多媒体基础知识

第八章多媒体基础知识计算机网络与多媒体技术网络与多媒体技术多媒体基础知识多媒体技术概述8.18.28.3色彩基础8.4多媒体元素及特征模拟信号与数字信号网络与多媒体技术第八章学习要点了解多媒体的基本概念理解模拟信号与数字信号的基本概念熟悉计算机中的各种媒体及相关知识熟悉颜色，图像深度及分辨率等基本概念网络与多媒体技术8.1、多媒体技术概述何谓多媒体呢？“多媒体”一词译自英文“Multimedia”即“Multiple”和”Media”的合成；其核心词是媒体8.1.1多媒体基本概念网络与多媒体技术媒体：媒质：存储信息的实体，如磁盘、光盘、磁带、半导体存储器等。媒介：传递信息的载体，如数字、文字、声音、图形和图像等。网络与多媒体技术●感觉媒体：直接作用于人的感官，使人直接产生感觉。●表示媒体：是为了加工、处理和传输感觉媒体而人为构造出来的一种媒体，即各种编码。●显示媒体：是指感觉媒体与用于通信传输的电信号之间转换的一类媒体，即感觉媒体与计算机的界面。又可分为两种：输入显示媒体和输出显示媒体。如输入、输出设备，键盘、鼠标器、显示器、打印机等。●存储媒体：又称存储介质，保存表示媒体的介质。●传输媒体：传输的物理载体，即用来将媒体从一处传送到另一处的物理载体。1媒体的类型网络与多媒体技术以计算机为中心各种媒体的有机组合交互性多媒体是一种以计算机为中心的多种媒体的有机组合，这些媒体包括文本、图形、动画、静态视频、动态视频和声音等，并且人们在接受这些媒体信息时具有一定的主动性和交互性。2多媒体的定义网络与多媒体技术利用计算机技术对多种信息进行综合处理、建立逻辑关系，集成为一个系统并具有交互性。1多媒体计算机技术的定义8.1.2多媒体技术及特征网络与多媒体技术1.多维化——指计算机处理媒体信息的多样化，它使人与计算机之间的交互不再局限于顺序的、单调的、狭小的范围，而有充分自由的余地。2.集成性——媒体种类一体化。包括两方面：一方面是指多媒体技术能将各种不同的媒体信息有机地进行同步组合，形成一个完整的多媒体信息；另一方面是指把不同的媒体设备集成在一起，形成多媒体系统。3.交互性——人、机对话，是多媒体技术的关键特征。在多媒体系统中，除了操作上控制自如之外，在媒体的综合处理上也可以随心所欲。4.数字化——媒体以数字形式存在。5.实时性——声音、动态图像(视频)随时间变化。2多媒体的特点网络与多媒体技术多媒体播出系统多媒体编辑系统多媒体创作软件多媒体构造软件多媒体系统软件硬件与多媒体输入输出控制板视听输入输出设备8.1.3多媒体层次结构网络与多媒体技术1984年，美国Apple公司推出被认为是代表多媒体技术兴起的Macintosh系列机，为了改善人机之间界面，首先大胆地引入位映射（Bitmap）的概念对图进行描述，并使用了窗口和图符作为用户接口。1986年3月，荷兰Philips公司和日本Sony公司联合研制并推出了交互式紧凑光盘系统CD-I(CompactDiscInteractive)，同时它们还公布了CD-ROM文件格式，得到了同行的承认，并成为ISO国际标准。1990年11月，Microsoft和Philips等十多家厂商召开了多媒体开发者会议，会议成立了多媒体计算机市场协会，并制定了多媒体计算机MPC1.0标准。1多媒体计算机技术的发展8.1.4多媒体技术的发展网络与多媒体技术发展的标志:CD-ROM、WINDOWS、SoundRecord（录音机）、DVIActionMedia750Ⅱ、NEC、Philips、SONY、视频卡、声音卡、图形加速卡、解压卡1多媒体计算机技术的发展网络与多媒体技术数据压缩与编码技术数据压缩的必要性、可能性多媒体专用芯片技术(硬件方面)专用芯片可分为两类：一类是固定功能的芯片，另一类是可编程数字信号处理器DSP芯片。