計算機基礎(chǔ)第五章教案課件

第5章

多媒體技術(shù)基礎(chǔ)15.1多媒體技術(shù)概述 5.1.1、媒體與多媒體

1.媒體(媒介、媒質(zhì))

媒體是信息表示、傳遞和存儲的載體

存儲信息的實體紙張、磁盤、光盤

表示信息的載體文本、圖形、圖像

聲音、動畫、視頻命運2媒體的種類(CCITT)

感覺媒體人的感官，如視覺、聽覺等

表示媒體為了處理和傳輸感覺媒體而人為構(gòu)造的媒體，如文本、圖形、動畫等

顯示媒體獲取和表現(xiàn)信息的物理設(shè)備，如鍵盤、鼠標器、顯示器和音箱等

存儲媒體用來存放表示媒體的介質(zhì)，如磁盤、光盤和內(nèi)存等

傳輸媒體傳輸數(shù)據(jù)的載體，如光纜32.多媒體

通常是指表示媒體，也就是

靜態(tài)媒體：文本、圖形、圖像

動態(tài)媒體：聲音、動畫、視頻多媒體是融合兩種或兩種以上表示媒體的一種人機交互式信息交流和傳播媒體。

多媒體的實質(zhì)：各種媒體數(shù)字化。45.1.2、多媒體技術(shù)

定義將多種媒體信息通過計算機進行數(shù)字化采集、編碼、存儲、傳輸、處理和再現(xiàn)等，使多種媒體信息建立邏輯連接，并集成一個具有交互性的計算機系統(tǒng)。利用計算機綜合處理圖文聲像。

特征多樣性：綜合處理多種媒體信息集成性：信息集成及設(shè)備集成交互性：控制和使用信息的手段 實時性：支持實時處理55.1.3、多媒體技術(shù)的應(yīng)用

1.教育與培訓多媒體教學課件多媒體技能培訓系統(tǒng)虛擬課堂、虛擬實驗室、虛擬圖書館

2.出版與圖書

電子出版物具有容量大、體積小、成本低、檢索快、易于保存和復(fù)制、能存儲圖文聲像信息等，如光盤百科全書、e-book。6

3.商業(yè)與咨詢商品簡報、查詢服務(wù)、產(chǎn)品演示、商貿(mào)交易(電子商務(wù))等。利用多媒體技術(shù)可為公眾提供各類咨詢服務(wù)，也可通過觸摸屏進行操作。

4.通信與網(wǎng)絡(luò)信息家電(電話、電視、冰箱、音響)、視頻會議、可視電話、遠程醫(yī)療系統(tǒng)。7

5.軍事與娛樂軍事遙感戰(zhàn)場模擬核武器模擬

CD、VCD、DVD、(三維)游戲多媒體技術(shù)的優(yōu)勢可能不在于某些具體的應(yīng)用，而是在于它能把復(fù)雜的事物變得簡單、把抽象的東西變?yōu)榫唧w。85.2多媒體系統(tǒng)的組成5.2.1、多媒體系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)多媒體硬件系統(tǒng)：多媒體控制板卡及I/O電路多媒體驅(qū)動程序：用來控制和操縱多媒體硬件多媒體操作系統(tǒng)：CD-RTOS(專用),Windows(通用)多媒體應(yīng)用軟件多媒體開發(fā)工具多媒體操作系統(tǒng)多媒體驅(qū)動程序多媒體硬件系統(tǒng)95.2.2、多媒體系統(tǒng)的基本組成101、多媒體硬件：計算機：MPC或工作站 MPC：多媒體計算機系統(tǒng)

工作站：采用工業(yè)標準POSIX和XPG3，整體運算速度高、存儲容量大、具有較強的圖形處理能力。多媒體板卡： 為多媒體數(shù)據(jù)解決輸入和輸出問題的硬件設(shè)備。常用的多媒體板卡有：顯示卡、音頻卡和視頻壓縮卡等。11顯示卡（顯示適配器）： 計算機與顯示器之間的接口，用于將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成圖像信號并在顯示器上輸出。音頻卡： 用來錄制、編輯和回放數(shù)字音頻文件，在記錄和回放數(shù)字音頻文件時進行壓縮和解壓縮。視頻壓縮卡：

