教学材料计算机 概述-第7章

7.1多媒体概述7.1.1多媒体基本概念1.媒体的概念及分类媒体(media)在计算机信息领域中泛指一切信息载体媒体的含义有两种:一种是指表示信息的载体，如文字、图形、图像、声音、视频影像、动画等;而另一种是指存储信息的实体，如纸张、半导体存储器、磁带、磁盘、光盘等2.多媒体及多媒体技术多媒体是数字、文字、声音、图形、图像和动画等多种媒体的组合计算机能处理的多媒体信息从时效性上可分为两类:静态媒体—包括文字、图形、图像;动态媒体—包括声音、动画、视频.下一页返回7.1多媒体概述多媒体技术是指能对多种载体(媒介)上的信息和多种存储体(媒质)上的信息进行处理的技术一也就是一种把文字、图形、图像、视频、动画和声音等表现信息的媒体结合在一起，并通过计算机进行综合处理和控制，将多媒体各个要素进行有机组合，完成一系列随机性交互式操作的技术。3.多媒体技术的特点多媒体的基本特征主要包括信息媒体的多样性、交互性和集成性等几个方面。7.1.2多媒体的发展及应用1.多媒体技术的发展多媒体是在现代信息技术不断进步的条件下，由多学科不断融合、相互促进而产生出来的多媒体并不是新的发明。上一页下一页返回7.1多媒体概述从某种意义上说，它是信息技术与应用发展的必然。多媒体技术真正得以实现是在20世纪80年代中期1984年，美国Apple公司首先在其Macintosh机上引入位图的概念，并用图标作为与用户的接口。同一年，Microsoft公司推出了Windows,它是一个图形操作环境。Windows使用鼠标驱动的图形菜单，是一个具有多媒体功能、用户界面友好的多层窗口操作系统随着大容量光盘的出现，为存储和表示声音、文字、图形、音频等高质量的数字化媒体提供了有效手段。20世纪90年代以来，多媒体技术逐渐成熟多媒体技术从以研究开发为重心转移到以应用为重心。随着多媒体各种标准的制定和应用，极大地推动了多媒体产业的发展。上一页下一页返回7.1多媒体概述2.多媒体技术的应用多媒体技术问世以来，在较短的时间内，以其信息表达方式直观、形象，交互操作方便、灵活的极大优势，很快风靡整个世界，特别是与电子、通信、网络等技术的完美结合，使多媒体技术的应用遍及人类社会生活的各个方面，领域不断扩大，主要体现在以下几方面。(1)教育和培训。(2)电子出版。(3)信息展示。(4)办公自动化(5)多媒体网络与通信。(6)虚拟仿真(7)游戏和娱乐多媒付上一页下一页返回7.1多媒体概述7.1.3多媒体信息的类型(1)文本。文本是以文字和各种专用符号表达的信息形式，它是现实生活中使用得最多的一种信息存储和传递方式。(2)图形。又称为矢量图。矢量图是用数学方法描述的一系列点、线、弧和其他几何形状，存放这种图所使用的格式称为矢量图格式，存储的数据主要是绘制图形的数学描述，特点是存储一幅图形的空间占用小，处理速度快，空间变换方便。采用这种图形方式的软件有AutoCAD,电子EDA辅助设计等。(3)图像。又称为位映像图或光栅图这种图同电视图像一样，由像素组成，存储这种图所使用的格式称为位映像图格式(简称位图格式)，存储的数据是描述像素的数值。上一页下一页返回7.1多媒体概述(4)声音声音是人们用来传送信息、交流感情最方便、最熟悉的方式之一在多媒体信息处理中，根据其内容可分为波形声音、语音和音乐。(5)动画。动画是利用人的视觉暂留特性，快速播放一系列连续运动变化的图形图像，也包括画面的缩放、旋转、变换、淡人淡出等特殊效果通过动画可以把抽象的内容形象化，使许多难以理解的教学内容变得生动有趣。合理使用动画可以达到事半功倍的效果。(6)视频影像视频影像具有时序性与丰富的信息内涵，常用于交代事物的发展过程视频非常类似于我们熟知的电影和电视，有声有色，在多媒体中充当起重要的角色。上一页下一页返回7.1多媒体概述7.1.4多媒体信息处理的关键技术1.数据压缩技术多媒体数据的显著特点就是其数据量非常大例如，一张彩色相片其数据量可达近100MB，而视频影像和声音的数据量则更加庞大。