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1、第8章多媒体技术本章要点本章要点l8.1多媒体技术概述多媒体技术概述l8.2 音频技术音频技术l8.3 数字视频技术数字视频技术l8.4 虚拟现实虚拟现实l8.5 视频制作实例视频制作实例l习题习题本章逻辑结构l8.1多媒体技术概述多媒体技术概述8.1.1 多媒体及相关名词的定义多媒体及相关名词的定义8.1.2 多媒体计算机多媒体计算机8.1.3 多媒体数据压缩和编码技术多媒体数据压缩和编码技术8.1.4 多媒体系统的数据和文件格式多媒体系统的数据和文件格式本章逻辑结构l8.2 音频技术音频技术8.2.1 数字音频的基本概念数字音频的基本概念8.2.2 音频数据采样与处理音频数据采样与处理8.
2、2.3 语音识别技术语音识别技术8.2.4 音频处理硬件和软件音频处理硬件和软件l8.3 数字视频技术数字视频技术8.3.1视频的基本概念视频的基本概念8.3.2 视频采集卡视频采集卡8.3.3 视频数据的采集和处理视频数据的采集和处理8.3.4 流媒体流媒体8.3.2 视频处理软件视频处理软件本章逻辑结构l8.4 虚拟现实虚拟现实8.4.1 虚拟现实设备虚拟现实设备8.4.2 虚拟现实技术的分类虚拟现实技术的分类8.4.3 3D环境的建立环境的建立l8.5 视频制作实例视频制作实例l习题习题8.1多媒体技术概述多媒体技术概述 8.1.1 多媒体及相关名词的定义多媒体及相关名词的定义1媒体的定
3、义我们通常所说的“媒体”（Media）包括两层含义。一是指信息的物理载体（即存储和传递信息的实体），如书本、挂图、磁盘、光盘、磁带以及相关的播放设备等；另一层含义是指信息的表现形式（或者说传播形式），如文字、声音、图像、动画等。l2多媒体的定义l多媒体的英文单词是Multimedia，它由multi和media两部分组成。可以理解为多种媒体的综合。但是，多媒体并不是简单地将多种媒体组合，而是有机的结合在一起，以达到和用户进行互动和交流的系统；如电视节目包含图像、声音等信息，但人们并不把电视称为多媒体。8.1多媒体技术概述多媒体技术概述l3多媒体技术的定义l多媒体技术不是各种信息媒体的简单复合，
4、它是一种把文本（Text）、图形（Graphics）、图像（Images）、动画（Animation）和声音（Sound）等形式信息结合在一起，并通过计算机进行综合处理和控制，能支持完成一系列交互式操作的信息技术。多媒体技术的发展改变了计算机的使用领域，使计算机由办公室、实验室中的专用品变成了信息社会的普通工具，广泛应用于工业生产管理、学校教育、公共信息咨询、商业广告、军事指挥与训练，甚至家庭生活与娱乐等领域。l4多媒体技术的特点。l（1）数字化l（2）集成性l（3）交互性l（4）实时性8.1多媒体技术概述多媒体技术概述 5多媒体技术的应用多媒体技术的应用l目前，多媒体技术的应用领域已经十分广
5、泛，它不仅覆盖了绝大部分的计算机应用领域，而且还拓展了新的应用领域。借助日益普及的高速信息网，被广泛应用在咨询服务、图书、教育、通信、军事、金融、医疗等诸多行业，并正潜移默化地改变着我们生活的面貌。 （1）多媒体视频会议系统 多媒体视频会议系统是以会议的形式实现在不同地理位置上的人们的交流，包括语言、图像、动画、视频、数据等的传递和交流。可以大大提高工作效率。l（2）多媒体远程教育l多媒体远程教育实现了学员在家中进行学习的愿望，为人们提供了更多、更好的学习机会。而且还可以利用多媒体的多种表现形式及网络的即时特点，让学员打破传统的教学模式，增加师生互动，自己调整学习的进度，无疑增加了学习的时间、
6、延伸了学习的空间 （3）多媒体远程医疗系统 多媒体远程医疗系统可以为偏远地区的人们提供医疗服务；如请医学专家进行远程会诊、指导当地的医生进行复杂手术等。 8.1多媒体技术概述多媒体技术概述（4）多媒体数据库系统多媒体数据库是数据库技术与多媒体技术相结合的产物。它可以将文本、数据、图形、图像、声音、视频等多种媒体的信息集成管理和表示，而且可以对多媒体数据库信息进行检索和查询，使之应用到更为广泛的领域中。（5）多媒体图书馆和电子出版物近年来，电子出版物以其信息容量大、易于检索、成本低等优点得到了迅速的发展。并且取代了一些传统的出版物。利用CDROM大容量的存储空间与多媒体声像功能的结合还可以提供百
