多媒体辅助教学系统方案

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1、一、多媒体基本概念 1.多媒体：将多种媒体综合集成、交互式处理 而生成的一种传播和表现信息的全新载体。 （主要是视觉媒体和听觉媒体，触觉媒体、 嗅觉媒体等较少涉及。） 2.多媒体的特性： 多样性：多种单媒体，如文本（Text）、图 形（Graphic）、图像（Image）、视频（ Video）、声音（Sound）、动画（ Animation）等的复合。 第六章 多媒体辅助教学系统 集成性：将多种媒体信息统一进行数字化处理，建立 它们相互间的逻辑关系，集成为一个整体。包括信息 的多通道统一获取、信息的统一组织与存储、信息的 统一加工处理以及信息的表现合成等。数字化是集成 的基础。此外，多媒体的硬

2、件和软件也相应集成为一 体。 交互性：用户可以干预、控制信息处理和表现。 信息的检索（用户可以随意挑选感兴趣的信息）、参 与或控制信息的组织或表现过程（改变模拟的参数以 改变模拟的结果，控制某些角色的行为从而改变事情 的结局）、用户进入到与信息环境一体化的虚拟现实 中，通过视觉、听觉、触觉甚至嗅觉和味觉与机器交 流信息，达到与真实环境相同的境界。 3.多媒体技术 指利用计算机将文字、声音、图形、图像（静态 或动态）等多种媒体综合集成，实现多媒体的人机 交互的手段和方法，也就是所谓多媒体计算（ Multimedia Computing）技术。 多媒体技术包括：多媒体的数字化技术、多媒体 的编码与

3、数据压缩技术、多媒体通讯技术、多媒体 网络技术、多媒体信息的组织、管理和表现技术、 多媒体软硬件平台、超媒体技术、虚拟现实（ Virtual Reality）技术等。 多媒体素材的种类：主要有文本（Text）、图形 (Graphic)、图像(Image)、视频(Video)、声音 (Sound)、动画(Animation)等。 二、听觉媒体 凡是通过声音以听觉传递信息的媒体，都属于听觉媒体 声音的三个要素：音调、音强和音色 波形的频率决定了音调的高低，波形的振幅决定了音强泛音 决定了音色 泛音越丰富则音色越优美。声音到达左右两耳的相对时差和 不同的方向感、不同的强度，就产生立体声的效果 根据声

4、音不同的特点和处理方法，听觉媒体分为波形声音、 音乐和语音三类 频率范围越宽，声音的质量越好。保真度、空间感、音响效 果是重要的指标。对于语音，其质量则以可懂度、清晰度、 自然度来衡量 表6-1 不同种类声音的频率范围 声音种类 频率范围 电话语音 200Hz-3.4kHz 调幅广播 50Hz-7kHz 调频广播 20Hz-15kHz 宽带音响 20Hz-20kHz 振幅 周期 1.波形声音采样与数字化 每秒钟的采样数称为采样频率。采样频率越高，则将声波 等份得越细，经过离散化的声波越接近于原始的波形。这 意味着声音的保真度越高。 人的耳朵能感觉到的声波的频率在20赫兹(Hz)到20000赫兹

5、 之间。不同声道的声音到达左右两耳的相对时差和方向感 、强度不同，就产生立体声的效果。 时间 振幅 采样频率 : 每秒钟的采样数 ； 采样频率越高，则将声波等 分得越细，经过离散化的声 波越接近于原始的波形。声 音的保真度越高。亨利奈 奎斯特(Harry Nyquist)采样 定律：只要采样频率高于输 入的声音信号中最高频率的 两倍，就可以从采样中恢复 原始波形。 标准采样频率：44.10kHz，22.05kHz，11.025kHz。 采样点精度：记录振幅的值有不同的测量精度。8位采 样可以表现256级差异（语音）， 16位采样可以表现 65536级差异（高保真度），其表现的细腻程度已经超 过