这给计算机的存储和网络传输都造成了很大的负担，所以要进行数据压缩，压缩后再进行存储和传输，需要时再解压缩、还原。2.专用芯片技术多媒体专用芯片基于超大规模集成电路(VLSI)技术，它是多媒体硬件体系结构的关键技术因为要实现音频、视频信号的快速压缩、解压缩和播放处理，需大量能快速计算而实现图像的特殊效果。上一页下一页返回7.1多媒体概述3.大容量光盘存储技术多媒体的音频、视频、图像等信息虽经压缩处理，但仍需相当大的存储空间，即使大容量的硬盘，一也存储不了许多多媒体信息而近几年快速发展起来的光盘存储器(CD-compactdisc)由于其原理简单，存储容量大，便于大量生产和价格低廉，被愈来愈)广泛地用于多媒体信息和软件的存储。4.多媒体数据检索技术多媒体技术和Internet的发展将人们带入了多媒体信息海洋，这就需要在多媒体信息库中找到一种针对多媒体的有效检索方式，帮助人们快速、准确地找到所需要的多媒体信息。上一页下一页返回7.1多媒体概述基于内容的信息检索(content一basedretrieval)是一种新的检索技术，是对多媒体对象的内容及上下文语义环境进行检索，如对图像中的颜色、纹理，或视频中的场景进行分析和特征提取，并基于这些特征进行相似性匹配。5.多媒体输入/输出技术媒体输入/输出技术包括多媒体输入/输出设备、媒体显示和编码技术、媒体识别技术、媒体变换技术、媒体理解技术和媒体综合技术。上一页返回7.2多媒体计算机系统的组成7.2.1多媒体硬件系统1.多媒体计算机多媒体计算机可以是多媒体个人计算机(MPC)，也可以是工作站或其他中、大型机MPC是目前市场上最流行的多媒体计算机系统，通常可以通过两种途径获取MPC:一是直接购买厂家生产的MPC;二是在原有的PC机基础上增加多媒体套件升级为MPC，升级套件主要有声卡、CD-ROM驱动器等，再安装其驱动程序和软件支撑环境即可使用由于多媒体计算机要求有较高的处理速度和较大的主存空间，因此MPC既要有功能强、运算速度高的CPU，又要有较大的内存空间。另外，高分辨率的显示接口也是必不可少的。下一页返回7.2多媒体计算机系统的组成2.多媒体板卡多媒体板卡是根据多媒体系统获取或处理各种媒体信息的需要插接在计算机上，以解决输入和输出问题常用的多媒体板卡有显示卡、声音卡和视频卡等3.多媒体设备多媒体设备十分丰富，一般为多媒体输入设备或多媒体输出设备。常用的多媒体设备有显示器、光盘存储器、音箱、摄像机、扫描仪、数字相机、触摸屏和投影机等7.2.2多媒体软件系统构建一个多媒体系统，硬件是基础，软件是灵魂多媒体软件的主要任务是将硬件有机地组织在一起，使用户能够方便地使用多媒体信息。上一页下一页返回7.2多媒体计算机系统的组成多媒体软件系统按功能可分为多媒体系统软件和多媒体应用软件。1.多媒体系统软件多媒体系统软件除了具有一般系统软件的特点外，还反映了多媒体技术的特点，如数据压缩、媒体硬件接口的驱动、新型交互方式等多媒体系统软件主要包括多媒体驱动软件、多媒体操作系统和多媒体开发工具等三种。2.多媒体应用软件多媒体应用软件又称多媒体应用系统或多媒体产品，它是由各种应用领域的专家或开发人员利用多媒体编程语言或多媒体创作工具编制的最终多媒体产品，是直接面向用户的。多媒体系统是通过多媒体应用软件向用户展现其强大的、丰富多彩的视听功能。上一页下一页返回7.2多媒体计算机系统的组成例如，各种多媒体教学软件、培训软件、声像俱全的电子图书等，这些产品都可以光盘形式面世。一般的多媒体系统主要由四个部分组成:多媒体操作系统、多媒体硬件系统、媒体处理系统工具和用户应用软件。上一页返回7.3多媒体信息的表示与处理7.3.1声音信息处理知识1.模拟音频信号的数字化声音是携带信息极其重要的媒体，是通过空气传播的一种连续的波，叫作声波，它具有反射、折射和衍射现象。声音信号是由许多频率不同的分量信号组成的复合信号。