7、科全书、旅游指南系统、地图系统等电子工具和电子辞典、技术手册和电子书刊等电子出版物。8.1多媒体技术概述多媒体技术概述8.1.2多媒体计算机1多媒体计算机的定义多媒体计算机的定义多媒体计算机的英文全称为MultimediaPersonalComputer，简称MPC。相对于一般的PC（个人计算机），多媒体计算机增加了一些多媒体部件（包括硬件和软件），使得计算机具有多媒体处理能力。2多媒体计算机系统多媒体计算机系统多媒体系统是一个能处理多媒体信息的计算机系统。它是在现有PC计算机基础上加上硬件板卡和相应的软件，使其能对多媒体信息进行获取、编辑、加工、处理、存取和输出。多媒体计算机系统与普通计算机
8、一样，也是由多媒体硬件和多媒体软件两部分组成。其核心是一台计算机，外围主要是视听等多种媒体设备。因此，简单地说，多媒体系统的硬件是计算机主机及可以接收和播放多媒体信息的各种输入/输出设备，其软件是音频/视频处理核心程序、多媒体操作系统及各种多媒体工具软件和应用软件。8.1多媒体技术概述多媒体技术概述8.1.3 多媒体数据压缩和编码技术多媒体数据压缩和编码技术在多媒体计算机系统中，为了达到令人满意的图像、视频画面质量和听觉效果，必须解决视频、图像、音频信号数据的大容量存储和实时传输问题。解决的方法，除了提高计算机本身的性能及通信信道的带宽外，更重要的是对多媒体进行有效的压缩。图形、视频动画和音频
9、等多媒体数据一般都存在大量的冗余，比如常用的位图格式的图像数据中，像素与像素之间无论在行方向还是在列方向都具有很大的相关性，因而整体上数据的冗余度很大，使用数学方法来表示这些重复数据就可以减少数据量。这种采用去掉冗余的压缩方法叫做无损压缩。还可以利用人的视觉对于边缘急剧变化不敏感和对图像的亮度信息敏感、对颜色分辨率弱的特点，舍弃一些非主要的细节，在允许一定限度失真的前提下，对图像数据进行压缩。这种压缩方法叫做有损压缩。8.1多媒体技术概述多媒体技术概述1文本文件的压缩文本文件的压缩文本文件的压缩是因为文本文件中有大量的空格和重复的词组，采用自适应模式替换和指针压缩等方法就可以大幅度减少文本的大
10、小。自适应的模式替换扫描整个文本并且寻找相同模式，用一个符号代替这种模式。比如用“#”来替代“the”，“the”占用了三个字节，但“#”只有一个字节。每次替代会节省两个字节。采用自适应模式替换技术时，当文档中含有大量重复信息时，压缩的效果越好。文件越长，更有可能包含重复信息，压缩效果也越好。2图形文件压缩图形文件压缩原始位图图像文件很大，但是它们通常包含有可以压缩的重复的数据，如一大块同一种颜色的区域等，这就可以采用游程编码的技术进行压缩。游程编码又称“运行长度编码”或“行程编码”，是一种统计编码，该编码属于无损压缩编码，是栅格数据压缩的重要编码方法。游程编码的基本原理是：用一个符号值或串长
11、代替具有相同值的连续符号，使符号长度少于原始数据的长度。只在各行或者各列数据的代码发生变化时，一次记录该代码及相同代码重复的个数，从而实现数据的压缩。8.1多媒体技术概述多媒体技术概述3视频文件压缩视频文件压缩视频压缩技术是将某个视频格式的文件转换成另一种视频格式文件的方式。目前视频流传输中最为重要的编解码标准有国际电联的H.261、H.263，运动静止图像专家组的M-JPEG和国际标准化组织运动图像专家组的MPEG系列标准，此外在互联网上被广泛应用的还有Real-Networks的RealVideo、微软公司的WMV以及Apple公司的QuickTime等。8.1.4 多媒体系统的数据和文件
12、格式多媒体系统的数据和文件格式1图形图像和视频表示图形图像和视频表示（1）位图（2）矢量图（3）灰度图和彩色图（4）数字视频8.1多媒体技术概述多媒体技术概述2常见的图形图像和视频文件格式常见的图形图像和视频文件格式（1）BMP文件（静态图像文件）（2）PCX文件（静态图像文件）（3）GIF文件（静、动态图像文件）（4）JPEG文件（静态图像文件）（5）PNG文件（静态图像文件）（6）TIFF文件（静态图像文件）（7）WMF文件（静态图像文件）（8）RIFF文件（资源交换文件格式）（9）AVI文件（动态影像文件）（10）Indeo文件（动态影像文件）（11）MPEG文件（动态影像文件）（12）
