富的动画大师绘制的主要画面，关键帧之间的画面称为中间画面，中间画面则由助手画出。 2.传统动画 FRAME 01 FRAME 02 FRAME 03 FRAME 04 FRAME 05 FRAME 06 FRAME 077.4.1 动画基本概念1) 分类：“二维动画”和“三维动画”。 3.计算机动画 7.4.1 动画基本概念 在二维动画制作过程中，先由手工在电脑中制作关键