计算机网络和多媒体技术课件

计算机网络和多媒体技术——多媒体技术概述什么是媒体？媒体：承载信息的载体。在这种意义下，文字、声音、图形、图像、视像、动画都是信息的载体。“媒体”在计算机领域还有其它的含义，例如媒体也用来表示可以记录数据的物理载体，如媒体也用来指计算机中各种存储介质，如磁盘、磁带和光盘等等。多媒体计算机技术利用计算机把文本、图形、图像、音频和视频等多种媒体信息综合一体化，并能够对多种媒体信息进行获取、压缩编码、编辑、加工处理、传输、存储和展示的技术。实际上多媒体技术是计算机技术、通信技术、音频技术、视频技术、图像压缩技术、文字处理技术等多种技术的一种结合。多媒体系统的特点集成性 可对文字、图像、图形、声音、视像等信息媒体进行综合处理，达到各种媒体协调一致，形成一个整体。交互性

用户和系统能够方便的交流，能对系统的多媒体处理功能进行控制。数字化特征

各种媒体信息都以数字的形式(0和1)进行存储和处理，而不是以传统的模拟信号方式。什么是模拟信号模拟信号：幅度随时间而连续变化的信号。变化规律与对应的物理量的变化规律是类比关系。模拟信号的主要参数：振幅A和频率f。振幅反映了信号的强度，对于声音信号来说，就是声音的大小；频率反映了震动的快慢，对于声音而言，反应了音调的高低。频率的单位为Hz，即每秒震动的次数。数字信号数字信号：取值被限制在有限个数值之内，如0和1，是离散的信号。数字信号，由于只有有限个状态，所以能精确地进行存储，易于判决，不怕噪音干扰，可以无失真的传输和复制，数字化后也可以利用校验位进行检错和纠错。总之数字信号具有模拟信号所不具有的高保真度和易于处理的优点。模拟信号的数字化基本过程

采样、量化和编码。采样

在连续信号中每隔一定时间取一个值。（时间离散化）量化

量化是用有限个幅度值近似原来连续变化的幅度值，把模拟信号的连续幅度变为有限数量的有一定间隔的离散值。（幅度离散化）编码

编码则是按照一定的规律，把量化后的值用二进制数字表示。采样定律和量化精度采样定律：采样频率要高于信号最高有效频率的两倍。 话音的最高频率为4000Hz，则每秒至少采样8000次，声音最高频率20kHz，所以计算机中常使用的采样频率为44.1kHz量化精度：表示一个采样样本值的二进制位数，位数越多，精度也越高。