6、人耳所能识辨的限度。 声道数：声音通道的个数 。单声道只记录和产生一个波 形声音，双声道产生两个波形声音也称为立体声。 采样频率 样本精度 每分钟声音 （kHz） （bit） 所需存储量（MB） 11.025 8 0.66 11.025 16 1.32 22.05 8 1.32 22.05 16 2.64 44.10 8 2.64 44.10 16 5.29 2.FM音乐合成 乐音与噪音的区别：乐音有周期性的基频谱和基 频的倍频谐波谱，而噪音没有周期性也没有固定 的基频。 乐音除了具备声音的三个要素音调、音强和音色 之外，还有一个要素，即乐音振动持续的时间 时值。 合成音乐的基本原理：利用波形

7、发生器产生一定 基频的正弦波，通过频率的高低控制音高，通过 波形的幅度控制音强，通过信号的持续时间控制 时值。 因为不同的音色所包含丰富的谐波成分很多，音 色的控制和模拟比较困难。 FM（调频）合成：使作为载波的高频振荡 波的频率按调制信号变化的一种调制方式。 改变不同的调制波频率，就可以合成具有不 同频谱的波形，再现某些乐器的音色。 FM可以得到具有独特效果的电子模拟声， 产生富有幻觉的、自然界不具备的非自然音 色。不过，FM的声音单调，缺乏乐器声的 力度变化，与实际乐器的声效仍有差别。 声音卡可以合成多达20种FM立体声音乐。 3.波形表技术 对真实乐器发出的声音采样，将数字音频信号存储

8、在ROM芯片或硬盘中，称为波形表。进行合成时 再将相应乐器的波形记录播放出来。 波形表技术可以产生比FM更为丰富逼真的乐音， 所需要的存储空间也要大得多。波形表合成芯片一 般能完成FM合成的所有功能。 许多声音卡（如声霸卡）都配备了音乐创作的和演 奏软件，提供FM音乐驱动程序，并可利用文字编 辑器写类似于简谱格式的文件，然后生成FM音乐 文件。 4.MIDI音乐（Musical Instrument Digital Interface） MIDI是一套将乐谱数字化的方法和存储的标准 文件格式，以及将音乐设备连接到计算机所需电 缆和端口定义的标准，和控制PC机和MIDI设备 之间信息交换的规则。

9、 乐谱的MIDI数字化描述称为MIDI消息（ Message）。 MIDI消息经过特定的微处理器（音乐合成芯片 ）处理，就会解释MIDI消息并产生特定乐器、特 定音高和时值的音乐，达到演奏的效果。 三、视觉媒体 视觉媒体的种类 (1)位图图像(Bit-mapped Image) 位图图像是对视觉信号直接量化。它将原始的视觉 信号离散化为空间的点，称为像素。对像素的颜色、 亮度（或灰度）加以数据描述，得到图像数据。将这 些数据作为文件存储，即为图像文件。在显示时，像 素与显示器的显示点一一对应，故称为位图影射图像 ，简称位图图像，也称为点阵图像。 (2)矢量图形(Vector-based Gra

10、phics) 图形是对图像的一种抽象，它不直接描述图像的每 一个点，而是依据某个标准对图像进行分析，抽取实 体特征，形成产生图形的算法，并以一组指令的形式 存储。显示时执行指令，即可产生屏幕图形。图形上 的点的位置通常用矢量来描述，故称为矢量图形。 对于复杂的彩图，算法描述和计算的困难很大，效 果不理想。CorelDraw、AutoCAD等图像处理软件使 用矢量图形。 (3)动态图像(Moving Picture) 动态图像是连续渐变的静态图像或图形序列，随着时 间的变化而产生的运动视觉的一种视觉媒体。如果序列 中的单帧图像是摄取实景得到的真实图像，则称其为影 像视频，简称视频。如果序列中的单

11、帧图像是人工或计 算机产生的图形，则称其为动画。动态图像具有实时运 动感和自然真实感。 (4)符号 表示数值，也可以表示语言、文字。特定的符号可以 表示物体或事件。 (5)体图(Volume Graphics) 运用科学计算可视化技术，将三维空间数据转换为可 视图像。 2位图图像参数 （1）分辨率 分辨率是影响位图质量的重要指标。通常使用的分辨 率有三种，即屏幕分辨率、图像分辨率、像素分辨率。 屏幕分辨率是指在某种显示模式下，计算机显示屏幕 的最大区域内的水平方向和垂直方向的像素个数。 图像分辨率是指图像数字化时，在水平方向和垂直方 向表示图像的像素个数。图像分辨率越高，数字化后得 到的图像的