复合信号的频率范围称为带宽带宽为20Hz~20kHz的信号称为音频(audio)信号，可以被人的耳朵感知。声音是人耳所感觉到的空气分子的振动，由振动的声波组成，通常用随时间变化的连续波形来表示声音用3个物理量描述:振幅、周期、频率振幅表示波形最高点(或最低点)与基线间距离，表示声音的强弱;周期表示两个连续波峰间时间长度;频率表示一秒钟内出现的周期数(振动次数)，以Hz为单位。下一页返回7.3多媒体信息的表示与处理声音信号是时间和幅度上都连续的模拟信号。而计算机内部只能识别0和1，所以计算机处理声音的第一步是将声音数字化，即将模拟信号变为数字信号，这个过程又称为模/数(A/D)转换，A/D转换过程包括三个阶段，即采样、量化、编码，如图7.1所示。2.常用的声音压缩标准声音信息的数据量往往很大如16bps样值的PCM编码，采样速率为44.1kHz，则双声道立体声声音每秒将有176kB的数据为了便于声音的存储和传输，国际电报电话咨询委员会(CCITT)和国际标准化组织(ISO)先后提出一系列声音编码的建议，制定了一系列语音压缩的标准，如应用于电话线、卫星通信的具有电话质量的语音压缩标准G.711,G.721、G.723，宽带话音压缩标准G.722。上一页下一页返回7.3多媒体信息的表示与处理3.声音文件的存储格式经过采样后的声音以文件方式进行存储。声音文件有多种存储格式，目前最常用的声音文件类型主要有以下四种:(1)波形音频文件(WAV):波形音频文件是真实声音数字化后的数据文件，其文件所占存储空间都很大，每秒钟音频文件的字节数可用如下公式计算:(采样频率x采样精度)/8(2)数字音频文件(MIDI):由于MIDI文件是一系列指令而不是声音波形，所以要求磁盘空间小，一般用于处理较长的音乐，为多媒体设计和指定播放音乐时间带来很大的灵活性。上一页下一页返回7.3多媒体信息的表示与处理(3)光盘数字音频文件(CD一DA):其采样频率为44.1kHz，每个采样使用16位存储信息。它可以提供高质量的音源，而且无须硬盘存储声音文件，声音直接通过光盘由CD-ROM驱动器中特定芯片处理后发出。(4)网络数字音频文件:扩展名为“.au"。文件容量小，适合网上传输。7.3.2图形、图像信息处理知识图形图像是人类最容易接受的媒体信息类型之一，一也是多媒体技术中的重要媒体之一。上一页下一页返回7.3多媒体信息的表示与处理1.图形和图像的基本概念1)像素、图像与图形计算机屏幕上的图像是由屏幕上的发光点(常称为像素)构成的，对每个点可用二进制数据来描述其颜色与亮度等属性可以说，像素是构成点阵图像的基本元素，它是离散的，就像是在绘图纸上一样排列成矩阵形式每个像素由一对整数(x，y)确定其在图像中的位置，此位置对应着显示器上的一个点或绘图纸上的一个小正方形色块。由连续区域内的像素构成的图像称为点阵图像，一也称位图像或者说，全部的像素形成的矩阵就构成了位图。2)图像分辨率和颜色深度图像由像素组成，影响图像质量的因素主要包括分辨率和颜色深度。上一页下一页返回7.3多媒体信息的表示与处理分辨率表示图像中像素的密度，单位是dpi，表示每英寸长度上像素的数量图像分辨率越高，包含的像素越多，表现细节就越清楚，但分辨率高的图像占用存储空间大，传送和显示速度慢。3)色彩模型颜色一般分为两类，即彩色与非彩色非彩色反映自色、黑色及各种深浅层次的灰色彩色是指黑、白、灰色以外的各种颜色，这些颜色可由某种色彩模式根据各种特性的几种店本色彩光成分表示出来表示彩色特性的方法有许多，如RGB模式、CMYK模式、HSB框式及HLS模式等。上一页下一页返回7.3多媒体信息的表示与处理2.图像数据的容量、图像压缩在扫描一幅图像时，实际上就是按一定的图像分辨率和图像色彩深度对图片或照片进行采样，进而生成一幅数字化的图像图像的分辨率越高、图像色彩深度越深，则数字化后的图像效果就越逼真，但是图像数据量一也越大图像效果与数据量两者的关系应该兼顾。