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1、多媒体技术基础,多媒体计算机多媒体信息的表示及处理多媒体硬件多媒体软件,(一) 多媒体计算机,概念：多媒体,媒体在计算机信息领域中泛指一切信息载体： 一种指信息的存储实体，如磁带、磁盘、光盘等。另一种指信息的表现形式，如文字、图像、图形、动画、音频、视频等。多媒体是融合两种或两种以上媒体的一种人机交互式信息交流和传播媒体。,概念：多媒体技术,基本条件：以计算机技术为核心 具有人机交互的特点 多媒体技术所处理的多种媒体是逻辑关联的复合数据,多媒体技术是利用计算机通过文字、图像、图形、动画、音频、视频等多种信息的交互混合， 以数字化的方式集成在一起，从而使计算机具有表现、处理、存储多媒体信息的综合
2、能力和交互能力。,多媒体 特点,集成性 交互性实时性,多媒体个人计算机（MPC）,集声、文、图于一体具有多媒体功能的个人计算机发展史1984年，Apple推出第一台具有多媒体特性的Macintosh机1987年引入超级卡1986年，Philips和Sony联合推出CD-I（Compact Disc Interactive）1987年，RCA推出DVI系统（Digital Viedo Interactive） MPC 标准,什么是MPC,MPC不仅含有“多媒体个人计算机”之意，而且还代表MPC的工业标准。 MPC标准的具体内容包括：,对个人计算机增加多媒体功能所需的软硬件进行最低标准的规范。 规
3、定多媒体个人计算机硬件设备和操作系统等的量化指标。 制定高于MPC标准的计算机部件的升级规范。 确定MPC的三级标准：MPC1、MPC2和MPC3。,多媒体创作所需硬件设备,平板式扫描仪,DVD刻录机,数码相机,图形输入板,数码摄像机,MPC的硬件系统,主机 接口卡 存储设备 输入输出设备,MPC的软件系统,多媒体操作系统 包含了设备驱动程序 包含了多媒体设备接口处理程序（MCI） ） 多媒体素材 多媒体创作工具 多媒体应用系统,多媒体技术的应用领域,多媒体在商业娱乐 演示文稿、商业广告、产品演示、人员培训、多媒体游戏系统、影视创作（电脑特技）等等,多媒体技术的应用领域,乘客是对数字化演员着色
4、而成,多媒体技术的应用领域,多媒体在学校家庭 教学演示、多媒体课件、电子相册、装潢设计、 远程教育等等,多媒体技术的应用领域,视频剪辑,主题按钮,超文本,超媒体,信息检索,图片 链接,多媒体技术的应用领域,多媒体在公共场所 各类信息查询系统、各类银行提款系统等。,多媒体技术的应用领域,虚拟现实（Virtual Reality） 虚拟现实是利用计算机生成一种模拟环境（如飞机驾驶舱、操作现场等），通过多种传感设备使用户“投入”到该环境中，实现用户与该环境直接进行“自然”交互的技术。 多通道 存在感 交互性 自主性,(二)多媒体信息的表示及处理,音频图像和视频动画超媒体,多媒体数据描述(1),图形与
5、图像,图形是计算机在平面坐标系和空间坐标系中，通过对运算表达式进行矢量运算和对坐标数据进行描述而形成的运算结果。由于图形具有方向和长度，又被称作“矢量图”。,多媒体数据描述(1),图形与图像,图像是自然界中的客观景物通过某种系统的映射，使人们产生视觉感受。在计算机中，图像用像素点进行描述。有序排列的像素点表达了自然景物的形象和色彩，而像素点又是由二进制进行描述的。因此，图像又称作“位图”。 图像分静态图像和动态图像两种。,多媒体数据描述(2),动态图像,动态图像由于人眼睛的视觉滞留效应，当多幅图像连续放映时，就看到了所谓的动态图像（标准25-30帧/秒）。动态图像可分为两种类型。当人工绘制的图
