数字媒体技术导论（微课版）课件 第6章 数字媒体压缩、存储与传输技术

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编著新技术数字第6章数字媒体压缩、存储与传输技术数字媒体技术导论6.1数字媒体的压缩6.2数字媒体的存储6.3数字媒体的传输6.1.1数字媒体压缩的原理数字媒体在计算机中是以数字的形式存在，而这些数字构成的数据只是媒体信息的载体。尽管数字媒体的数据量很大，但并不是所有的数据都是有用的，将多余的数据去掉，对信息没有本质影响，并不妨碍正确理解信息，这就是数字媒体之所以能够被压缩的原因。数字媒体压缩的核心是编码，编码是指将媒体信息转换成计算机能够理解和处理的二进制数形式的过程。数字媒体压缩便是通过不同的编码方法去除多余的数据，达到压缩数据的目的。与压缩相对的是解压缩，它是指把二进制数还原成原来信息的过程。6.1.2数字媒体压缩的分类VS有损压缩也称为不可逆编码，是指数据在压缩时丢失了部分信息，解压缩后的数据与原来的数据有所不同，但不影响人们理解原始信息。无损压缩也称为可逆编码，是指数据经压缩后可以进行解压缩，而且解压后的数据与原来的数据完全相同。有损压缩无损压缩6.1.3数字媒体压缩的标准1．JPEG标准JPEG标准是由国际标准化组织（ISO）和国际电工委员会（IEC）联合成立的联合图像专家组（JPEG）所制定的静态图像压缩标准。标准JPEG在网页中下载时只能由上而下依序显示图像，直到下载完，才能看到图像全貌。标准JPEG渐进式JPEGJPEG2000渐进式JPEG在网页中下载时，先呈现出图像的粗略外观后，再慢慢地呈现出完整的内容，一般存储为该标准的图像文件比标准JPEG格式的小，这两种标准均采用有损压缩，支持多种压缩标准，压缩比越小，图像质量越好。JPEG2000是JPEG的最新标准，它是一种很灵活的压缩标准，既可以使用不同的压缩比压缩图像，又支持无损压缩和有损压缩，与早期的标准相比，JPEG2000在有损压缩情况下通常也能获得更高品质的图像效果。6.1.3数字媒体压缩的标准2．MPEG-4标准MPEG-4标准是运动图像专家组制定的主要用于音视频信息压缩的国际标准。MPEG-4标准采用有损压缩方法减少数字媒体中的冗余信息，具有较高的压缩比，可以大大减小媒体文件大小，传输效率高，支持多平台和多种文件格式，一些公司或机构根据MPEG-4标准开发了不同的制式，因此市面上出现了很多基于MPEG-4标准的视频格式，例如WMV9（WMV的第9版）、QuickTime。直到现在，MPEG-4标准仍广泛应用于网络视频、动画、多媒体系统、视频监控等领域。6.1.3数字媒体压缩的标准3．H.264、H.265、H.266标准H.264标准H.264标准在MPEG-4标准的基础上建立开发，与MPEG-4标准相比，H.264标准不仅具有更高的压缩比，同时拥有更高质量的画面效果，经H.264标准压缩的视频数据在网络传输中所需的带宽更少，广泛应用于高清视频（HDTV）中。H.265标准是基H.264标准，在保留原有的某些技术的同时，改进另一些相关的技术，如提高压缩效率、降低编码复杂度等，并实现更好的视频质量。H.266标准是继H.265标准之后制定的新一代视频编码标准，主要面向4K和8K超高清（UHD）视频应用，它基于H.265标准做了进一步的技术改进，在保持清晰度不变的情况下，数据压缩效率获得极大提高。H.265标准H.266标准6.1.3数字媒体压缩的标准4．MP3标准MP3标准是伴随MPEG1标准（该标准是运动图像专家组开发的第一个视频压缩标准）开发的，它是MPEG1标准的第三部分——MPEGAudioLayerⅢ音频压缩标准，后来MPEG1标准在此基础上做了一定的技术改进。