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1、第4章 多媒体技术基础,王德俊 高工 上海交通大学继续教育学院,本章学习目标,了解多媒体技术的基本含义、多媒体关键技术、多媒体系统的组成部分及特点、流媒体技术含义等 了解计算机中音频信号的种类及特点 了解图形和图像的区别及各种常用的图形图像格式；图像色彩与色调的调整，以及图层、蒙版和滤镜的操作 了解计算机动画产生的基本原理和计算机动画的分类，了解简单的逐帧动画、渐变动画的制作方法和简单多图层二维动画的制作 了解各种常用的视频文件格式、压缩原理和视频信息的获取方法,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
2、息的处理技术,4.1 多媒体技术概述,4.1.1 多媒体技术的含义和特点 4.1.2 多媒体系统 4.1.3 媒体技术发展,4.1.1 多媒体技术的含义和特点,媒体在计算机领域有两种含义： 存储信息的实体，如磁盘、光盘等 传递信息的载体，如文字、声音、图像、动画、视频等 多媒体信息中的媒体指：通过各种外部设备将文字、图像、声音、动画、影视等多媒体信息采集到计算机中，以数字化的形式进行加工、编辑、合成和存储，最终形成具有交互特征的多媒体产品。 多媒体计算机与电视等其他多媒体设备之间的差异主要表现在前者更强调交互性,多媒体技术是指用计算机综合处理多媒体并使得各种媒体建立逻辑链接的技术，是信息传播技
3、术、信息处理技术和信息存储技术的组合。 多媒体技术具有以下一些特点： 信息媒体的多样化和媒体处理方式的多样化 媒体本身及处理媒体的各种设备的集成性 用户与媒体及设备间的交互性 音频、视频媒体与时间密切相关的实时性等。,4.1.1 多媒体技术的含义和特点,4.1.2 多媒体系统,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 多媒体硬件系统包括支持各种媒体信息的采集、存储、展现所需要的各种外部设备，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、输出及综合设备。 （1）音频部件及设备 （2）视频部件及设备 （3）大容量存储设备 （4）其他常见的多媒体输入输出设备,（
4、1）音频部件及设备,除了耳机、话筒或音响等声音输入输出设备外，在计算机中，声卡是最基本的多媒体部件，是实现声音A/D（模/数）、D/A（数/模）转换的硬件电路。 来自话筒的模拟声音电信号，经过声卡的采样、量化和压缩等处理，转换成由0和1组成的数字信号，才能在计算机中进行存储和处理； 对于需要输出的声音，也需要经过声卡将数字化的信号转换成连续的电信号，再经过喇叭或耳机输出。 声卡的功能和性能直接影响到多媒体系统中的音频效果。一般来说，声卡除了具有录制和播放音频文件的功能外，还具有压缩和解压缩音频文件的功能，并能与MIDI设备和光盘驱动器相连接。,（2）视频部件及设备,视频技术是多媒体技术的重要组
5、成部分，它使得色彩鲜艳的动态图像能够在计算机中进行输入、编辑和播放。 视频设备除了显示器、摄像头、数码摄像机等设备外，还包括用于数、模转换的显示卡和用于视频输入的视频采集卡。 显示器是用来显示影像的装置。目前显示器的类型主要有三种：普通的数控彩显CRT、液晶LCD、LED显示器 显卡用于将显示器与计算机主机相连，并将计算机处理好的数字信息转换成显示器能够接受的电信号。任何用于输出的画面，都要先经过显卡的存储和处理。,在计算机中安装Windows操作系统时，显卡驱动程序会自动被安装，可以利用控制面板修改显示器的分辨率,（2）视频部件及设备,（3）大容量存储设备,由于音频、视频等多媒体信息会占用较
6、大的存储空间，除了大容量的硬盘，常见的用于收藏、交流的大容量存储设备主要是光盘。 按照光盘上信息的读写方式，光盘一般可分为只能将信息从光盘上读出的只读型光盘和能够写入的刻录型光盘 刻录型分为两种: 一种为CD-R，只能写一次；一种为CD-R/W，可以反复读写 按照存储容量分，光盘可以分为680MB左右存储空间的CD光盘和4.7到17GB的DVD光盘；蓝光光盘容量可以高达25GB,（4）其他常见的多媒体输入输出设备,图像扫描仪、电子笔、数字化仪等是常见的多媒体输入设备 打印机、绘图仪、投影机等则是常见的多媒体输出设备； 数码相机、数码摄相机、触摸屏等既有输入又有输出功能,2. 多媒体软件系统,多