視頻信號處理平臺，匯集視頻源和音頻源的信號，具有捕獲、壓縮、存儲、編輯和特技制作等處理手段。12多媒體外部設(shè)備： 常用的多媒體外部設(shè)備有： 光盤、掃描儀、數(shù)碼相機、攝像頭、數(shù)字攝像機、觸摸屏、麥克風、揚聲器、顯示器和投影機等。?多媒體軟件：

系統(tǒng)軟件、支持軟件和應(yīng)用軟件。多媒體系統(tǒng)軟件：

多媒體驅(qū)動程序和多媒體操作系統(tǒng)（數(shù)據(jù)壓縮、媒體硬件接口的驅(qū)動、新型交互方式等）13多媒體支持軟件：創(chuàng)作和開發(fā)工具

多媒體素材制作工具文字特效制作軟件：MSWord/藝術(shù)字音頻處理軟件：Syntrillium

Cooledit

TwelveToneCakewalk圖形圖像處理軟件：CorelCorelDRAW

AdobePhotoshop14動畫制作軟件：MacromediaFlashMXDiscreet3dsmax視頻編輯軟件：AdobePremiere多媒體著作工具

MicrosoftPowerPointMacromediaAuthorware

多媒體編程語言

VB、VC++多媒體應(yīng)用軟件：

多媒體應(yīng)用軟件又稱多媒體應(yīng)用系統(tǒng)或多媒體產(chǎn)品。155.3.1、聲音的基本概念

聲音是模擬信號，其幅度隨時間而連續(xù)變化5.3音頻信息處理tt周期TF=1/T振幅A正弦信號語音信號

振幅A—反映信號的強度或聲音的大??；

頻率f—反映振動的快慢或音調(diào)的高低。單位為：振動次數(shù)/每秒。f=1/T（周期）165.3.2、聲音的數(shù)字化

計算機只能識別數(shù)字信號。數(shù)字信號的優(yōu)點:

①易于進行信息處理（信息的識別、比較、壓縮、加密等）

②高保真度（“0”、“1”兩種狀態(tài)，容易判決，存儲，不怕噪音干擾，無失真地進行遠距離傳輸）聲音數(shù)字化過程：模擬信號數(shù)字信號A/DADCD/ADAC17

A/D轉(zhuǎn)換（AnalogtoDigital模數(shù)轉(zhuǎn)換）：

PCM法

(PulseCodeModulation脈沖編碼調(diào)制)

采樣：在連續(xù)信號中每隔一定時間取一個值；

量化：把信號大小取整為n位二進制數(shù)表示；

編碼：按一定規(guī)律產(chǎn)生二進制位流輸出信號。采樣量化編碼聲音的模擬信號聲音的數(shù)字信號18例，將下面信號數(shù)字化。t4.014.9連續(xù)信號采樣量化和編碼t439715數(shù)字信號結(jié)果19聲音數(shù)字化三要素：采樣頻率量化位數(shù)聲道數(shù)每秒鐘抽取聲波幅度樣本的次數(shù)每個采樣點用多少二進制位表示數(shù)據(jù)范圍使用聲音通道的個數(shù)采樣頻率越高聲音質(zhì)量越好數(shù)據(jù)量也越大量化位數(shù)越多音質(zhì)越好數(shù)據(jù)量也越大立體聲比單聲道的表現(xiàn)力豐富，但數(shù)據(jù)量翻倍11.025kHz22.05kHz44.1kHz8位＝256個值16位＝65536個值單聲道立體聲

采樣定理：采樣頻率要高于信號最高有效頻率的兩倍，信號才可能完全復(fù)原。

如：話音4KHz，采樣8K次；聲音20KHz，采樣40K次。20

聲音數(shù)字化計算公式數(shù)據(jù)量＝采樣頻率×量化位數(shù)

×聲道數(shù)/8(字節(jié)/秒)采樣頻率(kHz)量化位數(shù)(bit)數(shù)據(jù)量(KB/s)單聲道立體聲11.025810.7721.531621.5343.0722.05821.5343.071643.0786.1344.1843.0786.131686.13172.27215.3.3、音頻的文件格式

①WAV格式

WAV是Microsoft/IBM共同開發(fā)的，標準的WindowsPCM波形文件，是一種未經(jīng)壓縮的PCM脈沖編碼調(diào)制數(shù)據(jù)，是對聲波信號數(shù)字化的直接表示形式，主要用于自然聲音的保存與重放。

