计算机应用基础教程 第4章 多媒体技术基础(上)

1、第四章，多媒体技术基础，上海交通大学继续教育学院，王德军理工大学，本章的学习目标，了解多媒体技术的基本含义，多媒体的关键技术，多媒体系统的组成和特点，流媒体技术的含义等。了解计算机中音频信号的类型和特征，了解图形和图像与各种常用图形和图像格式之间的区别；图像颜色和色调的调整，以及图层、蒙版和滤镜的操作，了解计算机动画的基本原理和计算机动画的分类，了解简单逐帧动画和渐变动画的制作方法以及简单多层二维动画的制作，了解各种常用的视频文件格式、压缩原理和视频信息获取方法。第4章，多媒体技术基础，4.1多媒体技术概述4.2音频信号处理技术4.3图像处理技术4.4动画处理技术4.5视频信息处理技术，4.1

2、多媒体技术概述，4.1.1多媒体技术含义和特征4.1.2多媒体系统4.1.3媒体技术发展，4.1.1多媒体技术含义和特征在计算机领域中，媒体有两种含义：存储信息的实体，如磁盘、光盘和其他传输信息的载体，以及多媒体信息中的媒体，如文字、声音、图像指收集多媒体信息，如文字、图像、声音、动画、电影等。通过各种外部设备输入计算机，以数字形式进行处理、编辑、合成和存储，最终形成具有交互功能的多媒体产品。多媒体计算机与电视等其他多媒体设备的区别主要表现在前者强调交互性。多媒体技术是指用计算机对多媒体进行综合处理，并在各种媒体之间建立逻辑联系的技术，是信息传播技术、信息处理技术和信息存储技术的结合。多媒体技

3、术具有以下特点：信息媒体和媒体处理方法的多样化；媒体本身和用于处理媒体的各种设备的集成；用户与媒体和设备之间的交互式音频；与时间密切相关的视频媒体的实时性能等。4.1.1多媒体技术的含义和特点，4.1.2多媒体系统，包括多媒体硬件系统和多媒体软件系统1。多媒体硬件系统包括支持各种媒体信息的收集、存储和呈现所需的各种外部设备，例如声卡、视频卡和显示器、大容量存储设备以及各种多媒体输入、输出和集成设备。(1)音频组件和设备(2)视频组件和设备(3)大容量存储设备(4)其他常见的多媒体输入和输出设备，(1)音频组件和设备，除了耳机、麦克风或音频等声音输入和输出设备外，在计算机中，声卡是最基本的多媒体

4、组件，也就是实现声音的A/D(模拟/数字)、D/A(数字)。麦克风发出的模拟声音电信号经声卡采样、量化和压缩后，转换成由0和1组成的数字信号，并可在计算机中存储和处理。为了输出声音，还需要通过声卡将数字化信号转换成连续的电信号，然后通过扬声器或耳机输出。声卡的功能和性能直接影响多媒体系统的音频效果。一般来说，声卡不仅具有录制和播放音频文件的功能，还具有压缩和解压缩音频文件的功能，并且可以连接到MIDI设备和光盘驱动器。(2)视频组件和设备。视频技术是多媒体技术的重要组成部分，它可以在计算机上输入、编辑和播放丰富多彩的动态图像。除了监视器、照相机、数码相机和其他设备之外，视频设备还包括用于数模转

5、换的显示卡和用于视频输入的视频采集卡。显示器是一种显示图像的设备。目前，主要有三种类型的显示器：普通数控彩色显像管、液晶显示器和发光二极管显示卡，用于连接显示器和主机，并转换由计算机处理的数字信息当计算机中安装了视窗操作系统时，图形卡驱动程序将自动安装，并且可以使用控制面板修改显示器的分辨率。(2)视频组件和设备，(3)大容量存储设备。由于音频、视频等多媒体信息会占用很大的存储空间，除了大容量硬盘之外，用于采集和通信的常用大容量存储设备主要是光盘。根据在光盘上读取和写入信息的方式，光盘通常可以分为只能从光盘读取信息的只读光盘和可以写入的记录类型。有两种类型，一种是光驱，只能写一次；一种是光盘读

