计算思维-06-多媒体技术及应用

第6章多媒体技术及应用6.1

多媒体技术的基本概念6.2多媒体系统的组成6.3音频处理技术6.4图形图像处理技术6.5动画处理技术6.6视频处理技术6.7多媒体数据压缩技术媒体是指承载信息的载体6.1多媒体技术的基本概念6.1.1多媒体概述媒质：存储信息的实体，如磁盘、光盘、磁带、半导体存储器等。媒介：传递信息的载体，如数字、文字、声音、图形和图像等。媒体（medium）在计算机领域有两种含义：即媒质和媒介。

⒈感觉媒体（PerceptionMedium）直接作用于人的感官，产生感觉（视、听、嗅、味、触觉）的媒体称为感觉媒体。

媒体的分类⒉表示媒体（PresentationMedium）

为了对感觉媒体进行有效的传输，以便于进行加工和处理，而人为地构造出的一种媒体称为表示媒体。⒊

显示媒体（DisplayMedium）显示媒体是显示感觉媒体的设备。显示媒体又分为两类,一类是输入显示媒体，另一种为输出显示媒体。⒌

存储媒体（StorageMedium）用于存储表示媒体，即用于存放感觉媒体数字化代码的媒体称为存储媒体。

⒋传输媒体（TransmissionMedium）传输媒体是指传输信号的物理载体。多媒体

多媒体是融合两种或两种以上媒体的一种人--机交互式信息交流传播媒体。多媒体(Multimedia)定义2:人们将文本、音频、视频、图形、图像、动画的综合体统称为“多媒体”。6.1.2多媒体技术概述多媒体技术就是利用计算机技术把文字、声音、动画、图形、图像等多种媒体进行综合处理，使多种信息之间建立逻辑连接，集成为一个完整的系统多媒体技术的特点⒈集成性一方面是指把单一的、零散的媒体有效地集成在一起，即信息载体的集成，另一方面，集成性还充分表现在存储信息的实体的集成。⒉实时性当用户给出操作命令时，相应的多媒体信息都能够得到实时控制。⒊交互性多媒体的交互性将为用户提供更加有效的控制和使用信息的手段，使用户获得更多的信息。⒋数字化

多媒体技术将各种媒体信息全部数字化，进行存储、加工、处理、传输，实现了高质量媒体信息的存储与传播。6.1.3多媒体的相关技术多媒体数据压缩技术多媒体信息存储技术多媒体网络通信技术多媒体专用芯片技术多媒体软件技术虚拟现实技术6.2多媒体系统的组成

多媒体计算机系统是一个能处理多媒体信息的计算机系统。它是计算机和视觉、听觉等多种媒体系统的综合。一个完整的多媒体计算机系统是由硬件和软件两部分组成，其核心是一台计算机，外围主要是视听等多种媒体设备。多媒体个人计算机（MultimediaPersonalComputer）一般是指能够综合处理文字、图像、动画、声音、音乐等多种媒体信息（特别是指传统微机无法处理的图像信号、音频信号和视频信号等）的个人计算机通常是在个人计算机（PC）上增加多媒体板卡以及多媒体外部设备组成。多媒体计算机CPU性能较高，存储容量较大，有很强的多媒体处理功能，可实现图形、图像实时处理，显示分辨率高，速度快。输入设备输出设备CPU存储器表现媒体表示媒体感觉媒体感觉媒体存储媒体表示媒体表现媒体传输媒体多媒体计算机的硬件构成多媒体接口卡：有声卡、语音卡、视频压缩卡、视频捕获卡、视频播放卡、光盘接口卡、图像扫描仪接口卡等多媒体CPU(如Intel公司的MMX多媒体增强指令集技术可以大大提高应用程序对二维三维图形和图象的处理能力)多媒体输入设备：键盘、鼠标、音频、视频、图像等。输出设备：显示器、打印机、音频、视频。通信设备其他设备。多媒体计算机的软件系统多媒体系统的软件体系结构是一个层次结构，可分为六层：驱动程序视频／音频信息处理多媒体操作系统多媒体素材制作软件开发工具／著作语言多媒体应用程序.6.3音频处理技术在多媒体计算机系统中，计算机要存储、传输、处理数字、文本、图形、图像、声音、视频等多媒体信息，所有媒体信息在计算机中都要进行数字化处理才能被计算机所接受。6.3.1音频概述声音是由物体振动产生的声波。是通过介质（空气或固体、液体）传播并能被人或动物听觉器官所感知的波动现象。最初发出振动的物体叫声源。声音以波的形式振动传播。声音是声波通过任何物质传播形成的运动。声音的三要素是音调、音色和音强，声音质量的高低主要取决于这三要素。6.3.2音频的数字化多媒体计算机发出的声音有两种来源。一是获取，即利用获取的语音或音乐经过数字化转换、编码后又以文件的形式保存下来，输出时再进行解码和数模转换，还原成为原来的波形；另一种是合成，计算机通过一种专门定义的语言去驱动一些预制的语言或音乐的合成器，借助合成器产生的数字声音信号还原成相应的语言或音乐。声音数字化示意图声音进入计算机的第一步就是数字化，即把模拟信号转变成数字信号。连续的弯曲弧线代表模拟信号，而曲线上一个个点就是代表数字信号，用一点代替一段曲线，就是数字化过程.声音素材的采集和制作通过计算机中的声卡，从麦克风中采集语音生成wav文件。通过计算机声卡的电子乐器数字接口MIDI

