武汉大学多媒体

理解多媒体、多媒体技术的概念明确多媒体中的主要元素及其特点了解多媒体的关键特性以及这些特性之间的关系了解多媒体的关键技术、主要应用领域和发展方向了解多媒体数据压缩方法第8章多媒体技术概述多媒体的基本概念1多媒体的定义2多媒体技术及其特性3多媒体中的媒体元素及其特征1多媒体的定义“多媒体”一词译自英文“Multimedia”即“Multiple”和”Media”的合成其核心词是媒体何谓多媒体呢？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。媒体（medium）在计算机领域有两种含义：即媒质和媒介。(1)感觉媒体：能直接作用于人们的感觉器官，从而能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。(2)表示媒体：为了传送感觉媒体而人为研究出来的媒体。借助于此种媒体，便能更有效的存储或传送感觉媒体。如语言编码、电报码等。通常概念的“媒体”，可分为以下五种类型：(3)显示媒体：用于通信中使电信号和感觉媒体之间产生转换用的媒体。如输入、输出设施，键盘鼠标器、显示器、打印机等。(5)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。(4)传输媒体：用于传输某些媒体的媒体，如电话线、电缆光纤等。多媒体计算机技术的定义：计算机综合处理多种媒体信息，文本图形、图像、音频和视频，使多种信息建立逻辑连接，集成为一个系统并具有交互性。2计算机技术及其特性多媒体计算机技术的三个主要特性信息载体的多样性交互性集成性信息载体的多样性是相对于计算机而言的，即指信息媒体的多样性。多媒体就是要把计算机处理的信息多样化或多维化，从而改变计算机信息处理的单一模式，使人们能交互的处理多种信息。信息载体的多样性交互性多媒体的交互性是指用户可以与计算机的多种信息媒体进行交互操作从而为用户提供了更加有效地控制和使用信息的手段。集成性集成性是指以计算机为中心综合处理多种信息媒体，它包括信息媒体的集成和处理这些媒体的设备的集成。信息媒体的集成包括信息的多通道统一获取、多媒体信息的统一组织和存储、多媒体信息表现合成等方面。多媒体设备的集成包括硬件和软件两个方面。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。1.1.3多媒体中的媒体元素及特征音频动画视频文本图形图像文本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。图形图形（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。图像图像（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）。用于生成和编辑位图图像的软件通常称为“paint”程序。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分辨率屏幕分辨率：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：像素的宽和高之比一般为1:1。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2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。颜色深度颜色总数图像名称12单色图像416索引16色图像8256索引256色图像1665536HI—Color图像2416672216TrueColor图像颜色深度与显示的颜色数目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：19.8KBComparison: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：238.2KB1．BMP格式BMP是标准的WINDOWS和OS/2的图形和图像的基本位图格式，有压缩（RLE）和非压缩之分。BMP支持黑白图像、16色和256色的伪彩色图像以及RGB真彩色图像。2．PCX格式是使用游程长编码（RLE）方法进行压缩的图像文件格式文件。支持黑白图像、16色和256色的伪彩色图像、灰度图像以及RGB真彩色图像，图像文件的基本格式3．GIF格式GIF是压缩图像存储格式，它使用LZW压缩方法，压缩比较高，文件长度较小。支持黑白图像、16色和256色的彩色图像。4．TIF格式TIF格式是工业标准格式，支持所有图像类型。文件分成压缩和非压缩两大类。5．JPG和PIC格式JPG和PIC都使用JPEG方法进行图像数据压缩。这两种格式的最大特点是文件非常小。它是一种有损压缩的静态图像文件存储格式。支持灰度图像、RGB真彩色图像和CMYK真彩色图像。6．PCD格式PCD格式是Photo-CD的专用存储格式，文件中含有从专业摄影照片到普通显示用的多种分辨率的图像，所以数据量都非常大。3视频和动画的文件格式动画文件的格式主要有两种：FLIC格式和MMM格式。视频文件的使用一般与标准有关，主要有AVI、MOV、MPG、DAT、DIR等。音频数字音频（Audio）可分为波形声音语音和音乐。波形声音实际上已经包含了所有的声音形式，它可以将任何声音都进行采样量化，相应的文件格式是WAV文件或VOC文件。语音也是一种波形，所以和波形声音的文件格式相同。音乐是符号化了的声音，乐谱可转变为符号媒体形式。