第3章多媒体技术应用

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1、第第 3 3 章章 多媒体技术应用多媒体技术应用1 1本章概要u 多媒体技术的基本含义、组成u 音频、视频信号的处理 u 图像处理技术u 动画处理技术u 视频信息处理技术2 2多媒体技术使计算机具备了综合处理文字、 声音、图像和视频等信息的能力。它以形象丰富 的文、声、图等信息以及方便的交互性，极大的 改善了人机界面，改变了人们使用计算机的方式 ，从而为计算机进入人类日常生活和生产领域打 开了方便之门，给人们的工作、生活和娱乐带来 了深刻的变化。3 3多媒体定义、特性媒体（Medium）在计算机领域中有两种含义，既可理解为存 储信息的实体，如磁带、磁盘、光盘等；也可理 解为信息的载体，如数字、

2、文字、声音、图像、 动画、视频等。多媒体技术中的“媒体”是指后者。多媒体（ Multimedia）多媒体是指能够同时获取、处理、编辑、存 储和展示两个以上不同类型信息媒体（文字、图 形、图像、声音、动画和影视 ）的技术 。4 4 多媒体计算机技术（ mpc）多媒体计算机一般是指能够综合处理文字、声 音、图形、图像、动画和视频等多种媒体信息，并 在它们之间建立逻辑关系，使之集成为一个交互式 系统的计算机。它融高质量的视频、音频、图像等多种媒体信 息的处理于一身，并具有大容量的存储器，能给人 们带来一种文、声、图、像并茂的视听感受。5 5MPC的基本结构主机触摸屏键盘鼠标视频输出 外部存储 摄像机

3、 CD-ROM视频适配卡 音频适配卡 图形卡 压缩卡音频微信号输入： 麦克风，唱机拾音器音频、视频输入 CD-ROM盘 激光视盘 摄像机、录像机音频输出： 耳机、音箱 音响设备显示器通信网络 局域网络 电话网络6 6本节要点：波形声音、MIDI声音的特征如何使用Windows中的工具录制和编辑波 形声音声音压缩的基本原理各种声音文件格式语音合成与语音识别的基本原理31 音频信号的处理7 7多媒体计算机中产生声音的方式主要有三种：外部声音源进行录制和重放MIDI音乐 CD-Audio 在在WindowsWindows中称为中称为 WaveWave波形音频波形音频 MIDIMIDI音频音频CDCD

4、音频音频不同的音频数字信息存储在计算机中时，所使用不同的音频数字信息存储在计算机中时，所使用 的格式是不同的，常见的声音文件格式有：的格式是不同的，常见的声音文件格式有：WAVEWAVE文件文件、MIDIMIDI文件文件和和MP3MP3文件文件等。等。其中其中WaveWave是波形文件，是波形文件，MP3MP3是压缩格式的音频文件是压缩格式的音频文件 。8 83.1.1 Wave音频文件1波形音频的特征波形音频是多媒体计算机获得声音最直接、最简 便的方式。工作原理是：麦克风（或立体声录音机或CD激光 唱盘）等作为声音信号的输入源，声卡以一定的采样 频率和量化级别对输入的声音进行数字化采样，将其

5、 从模拟信号转换为数字信号，以适当的格式存在硬盘 上，由于扬声器只能接受模拟信号，记录下来的声音 在重放时，需要由声卡将文件中的数字信号还原成模 拟信号，经混音器混合后由扬声器输出。9 9工作原理如图图图3-1-1 3-1-1 模拟声音转换为数字声音模拟声音转换为数字声音模拟声音转换为数字声音模拟声音转换为数字声音 1010采样频率：是指每秒从模拟声波中选择多少个点 的声音样本。一般为：11.025kHz(指每秒采集声音样本11025 次）、22.05kHz、44.1 kHz和48kHz。单位时间内的采样数Hz，（至少为波形频率的两倍）. l11.025 kHz的采样频率获得的声音称为电话音质