13、MOV文件（动态影像文件）（13）MIDI文件（音乐文件）8.2音频技术声音是由振动产生的。所谓的声音频率，就是发声源的振动频率。频率的单位是赫兹（HERZ，以证实电磁波存在的德国物理学家赫兹的名字命名），也就是1秒内振动的次数。大自然及人类可能制造出的声音，从1赫兹，到几十万赫兹，范围跨度极大，但并不是所有的声波振动人耳都能听到。音频是指人类能够听到的所有声音，正常人耳的音频范围一般约为20Hz20kHz。声音被录制下来以后，无论是说话声、歌声、乐器都可以通过数字音乐软件处理，或是把它制作成CD，这时候所有的声音没有改变，因为CD本来就是音频文件的一种类型。而音频只是储存在计算机里的声音。如
14、果有计算机再加上相应的音频卡就是我们经常说的声卡，我们可以把所有的声音录制下来，声音的声学特性如音的高低等都可以用计算机硬盘文件的方式储存下来。反过来，我们也可以把储存下来的音频文件用一定的音频程序播放，还原以前录下的声音。8.2 音频技术音频技术8.2.1 数字音频的基本概念数字音频的基本概念1声音的定义用物理学的方法分析，声音是一种波。描述声音特征的物理量有声波的振幅（Amplitude）、周期（Period）和频率（Frequency）。因为频率和周期互为倒数，因此，一般只用振幅和频率两个参数来描述声音。其中，频率反映声音的高低，振幅反映声音的大小。声音中含有高频成分越多，音调就越高，也
15、就是越尖，反之则越低；声音的振幅越大，声音则越大，反之则越小。需要指出的是，现实世界的声音不是由某个频率或某几个频率组成，而是由许多不同频率不同振幅的正弦波叠加而成。2声音的分类（1）亚音频（Infrasound）0Hz20Hz（2）音频（Audio）20Hz20KHz（3）超音频（Ultrasound）20KHz1GHz（4）过音频（Hypersound）1GHz1THz8.2 音频技术音频技术3音频音频（Audio）是用声音的频率界定的，指频率在20Hz20KHz范围内的声波。音频所覆盖的声音频率是人的耳朵所能听到的声音。4模拟音频人们从自然界中获得的声音信号和通过传声器得到的声音电信号等
16、在时间和幅度上都是连续变化的，这样的信号称为模拟信号。模拟音频是指随时间连续变动的声音波形的模拟记录形式，通常采用电磁信号对声音波形进行模拟记录。5数字音频数字音频是模拟声音进入计算机后的一种记录和存储形式。模拟声音在时间和幅度上是连续的，声音的数字化是通过采样、量化和编码，把模拟量表示的音频信号转换成由许多二进制数1和0组成的数字音频信号。数字音频是一个数据序列，在时间和幅度上是断续的。计算机内的基本数制是二进制，在处理声音时必须进行数字化。为此要把声音数据写成计算机的数据格式。将连续的模拟音频信号转换成有限个数字表示的离散序列（即实现音频数字化），使时间上连续变化的波形声音变为一串0、1构
17、成的数字序列，这种数字序列就是数字音频。在这一处理技术中，涉及到音频的采样、量化和编码。光盘、硬盘都可以作为数字音频的记录媒体。8.2 音频技术音频技术8.2.2 音频数据采样与处理音频数据采样与处理1采样采样采样（sampling）是在某个特定的时刻对模拟信号进行测量。一般是每隔一定时间对模拟信号的幅值进行测量，得到离散的幅值，用它代表两次采样之间的模拟值。每一次采样都记录下了原始模拟声波在某一时刻的状态，称之为样本。2量化量化采样把模拟信号变成了时间上离散的样值序列，但每个样值的幅度仍然是一个连续的模拟量，因此还必须对其进行离散化处理，将其转换为有限个离散值，才能最终与数码来表示其幅值。也
18、就是还需要用某种数字化的方法来反映某一瞬间声波幅度的电压值的大小，该值的大小影响音量的高低。我们把声波波形幅度的数字化表示称为量化。量化过程是将采样值在幅度上再进行离散化处理的过程。先将采样后的信号按整个声波的幅度划分为有限个区段的量化阶集合，把落入某个量化阶内的采样值都赋予相同的值，即量化值。8.2 音频技术音频技术8.2.2 音频数据采样与处理音频数据采样与处理3编码编码音频编码方法有三种类型：波形编码、参数编码、混合编码。波形编码是尽量保持输入波形不变，即重建的语音信号基本上与原始语音信号波形相同，压缩比较低；参数编码是要求重建的信号听起来与输入语音一样，但其波形可以不同，它是以语音信号