按照像素点及其色彩深度计算的图像数据量有下面的公式:图像数据量=图像的总像素x图像色彩深度//8(B)3.常见的图像文件格式常用的图像格式有BMP,GIF,JPEG,TIF,PSI,PNG,PCX,TGA等其中BMP格式是标准的Windows和OS/2的图像位图格式，文件扩展名是“.bmp"。上一页下一页返回7.3多媒体信息的表示与处理BMP格式通用性好，Windows环境下运行的所有图像处理软件都支持BMP格式，但由于BMP格式未经过压缩，图像占用存储空间较大(GIF格式只支持256种颜色，采用无损压缩存储。在不影响图像质量的情况下，可以生成很小的文件虽然(GIF图像的颜色深度较低，图像质量不高，但(GIF图像文件短小、下载速度快、可以存储简单动画，所以(GIF格式在网络上应用广泛。7.3.3视频信息处理知识1.视频信号及其数字化视频图像是一种活动影像，它与电影和电视原理是一样的，都是利用人眼的视觉暂留现象，将足够多的画面(frame，帧)连续播放，只要能够达到每秒20帧以上，人的眼睛就觉察不出画面之间的不连续性。上一页下一页返回7.3多媒体信息的表示与处理电影是以每秒24帧的速度播放，而电视则依视频标准的不同，有每秒25帧(中国用)和每秒30帧(美国用)之分活动影像。如果帧率在15帧/秒之下，则将产生明显的闪烁感甚至停顿感;而相反，若提高到50帧/秒甚至100帧/秒，则感觉到图像极为稳定视频图像的每一帧，实际上就是一幅静态图像，所以图像的存储量大的问题，在视频图像中就显得更加严重因为播放一秒钟视频就需要20一30幅静态图像，但是由于视频中的每幅图像之间往往变化不大，通常采用数据压缩技术，减小其存储空间。2.视频压缩标准分辨率为640x480的24位真彩色数字视频图像的数据量大约为1MB/帧。如果每秒播放25帧图像，则1秒钟的视频将需要25MB的硬盘空间。上一页下一页返回7.3多媒体信息的表示与处理由此可见高效实时地压缩视频信号数据量的重要性对视频数据进行压缩有两种基本途径:一种是通过硬件，如视频采集设备;另一种是通过软件，如视频编码器视频压缩分为无损压缩和有损压缩无损压缩是使压缩前后的数据保持一致不变。有损压缩则去掉一些感知不到的图像和音频信息目前最流行的视频压缩编码标准主要是MPEG。3.常见的视频文件格式

目前常用的视频格式有AVI,MPG,MOV,RM/RMVB,ASF,WMV,DIVX等其中AVI是一种支持音频/视频交又存取机制的格式，它是Microsoft公司开发的一种符合RIFF文件规范的数字音频与视频文件格式AVI格式视频文件装人内存的速度快，播放效率高，文件播放时可以使用纯软件进行实时解压缩，不需要专门的解压硬件支持。上一页下一页返回7.3多媒体信息的表示与处理RealMedia规范中主要包括三类文件:RealAudio,RealVideo和RealFlash.RealVideo是一种流式视频文件格式，可以在数据传输过程中一边下载一边播放，实现影像数据的实时传送和实时播放。RM格式以牺牲画面质量来换取可连续观看性，所以图像质量相对较差。7.3.4多媒体开发工具多媒体符合现代信息社会的应用需求目前，多媒体应用系统丰富多彩、层出不穷，已经深人到人类学习、工作和生活的各个方面其应用领域从教育、培训、商业展示、信息咨询、电子出版、科学研究到家庭娱乐，特别是多媒体技术与通信、网络相结合的远程教育、远程医疗、视频会议系统等新的应用领域给人类带来了巨大的变革。上一页下一页返回7.3多媒体信息的表示与处理与此同时，多媒体制作的开发工具也得到快速发展。多媒体开发工具是基于多媒体操作系统的多媒体软件开发平台，可以帮助开发人员组织编排各种多媒体数据及创作多媒体应用软件。这些多媒体开发工具综合了计算机信息处理的各种最新技术，如数据采集技术、音频视频数据压缩技术、三维动画技术、虚拟现实技术、超文本和超媒体技术等，并且能够灵活地处理、调度和使用这些多媒体数据，使其能和谐工作，形象逼真地传播和描述要表达的信息，真正成为多媒体技术的灵魂。