计算机-第7章 多媒体技术

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1、计算机科学与工程系07 - 1/57第七章 多媒体技术本章主要介绍多媒体计算机技术概念多媒体计算机系统音频信息的获取和处理图像信息的获取和处理多媒体数据压缩的主要方法计算机科学与工程系07 - 2/57 感觉媒体人类感知客观环境 (听觉、视觉、触觉) 表示媒体信息的表达特征 (ASCII、图像、声音、视频等编码) 显示媒体输入输出信息 (键盘、鼠标、显示器、打印机等) 存储媒体传输的物理载体 (光纤、电缆、微波无线链路、红外 无线链路等) 传输媒体保存表示媒体的介质 (软盘、硬盘、光盘等)7.1 多媒体计算机技术概述7.1.1 多媒体计算机的概念ITU对媒体分类计算机科学与工程系07 - 3/

2、577.1 多媒体计算机技术概述2.为传送和表达感觉媒体而人为 研究出来的媒体 (如ASCII、图像 、声音、视频编码等)1.人类通过感观直接 感知的信息 (文字、 声音、图像等)3.输入和输出信息的媒体 (如键盘、鼠标、显示器 、打印机等)4.存储表示媒体的 介质 (软盘、硬盘 、光盘等)5.传输的物理载体 ( 光纤、电缆等)计算机科学与工程系07 - 4/57通常所指的多媒体就是文字、声音、图像、图 形、动画、视频等各种媒体在计算机统一管理下的 有机结合，能实现加工、变换，集成为系统并具有 交互功能，产生优于多种媒体单独存在的效果。多媒体计算机技术计算机综合处理多种媒体信息(文本、图形、图

3、 像、音频、视频和动画)，使多种信息建立逻辑连 接，集成为一个系统且具有交互性。7.1 多媒体计算机技术概述计算机科学与工程系07 - 5/577.1.2 多媒体技术的发展历史1984年，Apple公司推出Machintosh图形操作系统。1985年，世界上第一台多媒体计算机问世。1986年，推出光盘系统1990年，多媒体个人计算机协会制定MPC1标准。1995年，Windows95操作系统问世。7.1 多媒体计算机技术概述 Apple计算机(1984)Commodore Amiga系统计算机科学与工程系07 - 6/57多媒体特点 多样性：不只是单一媒体，必须包括图文声像多种媒体。 集成性：

4、不是多种媒体的简单收集，必须有机集成系统。 交互性：实现人机互动，用户可以根据需要来使用系统。多媒体关键技术 音频视频信号的获取技术 多媒体数据的压缩编码和解码技术 音频视频数据的实时处理和特技 音频视频数据的输出技术7.1.3 多媒体技术的特点和关键技术7.1 多媒体计算机技术概述 计算机科学与工程系07 - 7/577.1.4 多媒体技术的发展和应用7.1 多媒体计算机技术概述 形象教学 仿真工艺过程 模拟交互过程 电子教案、教学 网络多媒体教学教育 （形象教学、模拟展示）Internet 国际互联网 网络多媒体技术 网络远程诊断 网络远程操作 (手术)医疗 （远程诊断、远程手术） 生物形

5、态模拟 生物智能模拟 人类行为智能模拟人工智能模拟 （生物、人类智能模拟）商业广告 （特技合成、大型演示） 影视商业广告 公共招贴广告 大型显示屏广告 平面印刷广告 电视/电影/卡通混编特技 三维成像模拟特技 演艺界MTV特技制作 仿真游戏、赌博游戏影视娱乐业 （电影特技、变形效果）计算机科学与工程系07 - 8/577.1 多媒体计算机技术概述 (1) 多媒体技术智能化即把人工智能领域某些研究课题和多媒体计算机技术很好 地结合。(2) 多媒体信息实时处理和压缩编码算法芯片化把多媒体信息实时处理和压缩编码算法直接放置到CPU芯 片中，从而大大改善多媒体计算机的性能指标。(3) 虚拟现实技术是指