19、所产生的数学模型为基础的一种编码方法，压缩比较高；混合编码是综合了波形编码的高质量潜力和参数编码的高压缩效率的混合编码的方法，这类方法也是目前低码率编码的方向。4模模/数转换质量的技术指标数转换质量的技术指标（1）采样频率。（2）采样精度。（3）声道数。5数字音频的存储空间数字音频的存储空间存储容量（字节）=采样频率（采样精度/8）声道数时间8.2 音频技术音频技术8.2.3 语音识别技术语音识别技术语音识别技术（AutomaticSpeechRecognition，ASR)，又称为自动语音识别，其目标是将人类的语音中的词汇内容转换为计算机可读的输入。也就是让机器听懂人类的语音。它是语音信号处
20、理的一个重要研究方向，是模式识别的一个分支，涉及到生理学、心理学、语言学、计算机科学以及信号处理等诸多领域，甚至还涉及到人的体态语言（如人在说话时的表情、手势等行为动作可帮助对方理解），其最终目标是实现人与机器进行自然语言通信。1 语音识别系统的分类语音识别系统的分类2 语音识别系统的工作原理语音识别系统的工作原理（1）语音识别单元的选取（2）特征参数提取（3）模式匹配及模型训练技术8.2 音频技术音频技术3 语音识别技术的应用领域语音识别技术的应用领域语音识别技术应用于需要以语音作为人机交互手段的场合，主要是实现听写和命令控制功能。语音识别技术的应用主要有以下两个方面。一是用于人机交流。使用
21、键盘、鼠标与电子计算机进行交流的这种方式，使许多非专业人员，特别是不懂英语或不熟悉汉语拼音的人被拒之于门外，影响到电子计算机的进一步普及。语音识别技术的采用，改变了人与计算机的互动模式，人们只需动动口，就能打开或关闭程序，改变工作界面。这种使电脑人性化的结果是使人的双手得到解放，使每个人都能操作和应用计算机。另外，电话仍是目前使用最为普遍的通信工具，通过电话与语音识别系统的协同工作，可以实现语音拨号、电话购物以及通过电话办理银行业务、炒股、上网检索信息或处理电子件等。不久，能根据主人口令接通电话、打开收音机，以及通过声纹识别来者身份的安全系统也将获得应用。现在越来越多的功能处理器和先进的软件已
22、经实现把声音和语音功能集成到微机系统中，借助于具有命令识别能力的多媒体操作系统和具有语音识别能力的数据库系统，语音可以命令和控制计算机像代理一样为用户处理各种事务，从而极大地提高用户的工作效率。8.2 音频技术音频技术8.2.4 音频处理硬件和软件音频处理硬件和软件1. 声音处理硬件声音处理硬件音频卡（声卡）音频卡（声卡）声卡(SoundCard)也叫音频卡，是多媒体技术中最基本的组成部分，它是实现声波数字信号相互转换的一种硬件。（1）声卡的工作原理通过声卡及相应的驱动程序的控制，采集来自话筒、收录机等音源的信号，压缩录制成数字声音文件后被存放在计算机系统的内存或硬盘中；将硬盘或激光盘压缩的数
23、字化声音文件还原成高质量的声音信号，放大后通过扬声器放出；对数字化的声音文件进行加工，以达到某一特定的音频效果；控制音源的音量，对各种音源进行组合，实现混响器的功能；利用语言合成技术，通过声卡朗读文本信息；具有初步的音频识别功能，让操作者用口令指挥计算机工作；提供MIDI功能，使计算机可以控制多台具有MIDI接口的电子乐器。8.2 音频技术音频技术8.2.4 音频处理硬件和软件音频处理硬件和软件（2）声卡的类型目前市场的声卡主要分为板卡式、集成式和外置式三种接口类型。（3）声卡的结构）声卡的结构（4）声卡的性能指标采样位数采样频率MIDI（MusicalInstrumentDigitalInt
24、erface，音乐设备数字接口）功能信噪比(SignaltoNoiseRatio，SNR)支持的声道数数字信号处理8.2 音频技术音频技术（5）声卡的选购选择集成声卡还是独立声卡注意声卡的做工兼容性试听2. 声音处理软件声音处理软件（1）录音、混音和音频编辑软件Windows自带的录音机多声道录放和特效处理软件（2）音乐创作、编曲、音源合成软件（3）效果器软件（4）音频文件格式转换软件8.3 数字视频技术数字视频技术视频（Video）泛指将一系列的静态影像以电信号方式加以捕捉、纪录、处理、储存、传送和重现的各种技术。视频是多媒体应用的基本元素。视频其实是由许多幅单一的画面构成的，每一幅画面称为