若用16个二进制位表示声音，可将声音强度分为65536级，若用8位则仅能区分256级。计算中的文字文字用编码的方式在计算机内存储和交换。英文字符常用的编码是ASCII码；汉字常用的编码是GB-2312编码。ASCII码是7位，扩展后是8位，而GB2312码是16位。为了在屏幕上显示字符或在打印机上打印字符，需要字模库。字模可以是点阵字模，也可以是矢量字模。汉字字模库所占的存储量相当大。声音声音的频率范围为20～20kHz，根据采样定理，其采样频率不应低于40kHz，在多媒体技术中常用的采样频率为44.1kHz。量化精度现在常采用16位，质量更高的也有用24位的。为了取得立体声音响效果，有时需要进行“多声道”录音，最起码有左右两个声道，较好的则采用5.1或7.1声道的环绕立体声。采样频率越高，量化精度越高，声道数越多，则声音质量就约好，而数字化后的数据量就越大。声音文件在计算机中常用的声音文件有：(1).WAV文件(2).MP3文件(3).MID文件图形图形的显著特点是由点、线和面等基本构图元素组成。例如：机械结构图、建筑结构图。图形中的直线、弧线一般用数学的方法来表达。例如：线段可以用始点坐标和终点坐标表示，圆可以用圆心和半径来表示。这种表示法是一种矢量表示法，不同于图像表示的位图表示法，所需存储空间较小。图像典型的图像是照片。图像不象图形由有规律的线条组成，不能用矢量表示，一般采用点阵表示。数字图像的最小元素称为像素。数字图像的大小是用“水平像素＊垂直像素”来表示的。图像每一个像素在计算机中用若干二进制位来表示。例如，一个像素若用8位二进制数表示，则可以表示出256种黑白灰度或256种色彩。如果一个像素用24位二进制表示，则可以表现出1677万种颜色，一般称为真彩色。数字图像的存储量巨大。例如一幅能在标准VGA显示屏上作全屏显示的真彩色图像（24位），所占存储量为大约900K图像常见图像文件有： .BMP文件、.JPG文件、.GIF文件、.TIF文件、.PCX文件等等。图像的输入设备有：扫描仪和数码照相机图像的输出设备有：打印机、显示器。显示器的分辨率要求一般低于打印机。视像视像的每一帧，实际上就是一幅静态图像，所以图像中存储量大的问题，在视像中显得更为严重，因为一秒中内就要播放20～30幅静态图像。因而，全屏、全速、全色的视频图像，数据量十分庞大。常见的视像文件：.AVI文件、.MPG文件常见的视像输入设备：摄像机、电视机等视频设备。动画动画也是一种活动影响，典型的动画是卡通片，动画和视频影像不同，指人工创造出来的连续图形所组合成的动态影像。动画也需要每秒20个以上的画面。画面的产生可以逐幅绘制，也可以实时计算。多媒体技术的应用电子出版技术 (1)传统纸张印刷出版设备笨重、生产周期长、作品信息密度低、成本高等许多缺点。相反电子出版具有快速出版、图文声像并茂、信息密度高、成本低、流通快等许多优点。 (2)电子出版是多媒体最早的应用，现在已经相当普及。例如：各种软件、电子图书、电子期刊、电子新闻报纸、电子广告、电子音像制品、教育用电子教材和课件、娱乐用电子游戏；电子出版物的载体可以是软盘、光盘以及网络。多媒体技术的应用可视通信技术 多媒体在可视通信方面的应用包括： (1)视频会议系统 (2)可视电话技术多媒体技术的应用虚拟现实技术 (1)虚拟现实也称为“人工现实”获“灵境”技术，是多媒体应用的更高境界，是用计算机多媒体技术生成一个集视觉、听觉甚至嗅觉在一起的感觉世界，让人得到一种逼真的体验。(2)虚拟现实技术可广泛应用于模拟训练、科学可视化以及娱乐领域。RGB彩色空间红黄绿蓝品红青白红色＋绿色＝黄色红色＋蓝色＝品红绿色＋蓝色＝青色红色＋绿色＋蓝色＝白色黄色、品红以及青色称作相加二次色,，也分别称作蓝色、绿色、红色的补色红色＋青色＝绿色＋品红＝蓝色＋黄色＝白色RGB彩色空间在多媒体计算机中，用的最多的是RGB彩色空间。所有颜色则由RGB三色的不同比例生成，可以描述为：

F=r[R]+g[G]+b[B]

r[R]、g[G]、b[B]称为三色分量。若每一种基色都用8位，即用256种不同取值来描述，则三种基色的混和就可以有256×256×256种不同的颜色，即有16M种不同的颜色，一般称为真彩色。RGB彩色空间当三种原色的比例相等时，混和后得到灰色。而其值从小到大可分别得到从黑色到白色的灰度变化效果。(0,0,0)(51,51,51)(102,102,102)(153,153,153)(204,204,204)(255,255,255)分辨率问题设备分辨率：设备能达到的表现或识别象素点精细程度的一种度量

显示屏分辨率：显示屏在水平和垂直两个方向上可以显示的最大点数。 如：640×480、800×600、1024×768以及1280×1024 打印机分辨率：每英寸能打印出多少个点的能力。

如某打印机的分辨率为1440d/i，表示该打印机可在每英寸打出1440个点 扫描仪分辨率：指每英寸能识别出的点数。

如：某扫描仪的分辨率为300d/i，表示其可以从每英寸识别出300个点分辨率问题颜色分辨率：指表达颜色的能力。如果用1位来表示颜色，则最多能表示出两种颜色，如果用8位表示，则可以表示出256种颜色。

分辨率问题图像分辨率 图像的大小是由长×宽来表示，而图像分辨率指图象中每英寸所具有的象素点数，通常表示为：p/i。

象素和屏幕上的点不同，图像在屏幕上放大显示时，一个象素可以对应多个点。

多媒体关键技术数据压缩技术超大规模集成电路芯片技术(VLSI)大容量光盘存储技术多媒体网络通信技术多媒体同步技术……多媒体关键技术(一)数据压缩技术 多媒体数据的显著特点：数据量非常大。例如，一张彩色相片的数据量可达100MB；视频影像和声音由于连续播放，数据量更加庞大。这对计算机的存储以及网络传输都造成了极大的负担。解决办法之一就是进行数据压缩，压缩后再进行存储和传输，到需要时再解压、还原。多媒体关键技术(一)对多媒体数据进行压缩主要根据以下两点： (1)原始多媒体数据客观上存在大量冗余。 图片中大面积的蓝天；视频影像每帧之间变化很小。(2)人的感观具有不敏感性，多媒体数据主观上存在一些冗余。