7、媒体软件系统包括支持各种多媒体设备工作的操作系统、各种媒体的采集、创作和处理工具，将各种媒体集成起来的各种多媒体创作工具，以及提供给最终用户使用的各种多媒体应用软件。 （1）操作系统中的多媒体功能 操作系统一般需要具有多任务的特点 多媒体信息的大数据量特征，需要操作系统通过虚拟内存技术，借硬盘等辅助存储器的能力来达到目的。 能够支持设备的即插即用,（2）媒体信息加工与处理工具,多媒体信息处理主要就是把通过外部设备采集来的多媒体信息，包括文字、图像、声音、动画、影视等，用软件进行加工、编辑、合成、存储，最终形成一个多媒体软件产品。 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。常
8、用的文字处理软件有：Windows中的记事本、写字板、Word和WPS等 图形图像的处理包括： 改变大小、图形图像的合成、编辑，添加马赛克、模糊、玻璃化、水印等效果，图形图像打印输出等，常用的图形图像处理软件有Windows Live照片库程序，Photoshop、CorelDraw等,声音的处理包括录音、剪辑、去除杂音、混音、合成等。声音处理的软件有：Ulead Audio Edit、Goldwave等 计算机中的动画可以分为二维和三维动画两大类 计算机制作动画，通常先制作角色 完成角色设计和制作后，需要安排画面变化的顺序 对于有规律的变化过程，可以先安排若干关键画面，其他画面，可以通过计算
9、机计算插补得到 常见的动画制作软件主要有3DS、3DS MAX、MAYA、Flash、Gif Animation等,视频是多媒体系统中的主要媒体形式之一，利用计算机进行视频处理，可以完成传统视频编辑机所能完成的视频剪切、过渡设置、配音、加文字解说等非线性编辑功能，常用的处理视频的软件有Windows Live影音工具、Ulead Video Editor、Adobe Premiere等 Windows的Media Player软件可以用于管理、查询和播放多媒体文档,（3）多媒体集成工具 多媒体集成软件可以把各种媒体有机地集成起来成为一个统一的整体。 目前应用较为广泛的有图标式多媒体制作软件Au
10、thorware；基于时间顺序的多媒体制作软件Director、Flash；基于页或卡片式的Multimedia ToolBook等；网页制作软件Dreamweaver等；VC+等也可以用作多媒体软件的开发,（4）多媒体应用软件 多媒体应用软件是利用多媒体加工和集成工具制作的，运行于多媒体计算机上的具有某种具体功能的软件，如辅助教学软件、游戏软件、电子工具书等 随着互联网的发展，网络电视、视频点播、视频音频即时通信、视频会议等利用或通过网络使用的多媒体应用也日益普及,4.1.3 多媒体技术发展,1、网络中的多媒体技术 （1）多媒体网页：浏览器不仅可以成为搜索网上信息的工具，也是展现网上多媒体信
11、息的工具 （2）数据流传输技术：就是把连续的影像和声音信息经过数据压缩处理后放到网络媒体服务器中，让用户可以边下载边收看、收听，而不需要等待整个媒体文件下载到自己机器后才可以观看。,（3）网上实时播放和视频点播 由于有了流媒体的支持，一些传统的通过电视直播的新闻、活动等，现在可以通过网络服务器进行网络直播。而将视频信息等存储在网络服务器上，供需要的用户通过 客户端计算机进行点播，则被称为视频点播（VOD） Real Networks公司的Real Media、Microsoft公司的Windows Media和Apple公司的QuickTime是三种传统的流媒体播放工具，分别支持相应的流媒体格