25、帧。当快速播放帧时，由于人眼的滞留效应而产生连续运动的效果，所以帧是视频信息构成的最基本单位。8.3.1 视频的基本概念视频的基本概念1视频的制式（1）PAL制式（2）NTSC制式2视频数字化标准的NTSC和PAL等制式视频信号都是模拟信号，而计算机采用二进制数据表示，所以要让计算机处理视频信息，必须先对视频信号进行数字化处理。视频信号的数字化和音频信号数字化相同，也是对视频信号进行采样捕获，将采样数值加以保存。视频数字化其实是在一定时间以一定的速度对视频信号进行捕获并加以采样后形成数字化数据。8.3 数字视频技术数字视频技术3视频编辑视频信号采样后，就可以进行加工和编辑，比如删除、改变视频格
26、式等，常用的视频编辑软件有Adobe公司的Premiere和Microsoft公司的VideoForWindows（VFW）。Premiere软件功能比较强，可以编辑和组接各种视频片段，添加过渡效果、字幕、图标和配音等。常用的视频格式有.avi、.mov、.mpg、.rm等。8.3.2 视频采集卡视频采集卡视频采集卡又称视频捕捉卡，是安装在计算机扩展槽上的硬卡，可以从电视、硬碟、摄像机等视频源捕捉采集视频信号并进行数字化、存储、输出和其他处理操作。1视频采集卡的工作原理视频采集卡的工作原理多通道的视频输入用来接收视频输入信号，视频源信号首先经A/D（模/数）转换器将模拟信号转换成数字信号，然后
27、由视频采集控制器对其进行剪裁、改变比例后压缩存入帧存储器。输出模拟视频时，帧存储器的内容经D/A（数/模）转换器把数字信号转换成模拟信号输出到电视机或录像机中。8.3 数字视频技术数字视频技术2视频采集卡的分类视频采集卡的分类按照视频采集的图像指标和用途不同，视频采集卡可分为广播级视频采集卡、专业级视频采集卡和民用级视频采集卡。3视频采集卡的性能指标视频采集卡的性能指标（1）总线接口（2）实时压缩功能（3）采集分辨率和帧频8.3.3 视频数据的采集与处理视频数据的采集与处理1视频采集视频采集模拟视频信号从模拟视频输出源输出，比如录像机、电视机、摄像机等，视频采集卡对这些模拟信号进行采集、量化和
28、编码，转换为二进制数字信息。2视频编辑视频编辑模拟视频数字化以后，可以直接使用和播放，但通常还需要利用一些编辑软件进行编辑，比如加入字幕、老电影效果、删除等操作。视频编辑一般分为线性编辑和非线性编辑两种。8.3 数字视频技术数字视频技术3视频输出视频输出有时候需要把数字视频文件转换成模拟视频信号输出到电视机上进行显示，或输出到录像机记录到磁带上。数字视频输出是数字视频采集的逆向过程，需要专门设备来完成数字信号到模拟信号的转换。有的视频采集卡带有视频输入和输出接口，可以直接实现视频输出。8.3.4 流媒体流媒体流媒体（StreamingMedia）是一种可以使音频、视频和其它多媒体能在网络上以实
29、时的、无需下载等待的方式进行播放的技术。流媒体文件格式是指采用流式传输的方式在网络上播放的媒体格式。1流媒体系统的组成流媒体系统的组成一个流媒体系统一般由三部分组成：流媒体开发工具，用来生成流媒体格式的媒体文件；流媒体服务器组件，用来通过网络服务器发布流媒体文件；流媒体播放器，用于客户端对流媒体文件的解压和播放。8.3 数字视频技术数字视频技术2流媒体常见的文件格式流媒体常见的文件格式（1）ASF格式（2）FLV格式（3）RA/RM/RMVB格式（4）MOV格式（5）SWF格式（6）WMA格式（7）MP3格式（8）3GP格式8.3.5 视频处理软件视频处理软件1视频编辑软件视频编辑软件（1）A
30、dobePremiere（2）会声会影2视频文件格式转换软件视频文件格式转换软件 8.4虚拟现实虚拟现实（VirtualReality）一词源于1989年，由美国的JaronLanier提出。虚拟现实简称VR，也称为“人工现实”、“临境”等，是多媒体发展的更高境界，就是用计算机技术生成一个逼真的，集视、听、触、嗅觉等为一体的感觉世界(或称实体)，用户通过其感观与这一生成的虚拟实体进行交互沟通，如同处理真实物体一样对待由计算机生成的虚拟实体。概括地说，虚拟现实是人们通过计算机对复杂数据进行可视化操作与交互的一种全新方式，与传统的人机界面以及流行的视窗操作相比，虚拟现实在技术思想上有了质的飞跃。虚
31、拟现实中的“现实”是泛指在物理意义上或功能意义上存在于世界上的任何事物或环境，它可以是实际上可实现的，也可以是实际上难以实现的或根本无法实现的。而“虚拟”是指用计算机生成的意思。因此，虚拟现实是指用计算机生成的一种特殊环境，人可以通过使用各种特殊装置将自己“投射”到这个环境中，并操作、控制环境，实现特殊的目的，即人是这种环境的主宰。8.4虚拟现实从本质上来说，虚拟现实就是一种先进的计算机用户接口，它通过给用户同时提供诸如视觉、听觉、触觉等各种直观而又自然的实时感知交互手段，最大限度地方便用户的操作。根据虚拟现实技术所应用的对象不同，其作用可表现为不同的形式，例如将某种概念设计或构思可视化和可操
