《精编》多媒体技术基础培训教材

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1、第8章多媒体技术基础 多媒体技术的基本概念多媒体计算机系统组成多媒体信息的数字化多媒体数据的压缩技术声音和图像文件格式常用多媒体素材制作 内容摘要 1 多媒体技术的发展多媒体 Multimedia 一词产生于20世纪80年代初 1984年Apple公司在微机中建立了一种新型的图形化人机接口 1985年Commodore公司首创Amiga多媒体计算机系统 8 1多媒体技术的基本概念 8 1 1多媒体技术的发展与定义 1986年PHILIPS和SONY公司共同制定了光盘技术标准 1991年制定了第一个多媒体计算机标准MPC1 1995年微软公司推出Windows95 推动了多媒体技术在计算机中的普

2、及 8 1多媒体技术的基本概念 8 1 1多媒体技术的发展与定义 2 媒体的表现形式国际电信联盟 ITU 将媒体分为 感觉媒体 表示媒体 显示媒体 存储媒体和传输媒体五大类 人类通过视觉得到的信息最多 其次是听觉和触觉 三者一起得到的信息 达到了人类感受到信息的95 8 1多媒体技术的基本概念 8 1 1多媒体技术的发展与定义 8 1多媒体技术的基本概念 8 1 1多媒体技术的发展与定义 多媒体 一词源自Multimedia Multiple多重 复合 medium的复数形式media介质 媒介和媒体 3 多媒体的定义 4 多媒体的特征多样性交互性集成性实时性 8 1多媒体技术的基本概念 8

3、1 1多媒体技术的发展与定义 5 多媒体数据的特点数据量巨大 一首3分钟的立体声歌曲 如果不压缩 存储量为30MB左右 数据类型较多 包括文本 声音 图形 图像和视频等 数据存储容量差别大数据处理方法不同数据输入和输出复杂 8 1多媒体技术的基本概念 8 1 1多媒体技术的发展与定义 6 多媒体文件的存储格式文件格式是一种信息的数字化存储方式 文件的存储格式是按照特定的算法 对信息进行压缩形成的一种文件 不同的文件格式 必须使用不同的编辑或播放软件 8 1多媒体技术的基本概念 8 1 1多媒体技术的发展与定义 7 流媒体文件静态多媒体文件需要先下载 后观看 流媒体指在因特网中采用流式传输技术的

4、媒体 如音频 视频等 流媒体文件可以边下载 边播放 流媒体的关键技术是数据的流式传输 8 1多媒体技术的基本概念 8 1 1多媒体技术的发展与定义 早期的多媒体计算机必须进行专门设计和制造 目前几乎所有微机都具备了多媒体功能 不需要单独进行设计和制造 多媒体计算机的硬件结构与普通计算机相同 8 2多媒体计算机系统组成 多媒体计算机除了需要较高的硬件配置外 通常还需要音频 视频 光盘驱动器等各种多媒体输入 输出设备 计算机厂商提供多媒体硬件设备的方式有 一是集成在主板上 二是提供各种接口卡 8 2多媒体计算机系统组成 8 2多媒体计算机系统组成 一台多媒体计算机 不一定包括上述全部配置 但至少应

5、当包括声卡和CD ROM驱动器 多媒体计算机的硬件技术要求 主机处理性能强大 主机接口齐全 各种多媒体设备齐全 8 2多媒体计算机系统组成 要使计算机能存储和处理声音信号 就必须将模拟音频数字化 截取模拟信号振幅值的过程称为采样 采样值以二进制形式表示称为量化编码 以上工作可由计算机中的声卡或音频处理芯片负责完成 8 3多媒体信息的数字化 8 3 1数字声音 8 3多媒体信息的数字化 8 3 1数字声音 图8 3音频信号数字化过程 数字音频信号可以通过因特网 光盘 电子琴MIDI 乐器设备数字接口 接口等输入到计算机 模拟音频信号一般通过话筒和音频输入接口 Linein 输入到计算机 8 3多

6、媒体信息的数字化 8 3 1数字声音 1 矢量图形的特点矢量图形是用一组指令集合来描述图形的内容 这些描述包括图形的形状 位置 大小 色彩等属性 在图形文件中 只记录生成图形的算法和图上的某些特征点参数 8 3多媒体信息的数字化 8 3 2数字图像 8 3多媒体信息的数字化 8 3 2数字图像 图8 4矢量图形 左 中 和点阵图形 右 矢量图形中的曲线是由短的直线逼近的 插补 矢量图形的尺寸可以任意变化而不会损失图形的质量 在矢量图形中可以只编辑修改其中的某一个物体 而不会影响图中其他物体 8 3多媒体信息的数字化 8 3 2数字图像 矢量图形占用的存储空间较小 打印输出和放大时图形质量较高