6、写，可以重复读写。根据存储容量，光盘可分为存储空间约为680兆字节的光盘和存储空间为4.7至17兆字节的光盘；蓝光光盘的容量可以高达25 GB。(4)其他常见的多媒体输入和输出设备，如图像扫描仪、电子笔和数字化仪，是常见的多媒体输入设备，而打印机、绘图仪和投影仪是常见的多媒体输出设备。数码相机、数码相机、触摸屏等。具有输入和输出功能。2.多媒体软件系统，包括支持各种多媒体设备的操作系统、用于各种媒体的收集、创建和处理工具、集成各种媒体的各种多媒体创建工具以及用于最终用户的各种多媒体应用软件。(1)操作系统中的多媒体功能一般来说，操作系统需要具有多任务和多媒体信息数据量大的特点。它需要操作系统利

7、用虚拟内存技术和硬盘等辅助内存的能力来实现其目标。它可以支持设备的即插即用。(2)媒体信息处理和处理工具。多媒体信息处理主要是通过软件处理、编辑、合成和存储外部设备采集的多媒体信息，包括文本、图像、声音、动画、电影和电视，最终形成多媒体软件产品。文字处理包括输入、格式化、排版、添加特殊文本效果、添加对象等等。常用的文字处理软件包括：记事本、写字板、Word和Windows中的WPS等。图形和图像的处理包括：改变尺寸、合成和编辑图形和图像、添加马赛克、模糊、玻璃化、水印、打印和输出图形和图像等。常用的图形和图像处理软件包括Windows Live照片库程序、Photoshop、CorelDraw

8、等。声音处理包括录音、编辑、去噪、混音和合成。声音处理软件包括：电脑动画如Ulead Audio Edit和Goldwave可分为两类：二维动画和三维动画。通常，在角色设计和制作之后，需要安排画面变化的顺序。对于常规更改过程，可以先排列几个关键图片和其他图片。计算机可计算和插值的常用动画软件主要有3DS、3DS MAX、MAYA、Flash、Gif动画等。视频是多媒体系统中的主要媒体形式之一。用计算机处理视频可以完成视频剪辑、过渡设置、配音、添加文字说明等非线性编辑功能。这可以通过传统的视频编辑机器来完成。常用的视频处理软件包括视窗实时视频工具、乌里德视频编辑器、Adobe Premiere等

9、视窗媒体播放器软件，可用于管理、查询和播放多媒体文件。(3)多媒体整合工具多媒体整合软件可以将各种媒体有机地整合成一个统一的整体。目前，Authorware一种基于图标的多媒体制作软件，被广泛使用；多媒体制作软件导演和闪光灯；基于时间序列；基于页面或卡片的多媒体工具书；网页制作软件Dreamweaver等VC等。也可用于多媒体软件的开发。(4)多媒体应用软件多媒体应用软件是利用多媒体处理和集成工具制作的。在多媒体计算机上运行的具有特定功能的软件，如辅助教学软件、游戏软件、电子参考书等。随着互联网的发展，多媒体应用如网络电视、视频点播、视频和音频即时通讯、视频会议等。也越来越受欢迎。4.1.3多

10、媒体技术发展，1。网络多媒体技术(1)多媒体网页：浏览器不仅是搜索在线信息的工具，也是显示在线多媒体信息的工具(2)数据流传输技术：将连续的视频和声音信息压缩后放入网络媒体服务器。(3)在线实时播放和视频点播在流媒体的支持下，一些在电视上直播的传统新闻和活动现在可以通过网络服务器在互联网上直播。虽然视频信息存储在网络服务器上，供用户通过客户端计算机按需订购，但它被称为视频点播(VOD)。真实网络的真实媒体、微软的视窗媒体和苹果的QuickTime是三种传统的流媒体播放工具。分别支持相应流媒体格式文件的播放。2.多媒体的关键技术主要包括：多媒体数据压缩编码技术、多媒体数据存储技术、数据输入输出技

11、术、多媒体通信网络技术、多媒体信息同步技术、多媒体专用芯片技术、多媒体软件技术和虚拟现实技术。多媒体数据压缩和编码技术数字化的多媒体信息数据中存在大量的冗余，如空间冗余、时间冗余和视觉冗余，使得数据压缩成为可能。数据压缩的本质是在满足恢复信息质量要求的前提下，通过代码转换或消除信息冗余，大大减少采样数据量。对应于数据压缩的处理称为解压缩，也称为数据恢复，即通过某种解码算法将压缩数据恢复为原始信息的过程。数据压缩技术一般可分为有损压缩和无损压缩。(2)多媒体数据存储技术主要研究多媒体信息的逻辑组织、存储体的物理特性、逻辑组织与物理组织的映射关系、多媒体信息的存取方法、存取速度和存储可靠性等。具体