特點：聲音層次豐富，還原音質(zhì)好22

②MP3格式：

MP3(MPEGAudiolayer3)是一種按MPEG標準的音頻壓縮技術(shù)制作的有損壓縮音頻文件。 MP3Pro是MP3的改進算法，對聲音中的低頻成分采用較高壓縮率，對高頻成分采用低壓縮率。

特點：高壓縮比(11:1)，優(yōu)美音質(zhì)MPEG標準:(MovingPicturesExpertsGroup動態(tài)圖像專家組)

主要包括: MPEG-1、MPEG-2、

MPEG-4、MPEG-7、MPEG-21。23

③CD格式：

CD格式的音頻文件擴展名為.cda。采樣頻率為44.1kHz，量化位數(shù)為16bit，速率為176kB/s。CD音軌是近似無損的，一張CD盤可以播放74分鐘左右。 一個cda文件存放的只是一個索引信息，并不是真正的包含聲音信息，所以不論CD音樂的長短，在計算機上看到的*.cda文件都是44B。

特點：高保真、不能直接復(fù)制。需要使用音頻抓軌軟件進行格式轉(zhuǎn)換。24

④WMA文件

WMA(WindowsMediaAudio)是WindowsMedia格式中的一個子集(音頻格式)。

特點：壓縮到MP3一半且保留同樣音質(zhì)

⑤MIDI文件

MIDI(樂器數(shù)字接口)是由一組聲音或樂器符號的集合。

特點：數(shù)據(jù)量很小，缺乏重現(xiàn)自然音255.3.4、音頻的獲取與處理

音頻的獲取主要有：①利用錄音軟件直接錄制②使用專業(yè)錄音棚錄制③從唱盤或錄音帶中進行轉(zhuǎn)錄④購買數(shù)字音頻庫26

音頻處理：①刪除無用的部分，將需要合并的音軌拼貼起來。②降噪，去除錄音時的背景噪音。③調(diào)節(jié)均衡，使得高、中、低幾個頻段聽起來更加悅耳。④添加混響、延遲和變速等效果。⑤壓縮與限制，即動態(tài)處理。⑥音頻文件格式的轉(zhuǎn)換。275.4圖像信息處理5.4.1、圖形與圖像

1.圖形(矢量圖形、幾何圖形)矢量圖是用一組指令來描述的，這些指令給出構(gòu)成圖形的各種屬性和參數(shù)。例如：

圓(圓心坐標,半徑及粗細,色彩)

優(yōu)缺點：①圖形文件占用空間較少②圖形復(fù)雜時耗時相對較長

繪圖軟件：CorelDRAWFreeHand282.圖像(位圖圖像、點陣圖像) 圖象沒有明顯的線條。 位圖是指在空間和亮度上已離散化的圖像，通過描述每一像素點的顏色或亮度來表示該圖像。它適應(yīng)表現(xiàn)包含大量細節(jié)的圖片，如明暗、濃淡、層次和色彩變化等。29 優(yōu)缺點：①色彩和色調(diào)豐富，景物逼真

②縮放處理易失真，數(shù)據(jù)量大繪畫軟件：PhotoshopPhotoImpact

圖形與圖像幾個不同點：

構(gòu)成原理不同；

圖形顏色數(shù)目與文件的大小關(guān)系不同

經(jīng)縮放、旋轉(zhuǎn)等操作后失真現(xiàn)象不同

對事物的表現(xiàn)力不同。30圖形與圖像的比較圖形圖像文件大小與圖形的復(fù)雜程度有關(guān)，一般較小與圖像的尺寸和顏色有關(guān)，一般較大文件內(nèi)容圖形指令圖像點陣數(shù)據(jù)縮放、旋轉(zhuǎn)處理無失真有失真處理技術(shù)繪制、創(chuàng)造和藝術(shù)性獲取、復(fù)制和技巧性適合范圍表現(xiàn)變化的曲線簡單圖案、運算結(jié)果表現(xiàn)自然和細節(jié)景物層次、色彩較豐富圖形圖像真實感圖形繪制模式識別技術(shù)315.4.2、圖像的數(shù)字化