32、作化，实现逼真的遥控现场效果，达到任意复杂环境下的廉价模拟训练目的等。该技术的主要特征有以下几方面：1多感知性（Multi-Sensory）2浸没感（Immersion）3交互性（Interactivity）4构想性（Imagination）8.4虚拟现实8.4.1 虚拟现实设备虚拟现实设备在VR系统中，有许多有趣的、功能不同的专用设备，如图8.15所示。下面选一些代表性的设备加以介绍。BOOM可移动式显示器：它是一种半投入式视觉显示设备。使用时，用户可以把显示器方便地置于眼前，不用时可以很快移开。BOOM使用小型的阴极射线管，产生的像素数远远小于液晶显示屏，图像比较柔和，分辨率为128010
33、24像素，彩色图像。数据手套：数据手套是一种输入装置，它可以把人手的动作转化为计算机的输入信号。它由很轻的弹性材料构成。该弹性材料紧贴在手上，同时附着许多位置、方向传感器和光纤导线，以检测手的运动。光纤可以测量每个手指的弯曲和伸展，而通过光电转换，手指的动作信息可以被计算机识别。TELETACT手套：它是一种用于触觉和力觉反馈的装置，利用小气袋向手提供触觉和力觉的刺激。这些小气袋能被迅速地加压和减压。当虚拟手接触一件虚拟物体时，存储在计算机里的该物体的力模式被调用，压缩机迅速对气袋充气或放气，使手部有一种非常精确的触觉。 8.4虚拟现实8.4.2 虚拟现实技术的分类虚拟现实技术的分类根据用户参
34、与VR的不同形式以及沉浸的程度不同，可以把各种类型的虚拟现实技术划分四类：1桌面虚拟现实桌面虚拟现实桌面虚拟现实利用个人计算机和低级工作站进行仿真，将计算机的屏幕作为用户观察虚拟境界的一个窗口。通过各种输入设备实现与虚拟现实世界的充分交互，这些外部设备包括鼠标，追踪球，力矩球等。它要求参与者使用输入设备，通过计算机屏幕观察360度范围内的虚拟境界，并操纵其中的物体，但这时参与者缺少完全的沉浸，因为它仍然会受到周围现实环境的干扰。桌面虚拟现实最大特点是缺乏真实的现实体验，但是成本也相对较低，因而，应用比较广泛。常见桌面虚拟现实技术有：基于静态图像的虚拟现实QuickTimeVR、虚拟现实造型语言
35、VRML、桌面三维虚拟现实、MUD等。8.4虚拟现实2沉浸的虚拟现实沉浸的虚拟现实高级虚拟现实系统提供完全沉浸的体验，使用户有一种置身于虚拟境界之中的感觉。它利用头盔式显示器或其它设备，把参与者的视觉、听觉和其它感觉封闭起来，并提供一个新的、虚拟的感觉空间，并利用位置跟踪器、数据手套、其它手控输入设备、声音等使得参与者产生一种身临其境、全心投入和沉浸其中的感觉。常见的沉浸式系统有：基于头盔式显示器的系统、投影式虚拟现实系统、远程存在系统。3增强现实性的虚拟现实增强现实性的虚拟现实增强现实性的虚拟现实不仅是利用虚拟现实技术来模拟现实世界、仿真现实世界，而且要利用它来增强参与者对真实环境的感受，也
36、就是增强现实中无法感知或不方便的感受。典型的实例是战机飞行员的平视显示器，它可以将仪表读数和武器瞄准数据投射到安装在飞行员面前的穿透式屏幕上，它可以使飞行员不必低头读座舱中仪表的数据，从而可集中精力盯着敌人的飞机或导航偏差。8.4虚拟现实4分布式虚拟现实分布式虚拟现实如果多个用户通过计算机网络连接在一起，同时参加一个虚拟空间，共同体验虚拟经历，那虚拟现实则提升到了一个更高的境界，这就是分布式虚拟现实系统。在分布式虚拟现实系统中，多个用户可通过网络对同一虚拟世界进行观察和操作，以达到协同工作的目的。目前最典型的分布式虚拟现实系统是SIMNET，SIMNET由坦克仿真器通过网络连接而成，用于部队的
37、联合训练。通过SIMNET，位于德国的仿真器可以和位于美国的仿真器一样运行在同一个虚拟世界，参与同一场作战演习。 8.4虚拟现实8.4.33D环境的建立总的来说，实物虚化、虚物实化和高性能的计算处理技术是VR技术的3个主要方面。实物虚化是现实世界空间向多维信息化空间的一种映射，主要包括基本模型构建、空间跟踪、声音定位、视觉跟踪和视点感应等关键技术，这些技术使得真实感虚拟世界的生成、虚拟环境对用户操作的检测和操作数据的获取成为可能。它具体基于以下几种技术：（1）基本模型构建技术。它是应用计算机技术生成虚拟世界的基础，它将真实世界的对象物体在相应的3D虚拟世界中重构，并根据系统需求保存部分物理属性