MP3标准采用有损压缩方法压缩音频数据，压缩比较高，压缩后的文件体积小，适于存储和传输，虽然有损压缩在一定程度上损坏了音频质量，但并不妨碍人们对它的广泛应用，MP3音乐文件至今仍受到大众欢迎。数字媒体的压缩6.16.2数字媒体的存储6.3数字媒体的传输6.2.1数字媒体存储介质硬盘U盘移动硬盘服务器光盘6.2.2数字媒体存储性能指标1．存储容量在存储二进制数时，以8位二进制代码为一个单元存放在一起，称为一字节，即1字节（Byte）=8位（bit）。存储容量是指存储介质能够容纳的字节数。字节（byte）是计算机中存储数据的基本单位。在计算机中，通常用B（Byte，字节）、KB（千字节）、MB（兆字节）、GB（吉字节）和TB（太字节）等为单位来表示存储介质的存储容量或文件大小。存储单位之间的换算关系是：1Byte＝8bit，1KB=1024B，1MB=1024KB，1GB=1024MB，1TB=1024GB。存储介质的存储容量越大，可存储数字媒体信息的数据量就越大。6.2.2数字媒体存储性能指标2．传输速率传输速率是指存储媒介读写数据的速度，较高的传输速率可以使存储媒介更快地读取和写入数据。存储介质的性能指标对数字媒体的存储起着至关重要的作用，提高存储介质的性能指标在一定程度上将促使数字媒体技术的进一步发展与应用。6.2.3数字媒体存储方式2．传统动画时代云存储是一种新兴的网络存储方式，可以将网络中大量不同类型的存储设备集合起来协同工作，共同对用户提供数据存储等服务。通过云存储，用户可以在任何时间、任何地点，以任何可连网的装置连接到云服务器存取数据。百度网盘（网盘又称网络U盘或网络硬盘）就属于云存储服务，用户可以将数据上传到百度网盘中，随时随地访问、查看和管理数据。手机中的云盘（有的手机显示为云空间）也属于云存储服务。6.3数字媒体的压缩6.1数字媒体的存储6.2数字媒体的传输6.3.1计算机网络技术1．计算机网络的基本概念（1）互联网局域网无线局域网广域网现在较常用的网络是因特网（Internet），因特网俗称互联网，也称国际互联网，它是一个全球性的网络，是由遍布全世界的众多大大小小的网络相互连接而成的计算机网络，它将全世界的计算机联系在一起，通过这个网络，全世界的用户相互之间都可以实现数字媒体信息交换。局域网（LAN）是指将一定区域内各种计算机、外部设备和数据库连接起来形成的计算机网络，覆盖的范围有限，地理距离一般是几米至I0千米以内。无线城域网（WMAN）是指在一个城市范围内建立的计算机通信网，采用和局域网类似的技术，连接的计算机数量更多，连接距离可以在10~100千米。无线广域网（WWAN），也称为外网、公网，是连接不同地区局域网或无线城域网计算机通信的远程网，所覆盖的地理范围从几百千米到几千千米，常以国家或城市为单位进行覆盖。6.3.1计算机网络技术1．计算机网络的基本概念（2）万维网万维网（WorldWideWeb，WWW），又称环球信息网、环球网和全球浏览系统等。万维网是一种基于超文本的、方便用户在因特网（Internet）上搜索和浏览信息的信息服务系统，它通过超链接把世界各地不同Internet节点上的相关信息有机地组织在一起，用户只需发出检索要求，它就能自动地进行定位并找到相应的检索信息。用户可用万维网在Internet上浏览、传递和编辑超文本格式的文件。6.3.1计算机网络技术2．计算机网络硬件（1）传输介质有线传输介质无线传输介质常用的无线传输介质有无线电波、微波和红外线等。通过无线传输介质可以摆脱有线介质的束缚，实现无线网络传输，从而有效扩展通信空间。6.3.1计算机网络技术2．