連續(xù)空間位置的離散和數(shù)字化亮度值的離散和數(shù)字化空間位置采樣m×n20×13256亮度量化8b24b5.4圖像信息處理32 每個網(wǎng)格用一個亮度值表示，一幅圖像就要用m×n個亮度值表示，這個過程稱為采樣。 把亮度分成k個等級區(qū)間，分別對應(yīng)k個不同的亮度值，這個過程稱為量化。 將k個不同的亮度值由一定位數(shù)的二進制數(shù)表示，這個過程稱為編碼。

采樣量化編碼圖象的模擬信號圖象的數(shù)字信號33

圖像的主要參數(shù)：

⑴分辨率分辨率直接影響圖像質(zhì)量。

顯示分辨率：指在顯示器上能夠顯示的像素數(shù)目。(640*480,800*600,1024*768)

圖像分辨率：指數(shù)字圖像的實際像素數(shù)目，它反映圖像在屏幕中顯示的大小。

像素分辨率：指像素的寬高比(1:1),在像素分辨率不同的機器間傳輸圖像會變形。34

⑵顏色深度指記錄每個像素所使用的二進制位數(shù)。

二值圖象（黑白圖像）：每個象素點由1bit位表示“0”或“1”。

灰度圖象：每個象素點由多位表示的黑白圖象。如，8bit位表示256種黑白灰度。

彩色圖象：每個象素點由多位表示的彩色圖象。如，8bit位表示256種彩色。

真彩色圖象：用24個bit位表示一個象素，可得到1677萬種顏色，稱為真彩色。35位數(shù)顏色數(shù)說明4位16種Windows3.x中畫筆支持16種顏色8位256種多媒體應(yīng)用中的最低顏色深度16位32768種RGB5:5:5,剩余1位表示其它屬性(透明度)24位16M種真彩色，超出人眼所能識別的顏色范圍32位16M種RGB8:8:8,剩余8位表示其它屬性(透明度)表5-3、圖象的顏色數(shù)量36

圖像數(shù)據(jù)量的計算：

數(shù)據(jù)量＝圖像分辨率×顏色深度/8(B)

例，

①一幅640×480的真彩色圖像，未壓縮的圖像數(shù)據(jù)量是多少？640×480×24/8＝921600B＝900KB ②一張3×5英寸的照片，經(jīng)由1200dpi(點/英寸)分辨率掃描儀掃描入計算機，其圖象文件大小約： 1200×1200×3×5×24/8≌63MB。375.4.3、圖像的文件格式

BMP：Windows標準圖像文件格式

JPG：一種高效率壓縮格式(1:10～20)

GIF：用于交換圖片的，對灰度

圖像表現(xiàn)佳，但不超過256色的圖像。JPEG：靜態(tài)有損壓縮，真彩色，文件小

PNG：流式網(wǎng)絡(luò)圖形格式，它使用LZ77派生的無損數(shù)據(jù)壓縮算法。

PNG存儲灰度圖像時圖像深度達16位

PNG存儲彩色圖像時圖像深度達48位5.4圖像信息處理385.4.4、圖像的獲取與處理

1.圖像的獲取方法采用掃描儀、數(shù)碼相機進行模數(shù)轉(zhuǎn)換從數(shù)字圖像庫、網(wǎng)上獲取、自行繪制

2.圖像的處理技術(shù)圖像處理手段很多，所有處理都是建立在對數(shù)據(jù)進行數(shù)學運算的基礎(chǔ)上，一般用戶可通過圖像處理軟件(Photoshop)來完成。例如：圖像亮度、對比度的調(diào)整等。5.4圖像信息處理395.5.1、視頻的基本概念

1.視覺暫留現(xiàn)象人眼有一種視覺暫留的生物現(xiàn)象，即人觀察的物體消失后，物體映像在人眼的視網(wǎng)膜上會保留一個非常短暫的時間(約0.1s)。利用這一現(xiàn)象，將一系列畫面中物體移動或形狀改變很小的圖像，以

足夠快的速度連續(xù)播放，就會

產(chǎn)生連續(xù)活動的場景。5.5視頻信息處理40

2.視頻的定義

視頻又稱運動圖像或活動圖像，它是指連續(xù)地隨著時間變化的一組圖像。

幀：一幅單獨的圖像

幀率：每秒種播放的幀數(shù)，單位是f/s

典型的幀率：24f/s、25f/s、30f/s

常見的視頻信號：電影、電視41

3.電視的制式色度信息處理方法→三種彩色電視制式

⑴NTSC制式(美國、日本、中國臺灣等)