6、运用多种技术综合形成一种模拟现实环境的人造环境 ，用户在该环境中通过五官和大脑的亲自体验和活动参与到该 人造的、虚拟的环境中，可以与之交互。让你感觉到如同置身 于真实世界一样。它是多媒体技术的最高境界。 7.1.5 未来多媒体技术的发展计算机科学与工程系07 - 9/577.2.1 多媒体计算机硬件系统7.2 多媒体计算机系统计算机科学与工程系07 - 10/577.2 多媒体计算机系统(1) 基本硬件设备光盘存储器：由光盘和光盘驱动器构成。光盘用于存储数 据，光盘驱动器用于读写光盘中的数据。音频卡：又名“声卡”，主要用于处理声音，是多媒体计算 机的基本配置。不过，目前许多计算机的主板上都集成

7、了声卡 的功能，声卡不再以单独形式存在。7.6 音频卡的基本原理计算机科学与工程系07 - 11/577.2 多媒体计算机系统音频卡的主要作用 A/D(模/数)转换将作为模拟量的自然声音经过变换，转化成数字化的声音， 然后以文件形式保存在计算机中，可以利用声音处理软件对 其进行加工和处理。 D/A(数/模)转换把数字化的声音转换成作为模拟量的自然声音。转换后的声 音输出到声音还原设备(如耳机、有源音箱、音箱放大器) 。输入、输出功能 利用输入端子，将模拟信号引入声卡；将数字信号转换成模 拟信号送到输出端子，驱动音响设备发出声音。计算机科学与工程系07 - 12/57音频卡的主要接口 总线(Bu

8、s) 线路输入(Line in)话筒输入(Mic in) 线路输出(Line out)扬声器输出(Speaker Out) 游戏棒/MIDI(Joystick/MIDI)7.2 多媒体计算机系统计算机科学与工程系07 - 13/57声卡与外部设备的连接示意图 音箱2、麦克风输入3、扬声器输出4、MIDI/操纵杆端口外部音频设备麦克风操纵杆MIDI声音装置1、线性输入5、音量调节旋钮7.2 多媒体计算机系统计算机科学与工程系07 - 14/57音频卡中的关键部件数字信号处理器DSP：是声卡的核心部件，用于管理所 有声音的输入输出以及音频信号的模/数(A/D)转换和数/ 模(D/A)转换。混合信号

9、处理器：可以选择输入一个声源或将几个不 同声源进行混合录音。 音乐合成器：主要用于MIDI音乐文件的播放。 7.2 多媒体计算机系统计算机科学与工程系07 - 15/577.2 多媒体计算机系统(2)扩展设备:具有代表性的扩展设备有：触摸屏、视频卡、扫描仪、数码 相机、数字摄像机、各种彩色打印机、彩色投影仪等。数码照相机数码照相机彩色扫描仪彩色扫描仪数码摄像机数码摄像机触触 摸摸 屏屏彩色打印机彩色打印机计算机科学与工程系07 - 16/57 触摸屏：属于输入设备，可通过手指直接在屏幕上指点及 触及屏幕上的菜单、光标、接钮等。 由传感器、控制部件、驱动程序组成。 当用手指或其它设 备触摸安装在

10、计算机显 示器前面的触摸屏时， 所摸到的位置以坐标形 式被触摸屏控制器检测 到，并通过接口送到 CPU，从而确定用户所 输入的信息。 触摸检测装置触摸检测装置触摸屏控制卡触摸屏控制卡驱动程序驱动程序电缆电缆7.2 多媒体计算机系统计算机科学与工程系07 - 17/57 视频卡：一种专门用于对视频信号进行实时处理的设备。 视频卡插在主机板的扩展槽内，可以对视频信号进行数字化 转换、编辑和处理，以及保存数字化文件。 通常使用的视频采集卡可以接收来自视频输入端的模拟视频信号(录 像机、电视机、LD影碟机等)，对该信号进行数字化处理，然后压缩编码 成数字视频。大多数视频卡都具备硬件压缩的功能。此外，还

11、有一种比较流行的视频采集卡，我们称之为IEEE1394数字 视频采集卡。它主要的作用是将DV视频数据从数码摄像机传送到电脑的 硬盘中，和模拟采集不同，它在传送数据的过程中没有任何质量损失。7.2 多媒体计算机系统视频卡数字视频采集卡计算机科学与工程系07 - 18/57扫描仪工作原理：把原件面朝下放在扫描仪的玻璃台上，扫描仪内发 出光照射原件，反射光线经光学镜面导向后，照射到CCD的光敏器件上。 来自CCD的电量送到模数转换器中，电压转换成代表每个像素色调或颜色 的数字值。步进电机驱动扫描头沿平台作微增量运动,每移动一步，即获得 一行像素值。 扫描样张扫描样张光电转换器光电转换器导轨导轨光源光