7、矢量图形的缺点 显示图形时计算时间较多 将矢量图形输入到计算机中很困难 目前没有统一的标准和格式 矢量图形主要用于线框图 8 3多媒体信息的数字化 8 3 2数字图像 2 图像的数字化数字图像可由数码照相机 数码摄像机 扫描仪 手写笔等多媒体设备获取 数字图像也可以直接在计算机中进行自动生成或人工设计 或由网络 光盘等设备输入 8 3多媒体信息的数字化 8 3 2数字图像 3 图像的色彩深度图像由像素点阵构成 也称为位图 黑白图像中每个像素点用1位二进制数表示这种图像称为二值图像 灰度图像中 每个像素点的亮度值用8位二进制数表示 亮度范围有0 255个灰度等级 8 3多媒体信息的数字化 8 3

8、 2数字图像 8 3多媒体信息的数字化 8 3 2数字图像 8 3多媒体信息的数字化 8 3 2数字图像 用像素点描述影像 彩色图像中R G B三基色 每种色用8位二进制数表示时 色彩深度为24位 它可以表达1670万种色彩 8 3多媒体信息的数字化 8 3 2数字图像 8 3多媒体信息的数字化 R数组 8bit表示G数组 8bit表示B数组 8bit表示最大色彩 28 28 28 224 16777216色 8 3 2数字图像 R G B 位图表达的图像逼真 但是文件较大 位图的分辨率是固定的 8 3多媒体信息的数字化 8 3 2数字图像 8 3多媒体信息的数字化 8 3 2数字图像 矢量图

9、形放大后不失真 点阵图像放大后失真 4 图像的分辨率图像分辨率越大 文件的尺寸越大 图像分辨率 图像水平与垂直方向像素的总和 屏幕分辨率 屏幕水平像素 垂直像素印刷分辨率 每英寸像素的个数 一般用dpi 像素 英寸 表示 8 3多媒体信息的数字化 8 3 2数字图像 1 动画的类型动画是多幅按一定频率连续播放的静态图像 动画利用了人类眼睛的 视觉暂留效应 8 3多媒体信息的数字化 8 3 3数字视频 帧动画要描绘多帧画面 然后连续播放 一帧就是一幅画面 8 3多媒体信息的数字化 8 3 3数字视频 帧动画 帧1帧2帧3帧4帧5帧6帧7 矢量动画是一种纯粹的计算机动画形式 8 3多媒体信息的数字

10、化 8 3 3数字视频 矢量动画 变形动画把一个物体从原来的形状改变成为另一种形状 8 3多媒体信息的数字化 8 3 3数字视频 变形动画 2 三维动画三维动画的基本工作 建模 材质和动画 1 建模建模就是使用软件创建三维形体 应用最广泛的是多边形建模方式 8 3多媒体信息的数字化 8 3 3数字视频 这种建模方式是基于三角面和四边形面的拼接而形成立体模型 8 3多媒体信息的数字化 8 3 3数字视频 图8 6三角形面形成的三维模型 2 材质物体的色彩 光泽和纹理称为材质 可以将材质覆盖在三维模型上 影响材质的因素 物体本身的颜色和质地 环境因素 包括灯光和周围的场景等 设置材质需要美术修养

11、8 3多媒体信息的数字化 8 3 3数字视频 8 3多媒体信息的数字化 8 3 3数字视频 不同材质下的三维模型 3 动画动画是三维创作中更难的部分 动画设计时不但需要熟练的技术 还要有导演能力 8 3多媒体信息的数字化 8 3 3数字视频 3 模拟视频标准NTSC 美国国家电视标准委员会 制式PAL 隔行倒相 制式 中国采用 SECAM制式 8 3多媒体信息的数字化 8 3 3数字视频 NTSC制式特性 每秒显示30帧画面 画面水平扫描线为525条 一帧画面分成2场 每场262 5线 电视画面的长宽比为4 3 采用隔行扫描方式 信号类型为YIQ 亮度 色度分量 8 3多媒体信息的数字化 8