12、技术包括光存储技术和移动存储技术，后者包括各种存储卡技术和移动硬盘存储技术。存储卡采用半导体存储技术，体积小、重量轻、无噪音。存储卡已经广泛用于数字电子产品，例如移动电话、数字记录笔、数码相机、固态驱动器、全球定位系统导航仪等。(3)多媒体数据输入/输出技术包括媒体转换技术、媒体识别技术、理解技术和综合技术等。媒体转换设备：声卡、视频采集卡OCR字符识别技术、手写识别技术、语音识别、图像识别、触摸屏技术等。自然语言理解、图像理解和模式识别都属于理解技术。(4)多媒体数据通信网络技术是多媒体技术、通信网络技术和计算机技术相互渗透和发展的产物。各种多媒体应用要求在网络上同时传输文本、图形、图像、声

13、音和视频等全面的多媒体信息。有大量的信息，这需要连续性。音频和视频必须同步。目前，支撑网络有：宽带多媒体网、xDSL宽带网、虚拟专用网、宽带IP网、电视广播网和宽带无线接入网。(5)多媒体信息同步技术的同步主要指媒体对象之间的时序关系。多媒体信息同步需要许多系统组件的支持和体现。包括操作系统、通信系统、数据库、文档和一些特定的应用，解决多媒体通信中信息同步的方法有很多，如时间戳方法、同步标记方法和复用方法。(6)多媒体专用芯片技术依赖于超大规模集成电路技术的发展。专用芯片一般分为两类：一类是固定功能芯片，主要用于提高图像数据的压缩率；另一种是可编程数字信号处理器芯片，采用多处理器并行技术，主要

14、用于提高图像处理的运算速度。(7)多媒体软件技术广泛应用于咨询服务、生产管理、图书、教育、通信、军事、银行、医疗、娱乐等行业。网络的发展趋势是：网络设备的性能越来越高，包括客户端中央处理器、内存、音视频卡等。随着蓝牙技术的发展和应用，无线终端在短距离多媒体网络通信中的组件化、智能化和嵌入式的发展趋势是：多媒体终端设备具有更高的智能化；嵌入式多媒体系统可以应用于人们生活和工作的各个方面，包括4.2音频信号处理技术、4.2.1音频数字化和MIDI合成音乐、4.2.2音频媒体管理、4.2.3音频处理技术、4.2.4语音合成和识别技术、4.2.1音频数字化和MIDI合成音乐。有两种主要的多媒体计算机声

15、音：波形音频和MIDI电子音频。波形音频是通过收集、记录和数字化外部声源获得的，而MIDI电子音频可以由计算机声卡中的合成器合成。1.波形音频的数字化；2.音乐合成。1.波形音频的数字化。从麦克风采集的声音信号转换而来的电信号具有波形特征。输入计算机后，需要转换成二进制信号，然后由计算机存储和处理。(1)波形音频的采样和量化；(2)制作波形音频文件的工具；(1)波形音频的采样和量化，这是多媒体。通过这种方式，声卡通常使用麦克风、立体声录音机或光盘作为声音信号的输入源，以一定的采样频率和量化电平对输入声音进行数字采样，进行模数转换，然后以适当的格式存储在硬盘上；当需要播放时，由于扬声器只能接受模

16、拟信号，文件中的数字信号被声卡还原成模拟信号，扬声器输出的光盘记录经混频器混频后的采样频率为44.1千赫。(2)波形音频文件窗口中的标准数字音频是一个WAVe波形文件，文件扩展名为”。wav”记录实际声音采样的数据。在适当的硬件和计算机的控制下，可以使用波形文件再现各种声音。大多数声卡可以以16位量化级别和44.1千赫采样速率记录和播放立体声声波音频文件。主要缺点是文件太大，不能长时间记录。(3)制作波形音频文件的工具可以使用窗口中的“录制器”工具录制波形音频。(MIDI音乐数字接口的缩写，通常指数字音乐的国际标准(1)合成器：使用数字信号处理器(DPS)或其他芯片产生音乐或声音的电子设备。数字信号处理器生成并修改波形，然后通过声音发生器和扬声器发出声音。MIDI音乐生成原理：MIDI文件是存储MIDI信息的标准文件格式，包含多达16个通道的音符、计时和播放定义。每个通道的演奏音符由键号、通道号、声音长度、音量和强度组成。演奏电子乐器时的指令信息通过声卡上的MIDI控制器输入计算机，或者音乐指令集由音乐编辑软件(如CakeWalk MIDI)生成，以MIDI文件格式存储为MIDI音频。由于MIDI文件是一系列指令，而不是波形，因此与波形文件相比，它们占用的