38、。例如车辆在柏油地、草地、沙地和泥地上行驶时情况会有所不同，或对气象数据进行建模生成虚拟环境的气象情况（阴天、晴天、雨、雾）等等。（2）空间跟踪技术。主要是通过头盔显示器、数据手套、数据衣等常用的交互设备上的空间传感器，确定用户的头、手、躯体或其他操作物在3D虚拟环境中的位置和方向。 8.4虚拟现实（3）声音跟踪技术：利用不同声源的声音到达某一特定地点的时间差、相位差、声压差等进行虚拟环境的声音跟踪。（4）视觉跟踪与视点感应技术。使用从视频摄像机到X-Y平面阵列、周围光或者跟踪光在图像投影平面不同时刻和不同位置上的投影，计算被跟踪对象的位置和方向。 8.5 视频制作实例视频制作实例以同三维的T
39、10001394采集卡为例，介绍DV转换为VCD的操作过程。第一步：安装采集卡。安装分以下步骤完成：首先关闭计算机电源，打开机箱，将视频采集卡安装在一个空的PCI插槽上。从视频采集卡包装盒中取出螺丝，将视频采集卡固定在机箱上。将摄像头的信号线连接到视频采集卡上。第二步：采集。采集是把摄像机DV带上的图象全部采集到硬盘上。最好要有大点的硬盘空间（一个小时的录像需要大约15G空间）。如果已正确安装了1394卡，则会声会影软件功能列表会显示出“捕获”菜单项，否则它会是灰色不可用的。第三步：编辑。按照自己需求对视频文件进行编辑，比如场景切换、添加字幕、背景音乐、录制旁白等，会声会影软件自身带了很多素材
40、，可以直接利用。第四步：压缩。压缩成需要的格式，比如DVD、VCD等。可将编辑好的视频文件输出为AVI、MPEG、RM等格式，还可以根据会声会影提供的摸板方便地生成符合VCD、DVD、SVCD格式的视频文件。最后一步：刻盘。根据需要刻录成DVD或VCD。会声会影提供的刻录功能，无需再安装其他刻录软件。习题习题1名词解释名词解释多媒体计算机位图矢量图有损压缩无损压缩模拟信号数字信号采样量化语音识别技术音频卡视频采集卡流媒体虚拟现实2填空题填空题（1）声音定义是：声音是振动波，具有_、_和_。（2）数字音频采样和量化过程所用的主要硬件是_。（3）我们制作的动画和电影正是利用人眼的视觉暂留特性，如果
41、动画或电影的画面刷新率为每秒_幅左右，则人眼看到的就是连续的画面。（4）通常，声音用和中模拟的连续波形表示。波形描述了空气的振动，波形最高点（或最低点）与基线间的距离为_，表示声音的强度。波形中两个连续波峰间的距离称为_。波形_由1S内出现的周期数决定。（5）CMYK模式是针对印刷而设计的模式。C代表_、M代表_、Y代表_、K代表_，是构成印刷上的各种油墨的原色。（6）媒体中的_指的是能直接作用于人们的感觉器官，从而能使人产生直接感受的媒体。习题习题（7）RGB颜色空间中的R、G、B分别是_、_、_。（8）若采样频率为44100Hz，16bit(2Byte)，立体声(2声道)，则1分钟的总数据
42、量为_。（9）RGB模式主要用于_，CMYK模式主要用于_。（10）声音是振动波，具有_、_和_。（11）声卡也叫音频卡，是多媒体技术中最基本的组成部分，它是实现_的一种硬件。（12）语音识别技术目标是将_转换为计算机可读的输入。（13）常见的电视信号制式有_和_两种。（14）按照视频采集的图像指标和用途不同，视频采集卡可分为_、_和_。（15）一个流媒体系统一般由三部分组成：_，用来生成流媒体格式的媒体文件；_，用来通过网络服务器发布流媒体文件；_，用于客户端对流媒体文件的解压和播放。（16）数字音频主要包括两类：_和_。习题习题3选择题选择题（1）数字音频采样和量化过程所用的主要硬件是（）
43、。A）数字编码器B）数字解码器C）模/数转换器（A/D转换器）D）数/模转换器（D/A转换器）（2）下列采集的波形声音，（）质量最好。A）单声道、8位量化、22.05khz采样频率B）双声道、8位量化、44.1khz采样频率C）单声道、16位量化、22.05khz采样频率D）双声道、16位量化、44.1khz采样频率（3）对于同一幅图像，（）格式占存储空间较少。A）TIFFB）BMPC）JPGD）PSD（4）下列文件格式中，（）是常用的动画文件格式。A）swfB）gifC）aviD）vcd（5）将电视台播放的模拟信号节目存入计算机，使用的设备是（）。A）显卡B）声卡C）视频采集卡D）光驱（6）