人对细微的颜色差异感觉不明显。太弱的声音人们感受不到多媒体关键技术(一)数据压缩算法的分类(1)无损压缩无损压缩要求解压以后的数据和原始数据完全一致 例如：磁盘文件的压缩 能把数据压缩到原来的1/2到1/4。(2)有损压缩解压以后的数据和原始数据不完全一致

图像、视频、音频数据的压缩 压缩比可高达100:1，但人的主观感受仍不会对原始信息产生误解。

多媒体关键技术(一)常用多媒体数据压缩标准

(1)JPEG标准静态数字图像压缩编码标准

支持有损压缩，压缩比可用参数调整，在压缩比达25:1时，压缩后还原的图像与原始图像相比较，人们很难区分其中的差别。

(2)MPEG标准视频影像和高保真声音的数据压缩标准

根据对数字影像质量要求的不同，由不同的标准组成，常见的有： MPEG-1用于VCD、MPEG-2用于DVD、

MP3–MPEG-1layer3(音频压缩)多媒体关键技术(二)超大规模集成电路芯片技术(VLSI)

多媒体的大数据量和实时应用特点，要求计算机有很高处理速度：高速的CPU、大容量的RAM、专用数据采集和还原电路、高速数字信号处理电路(DSP)

这些都依赖于VLSI技术的发展和支持多媒体关键技术(三)大容量光盘存储技术 数字化的多媒体信息经过压缩处理仍然包含了大量的数据，多媒体信息的存储和发布不能用磁盘进行。硬盘尽管存储容量很大，但价格昂贵也不便于交换和携带。 光盘原理简单、存储容量大，便于大量生产，价格低廉，正被广泛用于多媒体数据存储多媒体关键技术(三)光盘存储原理 在园形的光道上，刻上能代表“0”和“1”的一些凹坑；读出时，用激光去照射旋转着的光盘，从凹坑和非凹坑处得到的反射光，其强弱是不同的。根据差别区分是“0”还是“1”多媒体关键技术(三)目前常用的CD-ROM光盘 (1)VCD光盘，存储量达650MB，可存储70分钟的MPEG-1影视节目。 (2)DVD光盘，最高容量达17GB光盘的分类

(1)只读光盘CD-ROM (2)用户可写光盘CD-R (3)一次可写光盘CD-WO光盘的读出速度 单倍速(150KB/s)、二倍速、四倍数、…、40倍速

多媒体关键技术(四)多媒体网络通信技术

多媒体不但要解决单机上的问题，也要解决多媒体网络通信问题。现有的计算机网络在早期建立时，主要是为了在网络用户之间传送文字数据，而今天人们要求传输的不仅仅是文字数据，而是更加丰富、更加自然的集图、文、声、像于一体的多媒体数据。多媒体关键技术(五)多媒体同步技术 多媒体技术需要同时处理声音、文字、图像等多种媒体信息，在多媒体系统所处理的信息中，各个媒体都与时间有着或多或少的关系。例如：图像、语音都是时间的函数，声音和视频图像要求实时处理同步进行，使得声音和视频具有协同性完整的多媒体计算机系统配置主机视频卡声卡触摸屏显示器I/O接口IO/接口图文扫描仪数码相机图文打印机数字化仪彩色绘图仪光盘驱动器激光打印机光盘刻录机调制解调器高速网络卡麦克风收录机扬声器数字式乐器数码投影机摄像机录像机光碟机电视机音频部分视频部分图形图像部分基本设备部分多媒体I/O设备CD光盘驱动器声卡视频卡扫描仪数码相机光盘刻录机……常用多媒体I/O设备音频卡(声卡) (1)音频卡的主要功能：

>声音的输入

把麦克风或音频连接线(linein)输入的声音(模拟信号)，进行采样、量化和编码，变成数字化的声音进入计算机。

>声音的输出

把计算机中的数字化声音数据，经数/模转换还原为模拟信号，从音频连接线(lineout)输出；然后经由扬声器、耳机播出。常用多媒体I/O设备

>编辑与合成处理

在软件的配合下，对声音文件进行多种编辑和特殊效果的处理，包括剪裁、粘贴、加入回声、倒放、快放慢放。循环播音等等。 >MIDI接口 提供音乐设备数字接口，可从数字乐器录音，也可控制和操作乐器演奏。（2）音频卡的其它特性 >量化精度8位、16位、24位等等