对应的文件格式是MID或CMF文件。计算机音频技术主要包括声音的采集、数字化、压缩/解压缩以及声音的播放。数字化主要包括采样和量化这两个方面。采样频率（samplingrate）是将模拟声音波形转换为数字时，每秒钟所抽取声波幅度样本的次数，单位是Hz（赫兹）。量化数据位数（也称量化级）是每个采样点能够表示的数据范围，经常采用的有8位、12位和16位。例如，8位量化级表示每个采样点可以表示256个不同量化值，而16位量化级则可以表示65536个不同的量化值记录声音时，如果每次生成一个声道数据，称为单声道；每次生成两个声波数据，称为立体声（双声道）。数字音频的存储量：可用以下公式估算声音数字化后每秒所需的存储量（未经压缩的）存储量=采样频率×量化位数÷8例如，数字激光唱盘（CD-DA）的标准采样频率为44.1kHz，量化位数为16位，立体声。一分钟CD-DA音乐所需的存储量为44.1K×16×2×60÷8=10584KB若使用双声道，存储量再增加一倍声音文件的基本格式1.WAV文件2.MP33.MIDI文件WAV文件Windows所用的标准数字音频称为波形文件，文件的扩展名是“.WAV”，它记录了对实际声音进行采样的数据。它可以重现各种声音，但产生的文件很大。人的讲话声使用8位量化级11.025KHz采样率就能较好的还原。CD音质需要16位量化级、44.1KHz的采样率。mp3文件MP3是MPEG（MovingPictureExpertGroup运动图像专家组）第三层压缩文件格式，提供8kb/s到128kb/s的数据率和高达96:1的压缩比，有较好的音质。主要应用于因特网上的声音传输。常见的MP3音乐就使用了该压缩标准，是MP3播放器的主要格式。MIDIMIDI文件的扩展名为“.MID”，它与波形文件不同，记录的不是声音本身，而是将每个音符记录为一个数字，因此比较节省空间，可以满足长时间音乐的需要。MIDI的主要限制是缺乏重现真实自然的能力。采用波表法进行音乐合成的声音卡可以使MIDI音乐的质量大大提高。动画是活动的画面，实质是一幅幅静态图像的连续播放。动画的连续播放既指时间上的连续，也指图像内容上的连续。计算机设计动画有两种：一种是帧动画，一种是造型动画。动画帧动画是由一幅幅位图组成的连续的画面，就如电影胶片或视频画面一样要分别设计每屏幕显示的画面。造型动画是对每一个运动的物体分别进行设计，赋予每个动元一些特征，然后用这些动元构成完整的帧画面。动元的表演和行为是由制作表组成的脚本来控制。存储动画的文件格式有FLC、MMM等视频视频是由一幅幅单独的画面序列（帧frame）组成，这些画面以一定的速率（fps）连续地投射在屏幕上，使观察者具有图像连续运动的感觉。视频文件的存储格式有AVI、MPGMOV等。视频和动画的文件格式动画文件的格式主要有两种：FLIC格式和MMM格式。视频文件的使用一般与标准有关，主要有AVI、MOV、MPG、DAT、DIR等。1.FLIC动画早期版本的FLIC文件只支持320×200×256色模式，文件的扩展名为“.FIY”。较新版本支持的分辨率和颜色数都有所提高，文件的扩展名也改为“.FLC”。它使用了无损压缩方法，画面效果十分清晰，但本身不能存储同步声音。2.MMM动画MMM格式是微软多媒体动画的文件格式。3.AVI文件AVI文件将视频和音频信号混合交错地存储在一起。其文件扩展名为“.AVI”,采用了Intel公司的Indeo视频有损压缩技术，较好地解决了音频信息与视频信息同步的问题。4.MOV文件MOV是Macintosh计算机用的影视文件格式。也采用了Intel公司的Indeo视频有损压缩技术，以及视频与音频信息混排技术。5.MPG文件是PC机上全屏幕活动视频的标准文件格式，它是使用MPEG方法进行压缩的全运动视频图像。6.DAT文件DAT是VideoCD或KaraokeCD数据文件的扩展名，也是基于MPEG压缩方法的一种文件格式。7.DIR格式DIR是MarcoMedia公司使用的Director多媒体著作工具产生的电影文件格式。多媒体技术的应用就目前而言，多媒体技术已在商业教育培训、电视会议、声像演示等方面得到了充分应用。在教育与培训方面的应用在通信方面的应用在其他方面的应用在教育与培训方面的应用多媒体技术使教材不仅有文字、静态图像,还具有动态图像和语音等。使教育的表现形式多样化，可以进行交互式远程教学。利用多媒体计算机的文本、图形、视频、音频和其交互式的特点,可以编制出计算机辅助教学CAI(ComputerAssistedInstruction)软件，即课件。在通信方面的应用多媒体技术在通信方面的应用主要有：可视电话视频会议信息点播（InformationDemand）计算机协同工作CSCW（ComputerSupportedCooperativeWork）信息点播有桌上多媒体通信系统和交互电视ITV。计算机协同工作CSCW是指在计算机支持的环境中，一个群体协同工作以完成一项共同的任务。计算机的交互性，通信的分布性和多媒体的现实性相结合，将构成继电报电话、传真之后的第四代通信手段。在其他方面的应用多媒体技术给出版业带来了巨大的影响，其中近年来出现的电子图书和电子报刊就是应用多媒体技术的产物。利用多媒体技术可为各类咨询提供服务，如旅游、邮电、交通、商业、金融、宾馆等。多媒体技术还将改变未来的家庭生活，多媒体技术在家庭中的应用将使人们在家中上班成为现实。多媒体技术的发展方向目前，多媒体主要从以下几个方向发展：多媒体通信网络环境的研究和建立将使多媒体从单机单点向分布、协同多媒体环境发展，在世界范围内建立一个可全球自由交互的通信网。对该网络及其设备