6、形或计算机产生的图形以动态形式表现出来时，称为“动画”；当图像是实时获取的自然景物时，称为“视频信号”。,视频信号描述,视频模拟信号,视频模拟信号就是常见的电视信号和录像机信号，视频模拟图像的存储通常采用磁介质。 PAL（欧洲大部分国家、中国，每秒25帧） NTSC（美国、日本，每秒30帧） SECAM（法国，每秒25帧）优点：技术成熟、价格低、系统可靠性较高。 缺点：不适宜做长期存放，不适宜做多次复制。随着时间的推移，录像带上的图像信号强度会逐渐衰减，造成图像质量下降、色彩失真等现象。,视频信号描述,视频数字信号,获取方法： 模拟视频输入（视频采集卡） 数字视频输入（1394卡）主要视频格式
7、： Quick Time（苹果机） Video for Windows （PC机）特点： 保存时间长，无信号衰减问题。 可以无限制地复制副本，永远不存在失真问题。,动画概念,动画,动作的变化是动画的本质动画由很多内容连续但各不相同的画面组成。由于每幅画面中的物体位置和形态不同，在连续观看时，给人以活动的感觉。随着动画的发展，除了动作的变化，还发展出颜色的变化、材料质地的变化、光线强弱的变化等。,动画概念,电脑动画,三个发展阶段： 再现绘画过程 形状变化 纯电脑动画按动画性质分：帧动画和矢量动画 按表现形式分：二维动画、三维动画和变形动画,多媒体数据描述(3),声音,声波是由机械振动产生的波。当
8、声波进入人耳，鼓膜振动导致内耳里的微细感骨的振动，将神经冲动传向大脑，听者感觉到的这些冲动就是声音。,多媒体数据描述(3),音频模拟信号,模拟音频技术通过模拟电压的幅度表示声音的强弱。模拟声音的录制是将代表声音波形的电信号转换到适当的媒体上。,音频数字信号,声音信息的数字化过程是每隔一个时间间隔在模拟声音波形上取一个幅度值（称为采样，采样的时间间隔称为采样周期），并把采样得到的表示声音强弱的模拟电压用数字表示（称为量化）。,音频的数字化,采样频率越高，数字化音频的质量也就越高。 量化位数越大，对音频信号的采样精度就越高。,奈奎斯特采样定律 人耳20Hz20kHz之间 44.1kHz,多媒体数据
9、压缩的必要性,以视频信号为例： 每秒播放25帧画面（PAL） 每帧影像像素数为720576 全彩方式存储,1帧1.2MB,A4幅面（21cm29.7cm）的彩色照片，用扫描仪采样（300dpi)，像素用24bit彩色信号表示。 数据量 ： (21/2.54 300) (29.7/2.54 300)*24/8 = 26MB,CD音质信号，采样频率44.1KHz，量化位数16。 （立体声CD 音质信号）,数据压缩的条件,数据冗余度 音频信号和视频信号等原始数据通常存在很多用处不大的空间，空间越多，数据的“冗余度”也越大。 人类不敏感因素 对某些频率的音频信号不敏感； 人眼也存在“视觉掩盖效应”，即
10、对亮度比较敏感，而对边缘的强烈变化不敏感；并且对彩色细节的分辨能力远比亮度细节的分辨能力低。,数据冗余,空间冗余：规则物体的表面具有物理相关性，将其表面数字化后表现为数据冗余。,数据冗余是指信息所具有的各种性质中多余的无用空间，其多余的程度叫做“冗余度”。,颜色相同的区域,规则有序排列的图形,数据冗余,时间冗余：视频信号和动画一般为位于一时间轴区间的一组连续画面，其中的相邻帧往往包含相同的背景和移动物体，只不过移动物体所在的空间位置略有不同，所以后一帧的数据与前一帧的数据有许多共同的地方，这种共同性是由于相邻帧记录了相邻时刻的同一场景画面。,影响数据压缩的要素,压缩比 压缩前后文件大小之比，越
11、高越好，但受速度、消耗资源等的影响 图像质量 还原后与原图像相比，评估的方法有客观评估和主观评估 压缩与解压缩速度 与压缩方法和压缩编码的算法有关，一般压缩比解压缩计算量大，因而压缩比解压缩慢 对称压缩，适用于：实时系统，例如视频会议。 不对称压缩，适用于：例如VCD 的制作与播放。,数据压缩标准,音频压缩依据 人耳对各频率的灵敏度是不同的 频率之间的掩蔽效应 短暂掩蔽效应ISO的“MPEG 音频”标准对声音的编码进行规定，其中包括音频编码方法，存储方法和解码方法,MPEG音频压缩,MPEG音频压缩利用编码技术，将源文件重新进行编码压缩，其次是利用数据压缩，将人类听觉中的不敏感部分删除，从而达