6、；l22.05 kHz 称为广播音质；l44.1kHz 称为CD音质。采样频率越高，获得的声音质量越好，相应占用的 存储空间也就越大。1111声音采样的量化l量化：采样数据按大小存储的过程l量化级别： 8位、16位、32位等 声道数 单声道和立体声l单声道：声音只能使一路喇叭发声每次生成一个声波数据 l立体声（双声道）：声音可以使两路喇叭都发声， 更能感受到空间效果每次生成两个声波数据. 1212Wave文件所占存储容量的公式：存储量(采样频率X量化位数X声道)X时间8 (单位：字节数) 在Windows“录音机”里，用最低的8kHz、8位 、单声道来保存，一秒钟的声音占的存储空间 为8KB。

7、若用48kHz、16位、立体声来保存，一秒钟的 声音需要188KB的存储空间。综上所述，要使所录制的声音音质好；其所占 存储量也会相应大。例例13132Wave音频文件Windows所使用的标准数字音频是Wave波形文件，记录 了对实际声音进行采样的数据。Wave音频文件的主要缺点是产生的文件太大，不适合长 时间记录。如果应用系统使用CD音质的Wave音频文件配 音，声音内容应尽可能简洁。由于原始声音数据量太大，有必要采用硬件或软件的方法 进行压缩处理，常用的软件压缩方法主要有ACM和PCM 等。另一方面，一般人的讲话声音使用8位量化级、11 025 kHz采样频率就能较好地还原，因此这种质量

8、较低的 波形文件在应用中也不少见。14143. Wave音频文件的制作工具Windows中的“录音机具 有最基本的声音录制和编 辑功能。 Windows本身所携带的“ 录音机”软件，是Wave音 频文件录制、播放和进行 一些简单处理的基本工具 。启动Windows “录音机”, 并打开一个Wave音频文 件后的界面，在其窗口的 中间便可看到所打开声音 文件的波形。1515录音机录音机由于波形文件记录由于波形文件记录 的是数字化的音频信号的是数字化的音频信号 ，可由计算机对其进行，可由计算机对其进行 处理和分析，如处理和分析，如删除、删除、 插入混音等插入混音等，又如，又如加快加快 、放慢声音的

9、播放速度、放慢声音的播放速度 ，反向播放，将声音重，反向播放，将声音重 新组合等，新组合等，如图所示，如图所示， 从从“ “效果效果” ”菜单中可以看菜单中可以看 到有关的操作命令，使到有关的操作命令，使 用这些命令后，可以从用这些命令后，可以从 波形上看到声音的变化波形上看到声音的变化 。1616在录音前，一般需要设定 录音时的采样频率和量化 位数，这可通过声音的“ 格式转换”来设置，先在 “选自”下拉列表中选择 “录音格式”，然后单击 旁边的“立即转换”按钮 ，出现如图所示的对话框 ，用于设定不同的采样频 率和量化位数。 F另外不可忽略的是在进行 录音之前，还必须在系统 “音量控制”的“选

10、项” 属性中将调节音量设置为 “录音”方式。（具体操 作见3.1.3）有关录音有关录音1717如果想知道某个如果想知道某个WaveWave音频音频 文件的数字声音指标，可文件的数字声音指标，可 以选中该声音文件后，通以选中该声音文件后，通 过使用过使用“文件文件/ / 属性属性”命命 令打开令打开“声音属性声音属性”对话对话 框来可以了解。框来可以了解。18183.1.2 MIDI合成音乐MIDI（Musical Instrument Digital Interface）MIDI是音乐与计算机结合的产物MIDI是乐器数字接口的缩写，文件扩展名是 .MID，泛指 数字标准，它始建于1982年。标

11、准的多媒体PC平台能够 通过内部合成器或连接端口的外部合成器播放MIDI文件。 MIDI文件的特点：是一系列指令，而不是波形，所占存 储空间非常少多媒体PC平台能够通过内部合成器或连接到计算机MIDI 端口的外部合成器播放MIDI文件 19191.合成器合成器是利用DSP或其他芯片来产生音乐或声音的电子装 置 FM合成器l采用频率调制的原理产生声音 lFM合成器能发出128种乐器的声音 波表合成 l对真实乐器声采样，制波表保存，由DSP查表调用处 理l声音效果与真实的乐器声几乎无差别l声卡带有波形表ROM的接口 或 本身带有波形表ROMl ROM的容量越大，可存储的乐器音就越多软波形表l用CP