12、式文件的播放,2. 多媒体关键技术 关键技术主要有：多媒体数据压缩与编码技术、多媒体数据存储技术、数据输入输出技术、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等。,（1）多媒体数据压缩与编码技术 数字化后的多媒体信息数据中存在着很大冗余，如空间冗余、时间冗余、视觉冗余等，使得数据压缩成为可能 数据压缩的实质是在满足还原信息质量要求的前提下，采用代码转换或消除信息冗余量的方法来实现对采样数据量的大幅缩减。 与数据压缩相对应的处理成为解压缩，又称数据还原，它是将压缩数据通过一定的解码算法还原到原始信息的过程。 数据压缩技术一般可以分为有损压缩和无损压缩
13、两种,（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、逻辑组织到物理组织的映射关系、多媒体信息的存取访问方法、访问速度和存储可靠性等问题，具体技术包括光学存储技术和移动存储技术，后者包括各种存储卡技术以及移动硬盘存储技术等 存储卡采用 的是半导体存储技术，它具有体积小、重量轻、无噪声、存取速度快、低功耗等优点。存储卡已经被广泛用于手机、数码录音笔、数码相机、固态硬盘、GPS导航仪等数码电子产品中 移动硬盘采用的是磁存储技术,（3）多媒体数据输入/输出技术 包括媒体变换技术、媒体识别技术、理解技术和综合技术等 媒体变换设备：声卡、视频采集卡 OCR文字识别技术、手写识别
14、技术、语音识别、图像识别、触摸屏技术等都输入信息输入技术 自然语言理解、图像理解、模式识别属于理解技术,（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 各种多媒体应用都要求在网络上同时传输文本、图形、图像、声音以及视频等综合多媒体信息。信息量大，要求连续，音频视频必须保持同步 目前的支撑网络是：宽带多媒体网络、xDSL宽带网、VPN虚拟专用网络、宽带IP网、电视传播网络和宽带无线接入网络,（5）多媒体信息同步技术 同步主要指各媒体对象间的时序关系 多媒体信息同步需要由很多系统部件来支撑和体现，包括操作系统、通信系统、数据库、文档和一些具体应用 目前解决
15、多媒体通信中信息同步的方法很多，如时间戳法、同步标记法和多路复用法等,（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种类型：一种是固定功能的芯片，主要用来提高图像 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，主要用来提高图像处理的运算速度,（7）多媒体软件技术 多媒体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、娱乐等各个行业 两大发展趋势： 网络化发展趋势：网络设备性能越来越高，客户端CPU、内存、音频/视频卡等在内的硬件能力空前扩展，使得人们以更加积极主动的姿态参与眼前的网络虚拟世界；蓝牙技术的开发应用，使
16、得多媒体网络通信短距离上无线化 终端的部件化、智能化和嵌入化发展趋势：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在人们生活与工作的各个方面,4.2 音频信号处理技术,4.2.1 音频的数字化与MIDI合成音乐 4.2.2 音频媒体的管理 4.2.3 音频处理技术 4.2.4 语音合成与识别技术,4.2.1 音频的数字化与MIDI合成音乐,多媒体计算机的声音主要有两种：波形音频和MIDI电子音频。波形音频是通过对外部声音源的采集录制、数字化后获得，MIDI电子音频则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、MIDI合成音乐,1、波形音频的数字化,声音信号经由麦克风采集后转换成的电信号具有波形特征，输入到计算机后，需要转换为二进制信号，才能被计算机存储和处理 （1）波形音频的采样与量化 （2）波形音频文件 （3） 波形音频文件的制作工具,（1）波形音频的采样与量化,波形音频是多媒体计算机获得声音最直接、最简便的方式。 在这种方式中，通常以麦克风、立体声录音机或CD激光唱盘等作为声音信号的输入源 声卡以一定的采样频率和量化
