多媒体-大连民族学院

多媒体技术多媒体技术是以数字技术为基础，把通信技术、广播技术和计算机技术融于一体，能够对文字、图形、图像、声音、视频等多种媒体信息进行存储、传送和处理的综合性技术。本章将介绍多媒体技术的基本概念、多媒体系统组成、多媒体信息的数字化、多媒体素材制作软件等。1多媒体技术的概述1.1多媒体的基本概念1．媒体媒体（Media）有两种含义：一是指存储信息的物理实体，如磁盘、磁带、光盘等；二是指信息的表现形式或载体，如大家已熟悉的文字、图形、图像、声音、动画和视频等。多媒体技术中的媒体通常指后者。2．多媒体多媒体（Multimedia）是指文字、图形、图像、声音、动画和视频等“多种媒体信息的集合”。计算机能处理的多媒体信息可分为五类：感觉媒体：能直接作用于人的感觉器官，从而使人产生直接感觉的媒体。如语音、音乐、各种图像、动画、文本等。表示媒体：为了传送感觉媒体而人为研究出来的媒体。如语言编码、电报码等。显示媒体：用于通信中使电信号和感觉媒体之间产生转换的媒体。如输入、输出设施，键盘鼠标器、显示器、打印机等。传输媒体：用于传输某些媒体的媒体，如电话线、电缆光纤等。存储媒体：用于存放某种媒体的媒体如纸张、磁带、磁盘、光盘等。3.多媒体技术多媒体技术是利用计算机技术把多种媒体信息综合一体化，使它们建立起联系，并能对它们进录入、压缩、解压缩、存储、显示、传输等技术处理。多媒体技术包含了数字化信息的处理技术、音频和视频技术、计算机硬件和软件技术、人工智能和模式识别技术、通信和图像技术等。1.2多媒体技术的特性1．多样性多样性是多媒体的主要特征，也是多媒体研究需要解决的关键问题。2．集成性集成性主要是指以计算机为中心，综合处理多种信息媒体的特性。它包括媒体信息的集成以及处理这些媒体的设备和软件的集成。3．交互性多媒体技术最重要的一点就是它的交互性。交互性是指向用户提供了更加有效地控制和使用信息的手段。4．数字化数字化是指各种媒体的信息都是以数字的形式（即0和1的方式）进行存储和处理1.3多媒体信息处理的关键技术1．多媒体数据压缩技术信息时代的重要特征是信息的数字化，而将多媒体信息中的视频、音频信号数字化后的数据量非常庞大，给多媒体信息的存储、传输、处理带来了极大的压力。解决这一难题的有效方法就是数据压缩编码。2．多媒体数据存储技术数字化的多媒体信息虽然经过了压缩处理，但需要相当大的存储空间，解决这一问题的关键是数据存储技术。目前常用的CD-ROM光盘容量为650MB左右，DVD光盘，其单面单密度容量为4.7GB，双面双密度容量可达17GB。3．集成电路制作技术数字多媒体信息的处理需要大量的计算。例如，图像的绘制、合并、特殊效果等处理需要大量的计算；音频、视频信息的压缩、解压缩和播放处理也都需要大量的计算。4．多媒体数据库技术传统的数据库只能解决数值、字符等结构化数据的存储和检索。多媒体数据库要存储大量的图像、音频、视频等非结构化数据。5．虚拟现实技术虚拟现实（VirtualReality,VR）是利用计算机生成一种模拟环境，通过多种传感设备，使人能够沉浸在计算机生成的虚拟境界中。6．多媒体网络与通信技术多媒体通信要求能够综合地传输、交换各种信息类型，有较强的实时性、正确性。1.4多媒体技术的应用领域1．多媒体教育教育领域是应用多媒体技术最早、发展最快、受益面最广的领域。2．电子出版物电子出版物也是多媒体技术最早的应用领域之一。3．多媒体网络应用随着流媒体技术的发展，还可以通过多媒体网络应用收听、观看动态的音、视频信息。1）互联网直播2）视频点播3）远程教育4）视频会议系统2多媒体计算机系统2.1多媒体计算机系统组成1．多媒体系统层体次结构多媒体硬件：主机、外围设备多媒体操作系统、设备驱动程序多媒体应用程序接口多媒体编辑软件多媒体应用软件2．多媒体计算机标准MPC4.0要求在普通微机的基础上增加四类软、硬件设备。①声/像输入设备：光驱、话筒、扫描仪、录音机、摄像机等。