12、质量越好。 图像分辨率与屏幕分辨率是不同的概念，前者反映了 捕获图像时解析图像的精确度，后者反映了显示图像时 解析图像的精确度。 （2）颜色数 颜色数是指图像能使用的颜色的数目，即所谓 色调的丰富与否。 颜色数取决于每个像素用多少存储位数（bit） 来存储颜色信息。每个像素所占用的存储位数 称为图像深度或像素深度。 目前使用的图像深度有1，4，8，24四种。 假如红、绿、蓝三基色分别各用8位表示，则每 个像素的颜色用24位表示，即图像深度为24， 那么可以表示224=16,777,216种不同的颜色。 这时图像已经很接近自然界真实的颜色，故称 为真彩色（True Color）图像。 （3）数据

13、量 位图图像的数据量是所需存储空间的度量。它取决于图 像幅面的大小、所使用的分辨率以及颜色深度等情况的综 合。位图图像的数据量是很大的。位图图像的存储和显示 一般都要用数据压缩编码和解码技术。若屏幕分辨率为 640480，颜色数为8位，则满屏图像的数据量为： 6404808/8=307200（字节） 3位图图像文件的格式 位图图像仍以文件方式存储。位图图像文件一般由两部 分组成：图像说明部分和图像数据部分。针对不同的应用 目标，各类公司先后开发了多达数十种位图图像文件格式 。其中在多媒体PC中较常用的格式有PCX、BMP、GIF、 TIFF、TGA、DIB等。 BMP（BitMap）是一种位映

14、射存储方式、与设备无关 的图像文件格式，有压缩和非压缩之分。作为图像资源 使用的文件一般都是不压缩的BMP文件。Windows的 图像资源多以该格式存储。 GIF（Graphics Interchange Format）格式由美国联 机服务商CompuSever开发，是Internet上WWW的重 要文件格式之一。GIF格式是无损压缩，压缩比比较高 ，文件长度比BMP格式约小1/3-1/2。 TIFF（Tagged Image File Format）格式也称为TIF格 式，由Aldus公司（后与Adobe公司合并）和Microsoft 公司合作开发。最早用于扫描仪和桌面排版。其文件有 压缩和

15、非压缩两类。非压缩的文件独立于软、硬件，有 良好的兼容性。许多主流软件如CorelDRAW、 PhotoShop、PageMaker、PhotoStyler等均支持这种 格式。 4矢量图形的特点和文件格式 通过对复杂的自然图像分析、抽象，提取特征，以算 法描述，并以绘图指令表示各个有独立意义的基本信息 单位，运行这些指令构成的程序，就可以生成矢量图形 。特点： （1）矢量图形不是自然图像的逐点描述，而是视觉重点 的抽象表达，因此是图像的信息子集。 （2）矢量图形可以用数学方法描述和变换，能够对图形 元素分别控制，实施规则化的灵活变换。 （3）矢量图形占用的存储空间比位图图像小得多，易于 保存和

16、传输。 利用图形学技术，可以由矢量图形构造实体造型、三 维物体显示、真实感场景生成等，成为计算机辅助工程 的研究热点。 常见的矢量图形文件的格式有： DXF/DXB：AutoDisk AutoCAD图形交换格式 DRW：Lotus Freelance/Micrografx软件 GEM：面向对象的GEM文件格式 GL：HP绘图仪图形语言 PIF：IBM Picture Interchange Format PICT：MacDraw，Apple软件 CGM：Computer Graphics Metafile 其中CGM是一套与设备无关的图形文件ISO标准，它 为图形设备接口标准化创造了条件，提供了不同图形 系统的图形集成的手段。国际标准化组织提出了窗口 管理系统（GUI），计算