12、U来实现波表合成器的部分功能降低对声卡硬件 要求20202. MIDI音乐产生原理 MIDI标准规定了装置间连接的电缆、硬件标准和通信协 议MIDI指令信息 ：l由音符序列、定时和多达16个通道的演奏音符定义组 成，演奏音符定义由键号、通道号、音长、音量和力 度组成建立MIDI文件：设备演奏时输入或软件编辑产生 MIDI文件的特点：是指令不是波形，文件小 端口 ：MIDI In（输入口）、MIDI Out（输出 口）、 MIDI Thru（转送口）2121由于MIDI文件是一系列指令，而不是波形，所以 所占的存储空间非常少，利用MIDI文件演奏音乐 ，所需的存储量很少。一个8位，2205kHz

13、的波形文件，记录1 8秒钟的声音需要3168KB空间，而演奏2分 钟乐曲的MIDI文件，其存储空间不到8KB。另外，预先装载MIDI文件比波形文件容易得多。 这样，在设计多媒体节目时，音乐的设置就变得 十分灵活。例2222在以下这些情况时，使用MIDI合成音乐将比波形 音频更合适： l需要播放长时间高质量的音乐。 l需要以音乐作为背景音响效果，同时从CD-ROM 中装载其他数据，如图像、文字的显示等。 l需要以音乐作为背景音响效果，同时播放波形音 频，如音乐与语音同时输出。2323Windows中的媒体播放器可直接播放MIDI音乐视听视听视听视听24243.1.3 音频处理声音的处理包括录音、

14、剪辑、去除杂音、混音 、合成等等。一般声音处理的软件有Ulead、 AudioEditor 、Creative录音大师、CakeWalk等。Windows中的“录音机具有最基本的声音录制 和编辑功能。(见3.1.1 3.)25253.1.4 音频数据压缩1基本压缩原理由于音频信号中存在着冗余，所以在计算机 系统的音频数据的存储和传输中，数据压缩是必 须的，要在声音质量、数据率、计算量三个方面 进行综合考虑。为了减少数据率，专家们致力于压缩编码的 研究，国际电报电话咨询委员会(CCITT)先后提出 了一系列语音压缩编码的建议。 2626音频信号的编码方法通常有： 基于音频数据的统计特性进行编码，

15、其典型技术 是波形编码，其目标是使重建语音波形保持原波 形的形状。 基于音频的声学参数进行参数编码，可进一步提 高压缩比，其目标是使重建音频保持原音频的特 性。 将上述两种编码结合起来，就是混合编码的方法 。基于人的听觉特性进行编码，从人的听觉特性出 发，利用掩蔽效应，设计声学心理模型。从而实现更高效率的数字音频的压缩。其中 以MPEG标准中的高频编码最有影响。27272MP3音乐MP3是 MPEG layer 3 的缩写MPEG (Moving Picture Expert Group) ，运动 图像专家组，是国际标准化组织成员，专门制定 MPEG压缩标准中的音频部分，也就是MPEG音 频层。MP3是MPEG音频压缩算法中压缩与解压缩计算 方式的一种，用来处理高压缩率的声音信息。它 所生成的声音文件音质接近CD，而文件大小却只 有约其十二分之一。因此原本一张光盘上只能储 存十几首CD格式的乐曲，若以MP3格式进行存储 ，则可储存100多首。2828那么MP3为什么会有这样神奇的效果呢?原理:l 一方面通过先进的编码技术，让未经压缩的原始声音 重新编码压缩；另一方面利用人耳的特点进行数据的缩减 ，由于人的耳朵对于超过15kHz的声音就不是很灵敏了， 所以将一些高频的声音信息删掉不会对声音效果有很大影 响，这样缩小声音