多媒体数据存储技术VCD、DVD、网络技术2多媒体技术的研究内容多媒体系统软件技术多媒体操作系统、多媒体编辑系统、多媒体数据库管理技术网络与多媒体技术媒体输入/输出技术媒体变换技术、识别技术、媒体理解技术和综合技术超文本和Web技术超文本是一种有效的多媒体信息管理技术，Web系统是运行在Internet上的超文本系统多媒体应用开发和编著工具多媒体通信技术虚拟现实技术有3个基本特征：沉浸、交互和构想。2多媒体技术的研究内容网络与多媒体技术在时间上和数值上连续变化的信号称为模拟信号（AnalogSignal），电路信号是模拟信号的电路称为模拟电路（AnalogousCircuit）。•脉冲信号和脉冲电路所谓电压和电流脉冲，是指存在时间极短的电压和电流信号。就广义来说，通常把按非正弦规律变化的电压和电流信号统称为脉冲信号。•模拟信号和模拟电路1模拟信号的基本概念8.2、模拟信号与数字信号网络与多媒体技术几种常见脉冲波形矩形波方波锯齿波三角波tttt0000UU图8-2几种常见脉冲波形UU网络与多媒体技术在时间上和数值上都是不连续变化的信号称为数字信号。电路中的信号是数字信号的电路称为数字电路。数字电路中最常用的是0、1两种数值组成的数字信号，这种二值信号又称为二进制信号。2数字信号的基本概念网络与多媒体技术ADC或A/D：能够将模拟量转换为数字量的器件称为模/数转换器。这种转换一般要经过采样、保持、量化及编码4个步骤。DAC或D/A：能够将数字量转换成模拟量的器件称为数/模转换器。转换精度和转换速度是衡量D/A转换器和A/D转换器性能的主要指标。3模拟信号与数字信号的关系与处理网络与多媒体技术采样和量化(c)采样信号的量化(a)模拟音频信号(b)音频信号的采样数字化音频的过程如下图所示。网络与多媒体技术为实现A/D转换，需要把模拟音频信号波形进行分割，这种方法称为采样(Sampling)。采样的过程是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。该时间间隔称为采样周期，其倒数为采样频率。采样频率是指计算机每秒钟采集多少个声音样本。1.采样采样频率与声音频率之间有一定的关系，根据奈奎斯特（Nyquist）理论，只有采样频率高于声音信号最高频率的两倍时，才能把数字信号表示的声音还原成为原来的声音。2ffs网络与多媒体技术采样只解决了音频波形信号在时间坐标(即横轴)上把一个波形切成若干个等分的数字化问题，但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大小。该值的大小影响音量的高低。我们把对声波波形幅度的数字化表示称之为“量化”。量化的过程是先将采样后的信号按整个声波的幅度划分成有限个区段的集合，把落入某个区段内的样值归为一类，并赋于相同的量化值。如何分割采样信号的幅度呢?我们还是采取二进制的方式，以８位(bit)或16位(bit)的方式来划分纵轴。也就是说在一个以8位为记录模式的音效中，其纵轴将会被划分为个量化等级，用以记录其幅度大小。2.量化网络与多媒体技术以下图所示的原始模拟波形为例进行采样和量化。假设采样频率为1000次/秒，即每1/1000秒A/D转换器采样一次，其幅度被划分成0到9共10个量化等级，并将其采样的幅度值取最接近0~9之间的一个数来表示，如下图所示。图中每个正方形表示一次采样。网络与多媒体技术A/D转换器从上图得到的数值中重构原来信号时，得到下图中蓝色(直线段)线段所示的波形。从图中可以看出，蓝色线与原波形(红色线)相比，其波形的细节部分丢失了很多。这意味着重构后的信号波形有较大的失真。网络与多媒体技术失真在采样过程中是不可避免的，如何减少失真呢？可以直观地看出，我们可以把上图中的波形划分成更为细小的区间，即采用更高的采样频率。同时，增加量化精度，以得到更高的量化等级，即可减少失真的程度。在下图（左）中，采样率和量化等级均提高了一倍，分别为2000次/秒和20个量化等级。在下图（右）中，采样率和量化等级再提高了一倍，分别达到4000次/秒和40个量化等级。