1.多媒体开发工具的类型基于多媒体创作工具的创作方法和结构特点的不同，可将其划分为如下几类。上一页下一页返回7.3多媒体信息的表示与处理(1)基于时基的多媒体创作工具(2)基于图标或流线的多媒体创作工具(3)基于卡片或页面的多媒体创作工具(4)以传统程序语言为基础的多媒体创作工具2.多媒体开发工具的功能基于应用目标和使用对象的不同，多媒体创作工具的功能将会有较大的差别。归纳起来，多媒体创作工具的功能如下。(1)优异的面向对象的编辑环境(2)具有较强的多媒体数据I/0能力。(3)动画处理能力。(4)超链接能力。(5)应用程序的连接能力。(6)友好的界面，易学易用上一页返回7.4Windows7的多媒体功能7.4.1画图软件Windows7中全新的“画图”工具也引入了类似Office2010的功能区，从而使得这个工具的使用更加方便，如图7.2所示此外，新的画图工具加人了不少新功能，例如刷子功能可以帮助用户更好地进行“涂鸦”，而通过图形工具，可以为任意图片加人设定好的图形框，如五角星图案、箭头图案等1.绘制线条可以在“画图”窗口中使用多个不同的工具绘制线条(1)“铅笔”工具:在“主页”选项卡的“工具”组中单击“铅笔”工具按钮，可打开“铅笔”工具，使用该工具可绘制细的、任意形状的直线或曲线。下一页返回7.4Windows7的多媒体功能在“颜色”组中可设置绘图的颜色，单击“颜色1"，再单击某种颜色，然后在图片中拖动指针进行绘图;若要使用颜色2(背景)绘图，可在拖动指针时单击鼠标右键(2)刷子:使用“刷子”工具可绘制具有不同外观和纹理的线条，就像使用不同的艺术刷一样。使用不同的刷子可以绘制出具有不同效果的任意形状的线条和曲线。在“主页”选项卡中单击“刷子”下方的向下箭头，可选择要使用的艺术刷单击“粗细”按钮，然后单击某个粗细的线条，这将决定刷子笔画的粗细。(3)“直线”工具使用“直线”工具可绘制直线使用此工具时，可以选择线条的粗细，还可以选择线条的外观。上一页下一页返回7.4Windows7的多媒体功能(4)“曲线”工具使用“曲线”工具可绘制平滑曲线在“主页”选项卡的“形状”组中单击“曲线”工具按钮在绘制时首先通过拖动鼠标创建直线，之后在图片中单击希望曲线弧分布的区域，然后拖动指针调节曲线。2.绘制其他形状用户可以使用“画图”工具在图片中添加其他形状，除了传统的矩形、椭圆、三角形和箭头之外，还包括一些有趣的特殊形状，如心形、闪电形或标注等如果用户希望自定义形状，还可以使用“多边形”工具3.选择并编辑对象在“画图”中可能希望对图片或对象的某一部分进行更改，此时就需要选择图片中要更改的部分，然后进行编辑。上一页下一页返回7.4Windows7的多媒体功能根据要旋转的对象执行下列操作之一:若要旋转整个图片，可在“主页”选项卡的“图像”组中单击“旋转”按钮，然后单击旋转方向;若要旋转图片的某个对象或某个选定部分，可在“主页”选项卡的“图像”组中单击“选择”按钮，拖动指针选择要旋转的区域或对象，单击“旋转”按钮，然后单击旋转方向。如图7.3所示。4.处理颜色有很多工具专门帮助处理“画图”中的颜色，这些工具允许在“画图”中绘制和编辑内容时使用期望的颜色。(1)颜料盒。(2)颜色选取器(3)用颜色填充上一页下一页返回7.4Windows7的多媒体功能7.4.2录音机Windows7中的音频处理能力非常强大，使用其各种功能和处理音频的工具“录音机”，可以方便地制作出自己需要的声音文件。使用“录音机”程序可以用来录制声音并将其作为音频文件保存在计算机上，若要使用该程序，则计算机上必须装有声卡和扬声器。若要录制声音，则还需要麦克风或其他音频输入设备使用“录音机”程序的具体操作步骤如下:(1)确保有音频输入设备(如麦克风)连接到计算机(2)在“开始”菜单中，选择“所有程序”一“附件”一“录音机”命令，打开录音机界面，如图7.5所示，单击“开始录制”按钮，即可开始从输入设备录制声音。