(MusicInstrumentDigitalInterface)，采集音乐，形成MIDI文件；或用连接在计算机上的MIDI键盘创作音乐，形成MIDI文件。使用专门的软件抓取CD或VCD光盘中的音乐，生成声源素材后利用声音编辑软件对声源素材进行剪辑、合成，最终生成所需的声音文件。专门用于声音编辑的软件，如CoolEditPro/2000、SoundForge、WaveEdit、GoldWave等声音编辑器，对声音的录制和编辑的功能都很强大。6.4图形图像处理技术在计算机中，图形（Graphics）与图像（Image）是一对既有联系又有区别的概念。它们都是一幅图，但图的产生、处理、存储方式不同。图形一般是指通过绘图软件绘制的由直线、圆、圆弧、任意曲线等图元组成的画面，以矢量图形文件形式存储。图像是由扫描仪、数字照相机、摄像机等输入设备捕捉的真实场景画面产生的映像，数字化后以位图形式存储。图像的数字化图像的数字化是指将一幅真实的图像转变成为计算机能够接受的数字形式，这涉及到对图像的采样、量化以及编码等。图像采样就是将时间和空间上连续的图像转换成离散点的过程，采样的实质就是用若干个像素（Pixel）点来描述这一幅图像，称为图像的分辨率，用点的“列数

行数”表示，分辨率越高，图像越清晰，存储量也越大。量化则是在图像离散化后，将表示图像色彩浓淡的连续变化值离散化为整数值（即灰度级）的过程，从而实现图像的数字化。图像素材的采集和制作可用扫描仪得到高精度的彩色图像，也可用数码相机。图像素材抓屏软件。常用的抓屏软件有HyperSnap-DX、CaptureProfession、PrintKey、SnagIt等。图形图像编辑软件有：Windows“附件”中的画笔。用于三维造型AutoCAD

，CorelDraw、MacromediaFreehand、Illustrator等都是创作和编辑矢量图形的常用软件。PhotoShop是公认的最优秀的专业图像编辑软件之一。常见的图像文件格式每种格式的图像文件都有不同的特点、产生的背景和应用的范围。按照不同的表示方式，属于位图的文件格式主要有：BMP、PCX、TGA、TIFF、GIF、JPEG、PNG等；属于矢量图的文件格式主要有：WMF、EMF、EPS、DXF等。6.5动画处理技术动画是通过连续播放一系列画面，给视觉造成连续变化的图画。医学已证明，人类具有“视觉暂留”的特性，就是说人的眼睛看到一幅画或一个物体后，在1/24秒内不会消失。利用这一原理，在一幅画还没有消失前播放出下一幅画，就会给人造成一种流畅的视觉变化效果。如果以每秒低于24幅画面的速度拍摄播放，就会出现停顿现象。6.5.1动画的分类帧动画是由多帧内容不同而又相互联系的画面，连续播放而形成的视觉效果。人们在创作帧动画时需要将动画的每一帧描绘下来，然后将所有的帧排列并播放。矢量动画是一种纯粹的计算机动画形式。矢量动画可以对每个运动的物体分别进行设计，对每个对象的属性特征，如大小、形状、颜色等进行设置，然后由这些对象构成完整的帧动画。变形动画是把一个物体从原来的形状改变为另一种形状，在改变过程中，把变形的参考点和颜色有序地重新排列，就形成了变形动画。这种动画的效果有时候是惊人的，适用于场景的转换、特技处理等影视动画制作中。Flash动画制作软件Flash是由美国公司Macromedia开发的二维动画制作软件，现Macromedia公司已经被Adobe公司收购。Flash支持动画、声音和交互，具有强大的多媒体编辑功能，使用Flash可以设计出引导时尚潮流的网站、动画、多媒体及互动影像。6.6视频处理技术视频信息是由一幅幅单独的称为帧(Frame)的画面序列组成，这些画面以一定的速率连续地投射在屏幕上，就可看到活动的影像。普通的视频信号和音频一样都是模拟的，因此，必须经过数字化过程，再将数字化视频信号经过编码成为电视信号，才能录制到录像带上或在电视上播放。常见的视频文件格式

MPEG格式AVI格式MOV格式ASF格式WMV格式.FLV格式6.6.4视频编辑软件PremierePremiere是一款由Adobe公司推出的、专业化的影视制作及编辑软件，功能十分强大。使用它可以编辑和观看多种格式的视频文件；利用计算机上的视、音频卡，Premiere可以采集和输出视、音频，可将视频文件逐帧展开，对每一帧的内容进行编辑，并实现音频文件精确同步；能对文字、图像、声音、动画和视频素材进行编辑和合成；还能为视频文件增加字幕、音效，并生成视频（如常用的avi格式文件）文件。

PremiereProCS4工作界面6.7多媒体数据的压缩技术数据压缩编码是信息科学中的重要研究课题。

未经压缩的数字化信息的例子：印在B5纸上的文件，用中等分辨率(300dpi)的扫描仪采样，其数据量约为52.9Mb／页。双通道立体声激光唱盘(CD.A)，每秒钟采样的数据量为44.1×103×16×2=1.41Mb。数字电视图像NTSC制式、彩色、4:4:4采样，每帧数据量为2028Kb，每秒数据量为60.8Mb。PAL制式、4:4:4采样，每幅数据量为9.95Mb，每秒数据量为248.8Mb。陆地卫星遥感图片按每天30幅计算，其数据量为6.36Gb，而每年的数据量则高达2300Gb。基于内容的压缩编码MPEG(MovingPictureExpert

Group)是国际标准化组织ISO／IEC下辖的一个制订动态视频压缩编码标准的组织，它为压缩编码技术的标准化和实用化做出了巨大的贡献。针