从图中可以看出，当用A/D转换器重构原来信号时（图中的轮廓线），信号的失真明显减少，信号质量得到了提高。网络与多媒体技术3.编码模拟信号量经过采样和量化以后，形成一系列的离散信号——脉冲数字信号。这种脉冲数字信号可以一定的方式进行编码，形成计算机内部运行的数据。所谓编码，就是按照一定的格式把经过采样和量化得到的离散数据记录下来，并在有用的数据中加入一些用于纠错、同步和控制的数据。在数据回放时，可以根据所记录的纠错数据判别读出的声音数据是否有错，如在一定范围内有错，可加以纠正。网络与多媒体技术多媒体媒体元素是指多媒体应用中可显示给用户的媒体组成。音频动画视频文本图形图像8.3、多媒体元素及特征网络与多媒体技术文本分为非格式化文本文件和格式化文本文件。非格式化文本文件：只有文本信息没有其他任何有关格式信息的文件，又称为纯文本文件。如“.TXT”文件。格式化文本文件：带有各种文本排版信息等格式信息的文本文件。如“.DOC”文件。1．文本网络与多媒体技术各类文字和符号文字和符号多媒体多媒体多媒体网络与多媒体技术图形（Graphic）一般指用计算机绘制的画面，如直线、圆、圆弧、矩形、任意曲线和图表等。图形的格式是一组描述点、线、面等几何图形的大小、形状及其位置、维数的指令集合。在图形文件中只记录生成图的算法和图上的某些特征点，因此也称矢量图。2．图形网络与多媒体技术通过计算而描述的矢量图形文字图形矢量图形对象●网络与多媒体技术用于产生和编辑矢量图形的程序通常称为“draw”程序。微机上常用的矢量图形文件有：“.3DS”（用于3D造型）、“.DXF”（用于CAD）、“.WMF”（用于桌面出版）等等。由于图形只保存算法和特征点，因此占用的存储空间较小。但显示时需经过重新计算，因而显示速度相对慢些。图形网络与多媒体技术图像（Image）是指由输入设备捕捉的实际场景画面，或以数字化形式存储的任意画面。静止的图像是一个矩阵，阵列中的各项数字用来描述构成图像的各个点（称为像素点pixel）的强度与颜色等信息。这种图像也称为位图（bit-mappedpicture）。3．图像网络与多媒体技术用像素点描述的自然影像文字图形图像位图图像对象●网络与多媒体技术图像文件在计算机中的存储格式有多种，如BMP、PCX、TIF、TGA、GIF、JPG等，一般数据量都较大。图像处理时要考虑三个因素：分辨率图像深度与显示深度图像文件大小图像网络与多媒体技术分辨率屏幕分辨率：在某种显示方式下,显示器屏幕上的最大显示区域，即水平与垂直方向的像素个数。图像分辨率：数字化图像的大小，即该图像的水平与垂直方向的像素个数。像素分辨率：指像素的宽和高的比例,一般为1:1。网络与多媒体技术图像深度和显示深度图像深度（也称图像灰度、颜色深度）表示数字位图图像中每个像素上用于表示颜色的二进制数字位数。显示深度：表示显示器上每个点用于显示颜色的二进制数字位数。若显示器的显示深度小于数字图像的深度，就会使数字图像颜色的显示失真。网络与多媒体技术颜色深度颜色总数图像名称12单色图像41616色图像8256256色图像1665536HI—Color图像2416672216TrueColor图像32232TrueColor图像颜色深度与显示的颜色数目网络与多媒体技术图像文件大小用字节表示图像文件大小时，一幅未经压缩的数字图像的数据量大小计算如下：图像数据量大小=像素总数×图像深度÷8例如：一幅640×480的256色图像为640×480×8／8=307200字节网络与多媒体技术Comparison:宽度：271高度：300颜色：2大小：9.9KB宽度：271高度：300颜色：4大小：19.8KB网络与多媒体技术Comparison:宽度：271高度：300颜色：256大小：79.4KB宽度：271高度：300颜色：真彩色大小：238.2KB网络与多媒体技术1．BMP格式BMP文件是微软公司为其WINDOWS环境设置的标准图像位图格式。有压缩和非压缩之分，非压缩格式是BMP图像文件所采用的