12、3 3数字视频 PAL制式特性 每秒显示25帧画面 每帧水平扫描线为625条 水平分辨率为240 400个像素点 电视画面的长宽比为4 3 采用隔行扫描方式 信号类型为YUV 亮度 色度分量 8 3多媒体信息的数字化 8 3 3数字视频 4 模拟视频信号数字化模拟视频的数字化需要解决的问题 电视采用YUV或YIQ信号方式 而计算机采用RGB信号 电视机画面是隔行扫描 计算机显示器大多采用逐行扫描 电视图像的分辨率与计算机显示器的分辨率不尽相同 8 3多媒体信息的数字化 8 3 3数字视频 模拟电视信号的数字化工作 主要包括色彩空间转换 光栅扫描的转换以及分辨率的统一等工作 8 3多媒体信息的数

13、字化 8 3 3数字视频 1 多媒体信息的数据量文本数据量例如 设屏幕的分辨率为1024 768 屏幕显示字符大小为16 16点阵像素 每个字符用2个字节存储 则满屏字符的存储空间为 1024 16 768 16 2 6KB 8 4多媒体数据的压缩技术 矢量图形数据量 例如 存储一幅由500条直线组成的矢量图形 每条线的坐标用2个字节存储 其他5个属性用1个字节存储 则存储这幅图形的存储空间为 4 2 5 1 500 6 35KB 8 4多媒体数据的压缩技术 点阵图像数据量 用扫描仪获取一张11英寸 8 5英寸 A4大小 的彩色照片输入计算机 扫描仪分辨率设为300dpi 扫描色彩为24位RG

14、B彩色图 经扫描仪数字化后 图像的存储空间为 11 300 8 5 300 24 8 24MB 8 4多媒体数据的压缩技术 数字化高质量音频 CD音乐采样频率为44 1kHz 量化精度为32位 存储一首4分钟的立体声数字化音乐需要的存储空间为 44100 32 2 240 8 80 7MB 8 4多媒体数据的压缩技术 数字化视频数据量 存储1秒钟未经压缩的数字化NTSC制式视频图像 需要的存储空间为 640 480 24 30 帧 8 bit 26 4MB 8 4多媒体数据的压缩技术 2 多媒体数据的冗余空间冗余数据时间冗余数据视觉冗余数据 8 4多媒体数据的压缩技术 3 数据的无损压缩压缩由

15、两个过程组成 编码过程 将原始数据进行压缩 解码过程 将编码后的数据还原 数据压缩分为无损压缩和有损压缩 无损压缩的压缩率一般为2 1到5 1之间 8 4多媒体数据的压缩技术 常用的无损压缩算双法 RLE 行程长度编码 Huffman 哈夫曼编码 LZW 算术编码 8 4多媒体数据的压缩技术 4 数据的有损压缩人类视觉和听觉器官对图像或声音中的某些成分不大敏感 有损压缩以牺牲这部分信息为代价 换取了较高的压缩比 有损压缩在还原时 与原始图像存在一定的误差 但效果一般可以接受 压缩比可以从几倍到上百倍 8 4多媒体数据的压缩技术 常用的有损压缩方法有 PCM 脉冲编码调制 插值 外推 分形压缩等

16、 8 4多媒体数据的压缩技术 6 JPEG静止图像压缩标准联合照片专家组 JPEG JPEG标准适合于彩色图像进行压缩处理 JPEG标准包含两部分 第一部分是无损压缩 第二部分是有损压缩 JPEG压缩率达到20 40倍 8 4多媒体数据的压缩技术 7 MPEG动态图像压缩标准运动图像专家组 MPEG 负责开发电视图像和声音的压缩标准 已经开发的MPEG标准有 MPEG 1 MPEG 2 MPEG 4 MPEG 7等 8 4多媒体数据的压缩技术 MPEG 1的画面分辨率为352 240一秒钟30幅画面采用逐行扫描方式MPEG 1广泛用于VCD MP3等 8 4多媒体数据的压缩技术 MPEG 2压缩比可达到60 100倍 MPEG采用了运动补偿预测和运动补偿插值两种压缩技术 MPEG 2应用于DVD HDTV 高清晰度电视 等MPEG 2的音频与MPEG 1兼容 8 4多媒体数据的压缩技术 1 多媒体目前较流行的音频文件有WAV MP3 WMA RM MID等 WAV音频格式具有很高的音质 未经压缩的WAV文件存储容量非常大 一分钟CD音质的音乐大约占用10MB存储空间 8 5声音和图像文