12、到缩小文件尺寸的目的。音频层根据压缩质量和编码复杂度分为Layer1、Layer2、Layer3三层,数据压缩标准,国际标准化组织（ISO）和国际电报电话咨询委员会（CCITT）制定用于多媒体图像压缩的标准 静态图像的JPEG国际标准 支持有损压缩，压缩比可用参数调整，在压缩比达25:1时，压缩后还原的图像与原始图像相比较，人们很难区分其中的差别。 动态图像的MPEG国际标准 MPEG-1和MPEG-2提供了压缩视频音频的编码表示方式，为VCD、DVD、数字电视等产业的发展打下了基础。 MPEG-4采用了基于对象的编码方法，使压缩比和编码效率得到了显著的提高。 MPEG-7采用标准化技术对多媒
13、体内容进行描述和检索。 MPEG-21的重点是为从多媒体内容发布到消费所涉及的所有标准建立一个基础体系，支持连接全球网络的各种设备透明地访问各种多媒体资源。,两种类型的数字音频,计算机声音有两种产生途径 一种是通过数字化录制直接获取（波形音频） 另一种是利用声音合成技术实现（MIDI） 声音合成技术是用微处理器和数字信号处理器代替发声部件，模拟出声音波形数据，然后将这些数据通过数模转换器转换成音频信号并发送到放大器，合成出声音或音乐。 MIDI（乐器数字接口）是在1983年有MIDI制造者协会（MMA）提出作为一个控制电子乐器的标准化串行通信协议提出的。该协议允许电子合成器互相通信，而不考虑制
14、造厂家是谁。,音频文件格式,媒体格式 扩展名 相关公司或组织 主要优点 主要缺点 适用领域,mp3 Fraunhofer-IIS,在低至128kbps的比特率下提供接近CD音质的音频质量。广泛的支持,音质欠佳,一般聆听和高保真聆听,Real Media ra, RealNetworksrma,在极低的比特率环境下提供可听音频质量,不适于除网络传播之外的用途。音质不是很好,网络音频流传输,音频文件格式,媒体格式 扩展名 相关公司或组织 主要优点 主要缺点 适用领域,音频文件格式,媒体格式 扩展名 相关公司或组织 主要优点 主要缺点 适用领域,图像文件格式,BMP（Bitmap） 图像类型位图（光
15、栅）图像 使用背景在Microsoft Windows下的显示和存储 版权所有Microsoft公司 支持软件Windows Paint以及任何运行在Windows下的软件 优点在Microsoft Windows下得到广泛支持。包含的图像信息丰富 缺点占用磁盘空间过大，在单机上比较流行，这是Windows平台上的标准图像格式,图像文件格式,TIFF （Tagged Image File Format） 标签图像文件格式 图像类型位图（光栅）图像 使用背景用于桌面排版以及与之相关的应用程序的数据交换 版权所有由Aldus和Microsoft联合开发和积极支持 支持软件桌面出版、图形艺术 优点跨
16、平台，对媒体之间的数据交换，TIFF位图模式是最佳选择之一 缺点 TIFF的全面性也产生了一些问题,图像文件格式,JPG（Microsoft Windows Metafile） 图像类型压缩位图（光栅）图像 使用背景摄影图像的存储和显示 版权所有 Joint Photographic Experts Group （联合摄影专家组） 支持软件桌面出版、图形艺术、视频捕获 优点支持 24 位颜色，并保留照片和其它连续色调图像中存在的亮度和色相的显著和细微变化，多平台广泛支持 缺点每次以 JPEG 格式存储图像时都会产生损失，损失累积会造成图像质量严重下降,图像文件格式,GIF（Graphics Interchange Format） 图形交换格式 图像类型压缩位图（光栅）图像 使用背景图像网络传输 版权所有 Unysis公司 支持软件 桌面出版、图形艺术、视频捕获 优点磁盘空间占用较少，支持动态和单色透明 效果，渐显方式 缺点 GIF是一种8位彩色文件格式，不能存储超过256色的图像,