44、下列文件的扩展名中，表示声音文件的是（）。A）.docB）.wavC）.xlsD）.psd（7）下列文件的扩展名中，含有视频信息的是（）。A）.midB）.wavC）.mp3D）.avi习题习题（8）5分钟双声道、16位采样位数、44.1kHz采样频率的声音，不压缩文件的数据量是（）。A）50.47MBB）52.92MBC）201.87MBD）25.23MB（9）一般说来，要求图像的质量越高，则（）。A）采样频率越低和量化等级越低B）采样频率越高和量化等级越高C）采样频率越高和量化等级越低D）采样频率越低和量化等级越高（10）由许多点组成的点阵图称为位图，构成位图的点称为像素。位图多用于表达真
45、实的景物和创作富于层次、色彩和光感的作品。它突出的缺点之一是数据量大，另一个缺点是（）。A）缩放时会产生失真B）放大时会产生失真C）缩小时会产生失真D）缩放时不会产生失真（11）体现音频数字化质量的参数有三个，它们分别是：声道数、采样频率和（）。A）采样等级B）声道等级C）量化等级D）音量等级（12）（）随意改变其大小不会产生失真，所占存储空间小，一般多用于计算机辅助设计。A）机械制图B）矢量图C）模拟图D）扫描图习题习题（13）动画的基本原理与电影、电视一样，都是利用了人眼的（）特性。利用这一原理，在一幅画还没有消失前播放出下一幅画，就会给人造成一种动的视觉变化效果。A）视觉暂留B）视觉角度
46、C）视觉曲线D）视觉分辨（14）计算机通过视频采集设备对视频信号进行扫描，然后通过采样、量化和编码生成数字视频。数字视频由一系列帧组成，每帧是一幅（）图像，A）静止的B）移动的C）变化的D）跳跃的（15）在数字音频信息获取与处理的过程中，下列顺序正确的是（）。A）模/数转换、采样、压缩、存储、解压缩、数/模转换B）采样、压缩、模/数转换、存储、解压缩、数/模转换C）采样、模/数转换、压缩、存储、解压缩、数/模转换D）采样、数/模转换、压缩、存储、解压缩、模/数转换（16）将录音带上的模拟信号节目存入计算机，使用的设备是（）。A）声卡B）网卡C）显卡D）光驱（17）在图像像素的数量不变时，增加图
47、像的宽度和高度，图像分辨率会发生（）的变化。A）降低B）增高C）不变习题习题（18）以下关于流媒体说法正确的是（）。A）多媒体就是流媒体B）只有视频才有流媒体C）多媒体与流媒体是同时发展的D）流媒体指在因特网或者局域网中使用流式传输技术，由媒体服务器向用户实时传送音频或多媒体文件（19）关于图像数字化，以下说法错误的是（）。A）数字化图像不能直接观看，必须借助播放设备及软件才能观看B）数字化图像不会失真C）数字化图像传输非常方便D）图像的数字化就是将图像用二进制编码的形式来表示（20）国际上常用的视频制式有：（）（1）pal制（2）ntsc制（3）secam制（4）mpegA）（1）B）（1）
48、（2）C）（1）（2）（3）D）全部（21）视频采集卡能支持多种视频源输入，下列哪些是视频采集卡支持的视频源：（）（1）放像机2）摄象机（3）影碟机（4）CD-ROMA）仅（1）B）（1）（2）C）（1）（2）（3）D）全部习题习题（22）下列数字视频中哪个质量最好：（）A）240180分辨率、24位真彩色、15帧/秒的帧率B）320240分辨率、30位真彩色、25帧/秒的帧率C）320240分辨率、30位真彩色、30帧/秒的帧率D）640480分辨率、16位真彩色、15帧/秒的帧率4问答题和计算题问答题和计算题（1）什么是媒体和多媒体？它们各自有哪些类别？（2）简述多媒体技术的定义和特点。（
49、3）简述一个完整的多媒体计算机层次结构（4）通过对比分析点阵图与矢量图的原理和特点。（5）试述JPEG编码的特点、原理和适用场合。（6）音频卡的功能、结构和工作原理如何？它有哪些类型？（7）请说出数字电话音质、AM音质、FM音质、CD音质的数字化采样频率？（8）请计算存储5分钟的44.1k采样频率下16位立体声音频数据至少需要多少K字节?（9）简述MIDI的含义。习题习题（10）视频采集卡的工作原理是什么？一般有哪些分类？（11）如何理解虚拟现实的含义？虚拟现实技术有哪些特征？（12）简要说明采用视频采集卡如何把DV摄像机拍摄的视频采集到计算机内并刻录成一张VCD碟片？可以采用什么软件进行视频编辑？