>单声道、双声道、环绕立体声

>采样频率软件可设定5k~44.1kHz常用多媒体I/O设备视频卡 视频卡的主要功能 >视频采集

实现模拟视频模拟信号的数字化。不但实现对视频中单画面的捕捉，也能对实时动态画面连续捕捉，捕获帧率可达25帧/秒、30帧/秒。若视频卡允许的帧率小于20帧/秒，则影像还原时有闪烁甚至停顿感。 >数据压缩功能

视频数字化以后的数据量极大，而冗余数据很多，视频卡的压缩功能将对它进行有效地压缩。不同的视卡可能采用不同的压缩算法，所得压缩倍数也不相同。MPEG-1压缩算法压缩比高达100:1~200:1常用多媒体I/O设备

>数据解压缩功能 压缩后的数据在播放前必须进行解压缩。 >视频输出(电视编码)功能 解压以后输出的数字图象，一般可以直接输出在显示器上，也可输出到电视机上，这时要进行TV信号的转换。 >电视接收功能 一般的视频卡仅能接收视频信号(来自摄像机和录像机)，不能接收无线电频率的高频电视信号。需要接收电视节目，有时需要电视接收卡常用多媒体I/O设备图文扫描仪(1)功能 扫描仪是一种图像输入设备，它能把硬拷贝形式的文字和图象经扫描方式输入计算机。(2)原理 利用光线照射在图片上所产生的反射光，通过一定的电子器件把光线的亮度的强弱和色彩信号转换成模拟电信号，再经模/数转换成数字图象信号输入计算机。常用多媒体I/O设备 (3)扫描仪分类

按照操作方式:平板式、手持式 按照色彩方式：彩色型、黑白型(4)性能指标

>光学分辨率：单位长度内的采样点数，单位d/i。 >速度：扫描输入图稿时所需时间。 >色彩分辨率：表示一个象素颜色所需二进制位数。(24位以及36位) >接口：USB接口、SCSI接口和并口常用多媒体I/O设备数码照相机

(1)原理 一般照相机是把景物通过镜头聚焦成像后，使胶卷感光；而数码相机是利用CCD(电荷耦合器件)感受光信号，使转变为电信号，再经模/数转换变成数字信号，存贮在相机的内部存储器中。

(2)主要指标

>分辨率水平位置和垂直位置上的象素数 >颜色分辨率表示一个象素的颜色所需要的二进制位数 >连拍速度单位时间内拍摄的图片幅数 >存储方式内置存储、可移动存储媒体 >接口SCSI接口USB接口等常用多媒体I/O设备CD刻录机

CD刻录机是可以对CD-R可记录式光盘进行写入的设备。在写入时，用待写入的数据去控制聚焦激光束，把CD-R光盘上的有机燃料烧熔后变成光痕，利用光痕记录数据。多媒体计算机软件平台多媒体硬件设备音频/视频信息的压缩和解压缩多媒体设备输入/输出控制接口操作系统的多媒体扩充多媒体创作工具多媒体应用软件

多媒体计算机软件平台具有以下的层次结构:①②

③

④

⑤⑥多媒体计算机软件平台①第一层是硬件,是系统的基础,包括声卡、视频卡以及其他多媒体设备。②

第二层是音频／视频信息的压缩和解压缩层，由于实时性要求高，有些系统使用以专用集成电路为核心的硬件来实现。③第三层是多媒体输入／输出驱动控制及接口层，其主要功能是完成驱动和控制多媒体设备以及插卡，提供软件接口，以便于高层软件调用。多媒体计算机软件平台④第四层为多媒体软件的核心，担负多媒体操作系系统的功能，用以支持对多媒体设备的管理，对文字、音频、视频等媒体信息的处理和调度以及管理多媒体信息间的同步问题。这通常是通过对现有操作系统扩充多媒体功能来实现，例如Windows95/98/2000都具有多媒体功能。多媒体计算机软件平台⑤第五层是多媒体创作工具，这一层软件主要是开发多媒体应用的工具软件。开发人员或用户利用这些工具软件制做自己的多媒体应用系统。⑥第六层是多媒体应用软件层，其内容可以是面向用户的各种多媒体应用系统。Windows多媒体工具

Windows95/98/2000等是支持多媒体的操作系统，它们均提供了一些和娱乐有关的