②声/像输出设备：音效卡、刻录光驱、投影仪、打印机等。③功能卡：电视卡、视频采集卡、视频输出卡、网卡等。④软件支持：音响、视频和通信信息以及实时、多任务处理软件。从现在的多媒体计算机的软、硬件性能来看，已完全超过MPC标准的规定，MPC标准已成为一种历史，但MPC标准的制订对多媒体技术的发展和普及起到了重要的推动作用。2.2多媒体计算机硬件系统1．主机多媒体计算机主机可以是中、大型机，也可以是工作站，然而更普遍的是使用多媒体个人计算机。2．多媒体接口卡1）声卡声卡又称音频卡，是处理音频信号的硬件。声卡的主要功能包括:(1)录制与播放：通过声卡，可录入外部的声音信号，并以文件形式保存，当从文件读出相应的声音时即可播放。(2)编辑与合成处理：可以对声音文件进行多种特效处理。(3)MIDI接口用于外部电子乐器与计算机之间的通信，实现对带MIDI接口的电子乐器的控制和操作。2）图形加速卡图形加速卡工作在CPU和显示器之间，控制计算机的图形输出。通常图形加速卡是以附加卡的形式安装在计算机主板的扩展槽中。3)视频采集卡视频采集卡可以获取数字化视频信息，能将视频图像显示在大小不同的视频界面，提供许多特殊效果，如冻结、淡出、旋转、镜像以及透明色处理。摄像机录像机影碟机4)IEEE1394卡IEEE1394接口可以同时传送数字视频信号以及数字音频信号，相对于模拟视频接口，在采集和回录过程中不失真，正是由于这个优势，IEEE1394卡更多地被人们当作视频采集卡来使用。3．信息获取设备多媒体计算机必须配置必要的外部设备来完成多媒体信息获取，常见的有数字化图像获取设备有扫描仪、数码照相机等静态图像获取设备和摄像机等视频图像获取设备。3多媒体信息的数字化和压缩技术多媒体信息的类型主要分为：1.文本文本（Text）是计算机中基本的信息表示方式，包含了字母、数字以及各种专用符号。2．图形图形（Graphics）一般是指通过绘图软件绘制的由直线、圆、圆弧、任意曲线等组成的画面，图形文件中存放的是描述生成图形的指令（图形的大小、形状及位置等），以矢量图形文件形式存储。3．图像图像（Image）是通过扫描仪、数字照相机、摄像机等输入设备捕捉的真实场景的画面，数字化后以位图格式存储。4．动画计算机动画通常通过Flash、3DMax等软件制作。5．视频视频（Video）图像来自录像带、摄像机、影碟机等视频信号源的影像，是对自然景物的捕捉，数字化后以视频文件格式存储。6．音频音频（Audio）包括话语、音乐以及各种动物和自然界（如风、雨、雷等）发出的各种声音。3.1音频信息1声音的特性幅度（Amplitued）指声音的大小、强弱程度，频率（Frequency）是指信号每秒钟变化的次数，用Hz表示。带宽（BandWidth)是指声音信号的频率范围，如高保真声音的频率范围为10Hz-20000Hz，它的带宽约为20khz。音质是指声音的质量。目前音质的好坏有多种评价方法。其中一种是用声音信号的带宽来衡量，带宽越宽，音质越好。2模拟信号与数字信号在时间和幅度上都是连续的信号称为模拟信号。若要用计算机对音频信息处理，就要将模拟信号数字化。3模拟信号数字化：采样、量化和编码（1）采样采样是每隔一定时间间隔对模拟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。该时间间隔为采样周期，其倒数为采样频率（单位时间内的采样次数，SamplingFrequency）。（2）量化对幅值进行限定和近似的过程称为量化(Measuring)。量化是将每个采样点得到的幅度值以数字存储。量化位数（也即采样精度SamplingPrecision）表示存放采样点振幅值的二进制位数，它决定了模拟信号数字化以后的动态范围。（3）编码编码是将采样和量化后的数字数据以一定的格式记录下来。编码的方式很多，常用的编码方式是脉冲编码调制（PulseCodeModulation,PCM)，其主要优点是抗干扰能力强，失真小，传输特性稳定。3．