上一页下一页返回7.4Windows7的多媒体功能(3)如果要停止录制音频，则单击“停止录制”按钮。此时，弹出“另存为”对话框，在“文件名”文本框中为录制的声音输入文件名，然后单击“保存”按钮将录制的声音另存为音频文件(.wma)。7.4.3多媒体播放器——WindowsMediaPlayerWindowsMediaPlayer是Windows操作系统中的一个重要组件，Windows7系统中自带最新版本的WindowsMediaPlaver12，它不仅在界面上较之前版本发生了显著的变化，而且在功能上也带给用户更好的体验。使用WindowsMediaPlaver12可以查找和播放计算机或网络上的数字媒体文件、CD和DVD，以及来自Internet的数据流，还可以从音频CD翻录音乐，将喜爱的音乐刻录成CD等。上一页下一页返回7.4Windows7的多媒体功能1.认识界面在Windows7中依次选择“开始”一“所有程序”一“WindowsMediaPlaver”命令，启动WindowsMediaPlaver，其界面的主要组成部分，如图7.6所示。2.三种播放模式使用WinflowsMediaPlane:可以在三种播放模式之间进行切换，即“播放机库”模式、“正在播放”模式和“全屏幕”模式。使用“播放机库”模式可以全面控制播放机的大多数功能，在默认情况下启动时即为“播放机库”模式，如图7.6所示。而“正在播放”模式提供最适合播放的简化媒体视图。上一页下一页返回7.4Windows7的多媒体功能(1)“正在播放”模式:若要从“播放机库”转至“正在播放”模式，只需单击播放机窗口右下角的“切换到正在播放”按钮。.即可，如图7.7所示。(2)“播放机库”模式:若要从“正在播放”模式返回到播放机库，可单击播放器窗口右上角的“切换到媒体库”按钮州。(3)“全屏幕”模式:在“正在播放”模式中单击右下角的“全屏视图”按钮，可以切换到“全屏幕”模式3.播放音频或视频文件使用WinflowsMediaPlayer可以播放位于播放机库、计算机、网络文件夹或网站上的数字媒体文件。(1)播放播放机库中的文件。上一页下一页返回7.4Windows7的多媒体功能(2)播放非播放机库中的文件。(3)播放CD或DVD使用WindowsMediaPlaye:可以播放音频CD、数据CD和包含音乐文件或视频文件的数据DVD。4.WindowsMediaPlayer的快捷操作方法在使用WinflowsMediaPlaye时，常用的快捷操作方法如下:按【F8】键可降低音量，按【F9】键可提升音量，按【F7】键可静音;按【Ctrl+【N】用于创建新的播放列表，按【Ctrl+【0】用于打开媒体文件，按【Ctrl+【T】用于在打开重复播放和关闭重复播放之间进行快速切换。7.4.4多媒体娱乐中心——WindowsMediaCenterWindowsMediaCenter是Windows7自带的多媒体工具，具有较强的功能。上一页下一页返回7.4Windows7的多媒体功能它实质上是将原来的MediaPlave:所有功能、WindowsDVDMaker等其他程序及一些硬件功能构建成一个娱乐程序。WindowsMediaCenter即多媒体娱乐中心，是Windows7版本中一个多媒体应用程序，其主界面如图7.8所示。WindowsMediaCente:的功能主要有:观看、暂停和录制直播电视;观看照片和幻灯片;播放音乐库中的任何歌曲或播放CD或DVD。在使用WindowsMediaCente:播放多媒体文件前，需要先将多媒体文件添加到该程序中。其操作方法如下:(1)在WindowsMediaCenter的初始界面上，移动鼠标指针到“任务”选项，然后单击设置”选项在打开的窗口中单击“媒体库”按钮，如图7.9所示。上一页下一页返回7.