NationalTelevisionSystemsCommittee(1953，美國)①30幀/秒(29.97fps)，525行/幀

②隔行掃描：2場/幀，262.5行/場

③顏色模型：YIQ

④寬高比：4:3(幀大小：352*240)42

⑵PAL制式(中國、德國、英國、朝鮮等)

PhaseAlternationLine(1962，德國)①25幀/秒，625行/幀

②隔行掃描：2場/幀，312.5行/場

③顏色模型：YUV

④寬高比：4:3(幀大?。?52*288)⑶SECAM制式(法國、俄羅斯、東歐國家)“輪流傳送彩色與存儲”(1966年，法國)類似PAL制式435.5.2、視頻的數(shù)字化掃描采樣量化編碼模擬視頻信號數(shù)字視頻信號

視頻是連續(xù)的圖像

圖像是離散的視頻5.5視頻信息處理掃描采樣量化編碼模擬視頻信號數(shù)字視頻信號44數(shù)字視頻的特點：

優(yōu)點：①數(shù)字視頻便于創(chuàng)造性的編輯與合成②數(shù)字視頻可不失真地進行多次復(fù)制③在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下容易實現(xiàn)資源共享④數(shù)字視頻可與其它媒體組合使用

缺陷：①處理速度慢②數(shù)據(jù)量巨大(壓縮、光盤)455.5.3、視頻的文件格式

⑴AVI文件AVI是一種音視頻交叉記錄的文件格式,微軟在1992年推出AVI文件及其應(yīng)用軟件VideoforWindows。

特點：①AVI采用幀內(nèi)壓縮，可用一般的視頻編輯軟件進行編輯。

②提供無硬件視頻回

放，其窗口大小和幀率可

根據(jù)播放環(huán)境調(diào)整。5.5視頻信息處理46

⑵MOV文件MOV(Moviedigitalvideo)文件是Apple公司在其Macintosh機推出的視頻文件格式，其相應(yīng)的視頻應(yīng)用軟件QuickTime。QuickTimeforMacintoshQuickTimeforWindowsMOV文件格式的壓縮算法

Video編碼支持16位圖像深度

的幀內(nèi)壓縮和幀間壓縮。47

⑶

MPG文件MPG文件是采用MPEG算法進行壓縮的全運動視頻文件格式。它在1024*768的分辨率下可用每秒25或30幀的速率同步播放全運動視頻圖像和CD音樂伴音。

DAT文件也是基于MPEG

壓縮算法的一種文件格式,

它是VideoCD和卡拉OKCD

數(shù)據(jù)文件的擴展名。485.5.4、視頻的采集與處理

采集視頻數(shù)據(jù)主要有：①從模擬設(shè)備中采集視頻數(shù)據(jù)②從數(shù)字設(shè)備中采集視頻數(shù)據(jù)③從影視光盤中截取視頻數(shù)據(jù)5.5視頻信息處理視頻數(shù)據(jù)的處理包括：①在保證圖像質(zhì)量的前提下盡可能壓縮視頻圖像的數(shù)據(jù)量②消除視頻產(chǎn)生、獲取和傳輸過程中引入的失真和干擾③從視頻圖像中提取某些特征，以便對其進行描述、分類和識別495.6多媒體存儲技術(shù)5.6.1、光盤技術(shù)光盤(CD-CompactDisc，高密盤)

特點：①存儲容量大：CD-ROM→650MB

DVD→4.7GB～17GB②記錄密度高：107-108bit/cm2③長期保存信息：10-100年④非接觸方式、價格低廉50

1.CD-ROM技術(shù)

CD-ROM是只讀光盤或固定型光盤(只能讀，不能改-重寫、擦除)。一張普通光盤可以存儲650MB數(shù)據(jù),它包括文本、表格、圖形、圖

像、視頻、音頻等文件。凹坑→0平坦→151

CD-ROM的工作原理：

CD-ROM驅(qū)動器讀取數(shù)據(jù)時由激光束照射到光盤的平面上