数字音频的技术指标数字化音频的质量的指标有三项：采样频率、量化位数（即采样精度）和声道数。下图显示了Windows录音软件的用户界面。4数字音频的文件格式1)Wave(.Wav）格式文件WAVE格式文件由麦克风、录音机录制后，经声卡转换成数字化信息以扩展名．Wav存储。2)MIDI(.Mid）格式文件MIDI是乐器数字接口（MusicalInstrumentDigitalInterface）的英文缩写，是为了把电子乐器与计算机相连而制定的一个规范，是数字音乐的国际标准。MIDI格式文件（扩展名为．Mid）存放的数字声音信息。3)MPEG(.Mp1/.Mp2/.Mp3)格式文件MPEG指的是采用MPEG音频压缩标准进行压缩的文件。MPEG音频文件的压缩是一种有损压缩，根据压缩质量和编码复杂程度的不同可分为三层（MPEGAudioPlayer1/2/3），分别对应Mp1、Mp2、Mp3这三种音频文件，压缩比分别为4:1、6:1～8:1和10:1～12:1。Mp3因为其压缩比较高、音质接近CD、制作简单、便于交换等优点，非常适合在网上传播，是目前使用最多的音频格式文件。3.2图形和图像3.2.1基本概念图形一般是指通过绘图软件绘制的由直线、圆、曲线等图元组成的画面，以矢量图形文件形式存储。图像是由扫描仪等输入设备捕捉的真实场景画面数字化后以位图形式存储。位图文件中存储的是构成图像的每个像素点的亮度、颜色。3.2.2图像的数字化1）采样图像采样就是用若干个像素(Pixel)点来描述这一幅图像。图像采样的点数称为图像分辨率（ImageResolution），用点的“行数×列数”表示，如数码相机常用的图像分辨率为640×480、1024×786、1128×764等。2）量化量化则是在图像采样后，将表示色彩浓淡的连续变化值离散化为整数值的过程。把量化时可取整数值的个数称为量化级数，表示色彩（或亮度）所需的二进制位数成为量化字长。一般用8位、16位、24位、32位等来表示图像的颜色，24位可以表示224=16777216种颜色，称为真彩色。例如：①黑白图:图像的颜色深度为1位，即用一个二进制位表示纯白、纯黑两种情况。②灰度图:图像的颜色深度为8位，占一个字节，灰度级别为256级。通过调整黑白两色的程度（称颜色灰度）来有效地显示单色图像。③RGB24位真彩色:彩色图像显示时，由红、绿、蓝三基色通过不同的强度混合而成，当强度分成256级（值为0～255），占24位（3个字节），就构成了224种颜色的“真彩色”图像。3）编码数字化后的图像数据量十分巨大，当要表示一个分辨率为640×480的24位真彩色图像，需要640×480×3=1MB容量，必须采用编码技术来压缩信息。它是图像传输与存储的关键。3.2.2图形图像文件1)BMP(.Bmp)和DIB(.Dib)格式文件BMP(Bitmap位图)是一种与设备无关的图像文件格式，是Windows环境中经常使用的一种位图格式。DIB(DeviceIndependentBitmap）与BMP本质一致，是为了跨平台交换而使用的一种格式。2)GIF(.Gif)格式文件图形交换格式（GraphicsInterchangeFormat,GIF）是美国联机服务商CompuServe针对当时网络传输带宽的限制，开发出了这种GIF图像格式。GIF格式的特点是压缩比高，磁盘空间占用较少，但不能存储超过256色的图像，是Internet上中的重要文件格式之一。3)JPEG(.Jpg)格式文件联合照片专家组（JointPhotographicExpertsGroup,JPEG）是利用JPEG方法压缩的图像格式，只支持有损压缩，压缩比高，但压缩／解压缩算法复杂，存储和显示速度慢。同一图像的BMP格式的大小是JPEG格式的5-10倍；而GIF格式最多只能是256色，JPEG格式适用于处理256色以上的图像和大幅面图像。4)PNG(.Png)格式文件可移植的网络图像文件格式（PortableNetworkGra