计算机网络硬件（2）光猫光猫是光纤调制解调器的简称，它是光纤的接入终端，可以将光信号转换为电信号，从而实现光纤上网。简单的说，它的作用是把光纤传输过来的光信号变换为适合在路由器、计算机、电视等设备中传输的电信号。6.3.1计算机网络技术2．计算机网络硬件（3）路由器路由器通常连接在用户终端设备和光猫之间，主要功能是用来拓展网络，实现多台用户终端设备共享一个网络。将光猫与路由器连接，路由器不仅可以扩展局域网接口数量，企业级路由器的接口可到达上百个，家用的路由器接口数量一般不超过8个。6.3.1计算机网络技术2．计算机网络硬件（4）网卡网卡用于计算机和传输介质的连接。一般可分为有线网卡和无线网卡，顾名思义，有线网卡用于将计算机与有线传输介质相连，无线网卡用于将计算机与无线传输介质相连。6.3.1计算机网络技术3．计算机网络软件网络通信协议网络通信协议是指网络中计算机交换信息时的约定，它规定了计算机在网络中互通信息的规则。互联网采用的网络通信协议是TCP/IP。提供网络服务功能的专用软件该类软件用于提供一些特定的网络服务功能，如文件的上传与下载服务、信息传输服务等。010203网络操作系统网络操作系统用于管理网络软、硬件资源，常见的网络操作系统有UNIX、Netware、WindowsNT和Linux等。6.3.2移动通信技术1．移动通信技术的发展移动通信技术大致经历了第一代移动通信技术（1G）、第二代移动通信技术（2G）、第三代移动通信技术（3G）、第四代移动通信技术（4G）和第五代移动通信技术（5G）的发展。目前，主流的是4G与5G的应用。4G是集3G与WLAN于一体的，能够提供高速数据传输、高质量的音视频和图像的技术。在4G时代，文字不再是主流，视频资讯的应用更加常见，短视频在微信、微博等平台中随处可见。它是整合以往优势技术后构成的综合性技术，具有更高的数据传输可靠性和传输速度，理论上，数据传输速度将比4G提高10倍左右，只需要几秒便可下载一部高清电影，能够满足消费者对虚拟现实、超高清视频等更高的网络体验需求。4G5G6.3.2移动通信技术2．移动终端移动终端的操作十分简单、快捷，只需通过触摸屏来选择操作命令与使用应用程序，无须接入其他设备或使用按钮操作。移动终端具备开放的操作系统平台，如目前主流的智能手机主要包括安卓（Android）和iOS操作系统平台。移动终端通过具有高效的网络接入能力与信息共享功能，能够实时处理信息。移动终端也叫移动通信终端，从广义上讲，一切可以在移动中使用的计算机设备都可以看作移动终端，包括手机、平板电脑、笔记本电脑和车载智能终端等，但大部分情况下主要指手机。在显示技术、语音识别和图像识别等多模态交互技术越来越成熟的环境下，移动终端的人机交互功能将越来越完善，未来将朝着以人为核心、更智能化的方向发展。6.3.2移动通信技术3．移动互联网移动互联网是在移动通信和移动终端技术飞速发展的情况下产生，是一种通过移动终端，采用移动无线通信方式获取网络服务的计算机网络。与互联网相比，移动互联网的优势体现在它的移动性上，满足了用户随时随地查看、获取、传输数字媒体信息的需求。并且移动互联网与互联网是相互融合的，一方可以使用手机发送或接收信息，一方可以使用计算机接收或发送信息。6.3.3流媒体技术实时流式传输用于实时传输数据。需要注意的是，要想获得高质量的实时流式传输体验，就需要良好的网络环境，如果网络环境不佳，流媒体会为了保护流畅度而降低内容质量。实时流式传输顺序流式传输采用这种方式，数字媒体在播放时，会预先下载一段内容作为缓冲区，当网络实际速度小于播放所耗用文件的速度时，播放程序就会取用缓冲区内的信息进行播放，同时继续下载一段新的内容到缓冲区，避免播放中断。6.3.4数字媒体文件压缩、传输与转换工具的应用1．数字媒体文件压缩工具