12、源数字信号数字信号 输出输出识别反射识别反射 光线光线7.2 多媒体计算机系统扫描仪：是一种图形输入设备。配合适当的应用软件后， 扫描仪还可以进行中、英文智能识别。 计算机科学与工程系07 - 19/57数码照相机：一种数字成像设备 。数码相机采用CCD作为记录图像的光 敏介质，CCD实际上是一块布满光敏元件 即电荷耦合器的感光板，CCD是通过光照 的不同引起的电荷分布的不同来记录被摄 入的物体。它将光信号转换成电信号，然 后电信号再转换成数字信号并进行编码、 压缩等处理，最后把得到的压缩数字图像 保存在存储器中。7.2 多媒体计算机系统计算机科学与工程系07 - 20/57数码相机的工作原理

13、用数码相机拍照时，进入照相机镜头的光线聚焦在CCD上。当照相机 判定已经聚集了足够的电荷时，就“读出”在CCD单元中的电荷，并传送 到模数转器中，把每一个模拟电压转换成二进制数字信息。从模数转换器 输出的数据传送到数字信号理器中进行编码、压缩后存储在照相机的存储 中。数字信号数字信号译码器 存储介质 数据接口CCD7.2 多媒体计算机系统计算机科学与工程系07 - 21/57多媒体设备驱动程序，用于在启动操作系统时把设备的状态、型号、 工作模式等信息提供给操作系统，并驻留在内存储器，供系统调用。多媒体产品制作软件，主要包括图像、视频、音频的编辑制作。多媒体平台软件，用于多媒体素材的组合。工具软

14、件，用于加工和处理数据，如压缩、加密等。 应用软件，包括Windows系统提供的多媒体软件、动画播放软件、声 音播放软件、光盘刻录软件等。7.2 多媒体计算机系统7.2.2 多媒体计算机软件系统计算机科学与工程系07 - 22/577.3.1 数字音频基本概念7.3 音频信息的获取和处理声音是机械振动。振动越强，声音越大，话筒把机械振 动转换成电信号，模拟音频技术中是以模拟电压的幅度表示 声音强弱。次声波次声波人耳可听范围人耳可听范围超声波20,000Hz20,000Hz 20,000Hz模拟音频信号：声音波形在时间和幅度上都是连续的。一 般用不同的电压表示。模拟音频信息是个连续的量，不能 由

15、计算机直接处理，必须将其数字化处理。 数字音频信号：把表示声音强弱的模拟电压用数字表示。计算机科学与工程系07 - 23/577.3.2 音频信息的数字化7.3 音频信息的获取和处理模拟信号的数字化过程100101100011101数字音频信号是由模拟声音经采样、量化和编 码得来的。其信号在时间和幅度上都用离散的数字 序列表示。计算机科学与工程系07 - 24/577.3 音频信息的获取和处理每隔一个时间间隔 在模拟声音的波形上取 一个幅度值，把时间上 的连续信号变成时间上 的离散信号。采样频率 是指计算机每秒钟采集 多少个声音样本。(1) 采样 时间上的离散计算机科学与工程系07 - 25/

16、577.3 音频信息的获取和处理采样频率声音信号最高频率 2奈奎斯特(Nyquist)采样定理提高采样频率，单位时间所得到的振幅值就会更多， 即采样频率越高，对于原声音曲线的模拟就越精确。 当今主流声卡的采样频率一般可分为22.05KHz、 44.1KHz、48KHz三个等级，22.05只能达到FM广播的声 音品质，44.1KHz则是理论上的CD音质界限，48KHz则更 加精确一些。如果采用更高的采样频率，还可以做出DVD 的音质。 计算机科学与工程系07 - 26/577.3 音频信息的获取和处理量化的过程是将采样后的信号按整个声波的幅度划分 成有限个区段(量化间距) ，然后把落入某个间距内的值归 为一类，并赋予相同的量化值。用一定位数的二进制表示 的有限个整数粗略表示声音幅度的差别。(2) 量化 幅度上的离散计算机科学与工程系07 - 27/577.3 音频信息的获取和处理失真在采