第5章多媒体技术及应用

第5章多媒体技术及应用25.1多媒体的概念多媒体(multimedia)是指融合两种以上的人-机交互式信息交流和传播的数据媒体。根据国际惯用标准，媒体通常被分成6类：（1）感觉媒体（2）表示媒体（3）显示媒体（4）存储媒体（5）传输媒体（6）信息交换媒体35.2图形图像基础计算机中的数字图像按照其生成方法可以分为两类图形和图像两大类。①图形：通过计算机合成的、由点线面构成的几何图，又称为矢量图形。图形文件只记录生成图形元素的算法和特征点信息，如几何图形的大小，形状以及位置，维数等。矢量图形文件的特点是数据量相对比较小。矢量图主要用于线框形的图画、工程制图、美术字。大多数CAD和3D造型软件，采用矢量图形作为基本图形存储格式。4美国康乃尔大学建模并绘制的俄罗斯茶壶钢笔画铅笔画6矢量绘图软件专业绘图软件：AutoCAD（室内设计、家具设计、建筑设计、机械设计等）MAPInfo（地图、地理信息系统）Corel公司的CorelDraw内嵌的绘图软件：Word和PowerPoint中的绘图功能（简单的二维图形）75.2图形图像基础②图像：通过扫描仪、数码相机等数字设备所获取的图像，称为点位图、采样图像、点阵图像或位图图像，简称图像。点位图把图像离散成M×N个取样点，每个取样点称为“像素”。M×N称为图像分辨率，每个像素所占的二进制位数称为像素深度，像素深度越深，色彩越丰富。8（1）矢量图与点位图点位图文件占据的存储器空间比矢量图大。影响点位图文件大小的因素主要有两个参数：图像分辨率、像素深度图像分辨率越高，图像越清晰，但图像的像素越多。像素深度越深，图像的色彩越丰富，但单个像素所占的位数就越多。因此分辨率越高，像素深度越深，图像文件所占的存储空间越大。ACDSee11（2）灰度图与彩色图灰度图按照灰度等级的数目来划分。只有黑白两种颜色的图像称为单色图像，其每个像素只用1个二进位表示，取值仅“0”(黑)和“1”(白)两种。黑白图像一幅640×480的单色图像需要占据多少KB的存储空间？640×480/8/1024=37.5KB图像容量=水平分辨率×垂直分辨率×像素深度/8/1024(kB)12（2）灰度图与彩色图标准的灰度图的每个像素用一个字节（8个二进位）表示，每个像素的灰度值可以是0～255之间的任何一个值一幅640×480的灰度图像就需要占据多少KB的存储空间？标准灰度图640×480/1024=300KB13（2）灰度图与彩色图彩色图像的每个像素有三个分量，分别表示三个基色的亮度，假设3个分量分别用n,m,k个二进位表示，则可表示2n+m+k种不同的颜色。真彩色图像的每个像素的R、G和B值用一个字节来表示，可以表示224(16777216)种颜色。14（2）灰度图与彩色图（续）蓝色分量绿色分量红色分量15举例：分辨率与图像尺寸的关系520x376260x188130x94在显示比例相同时，显示在屏幕上的图像尺寸与图像分辨率成正比。16（2）灰度图与彩色图（续）数字图像数据量的计算公式（以KB为单位）：图像容量=水平分辨率×垂直分辨率×像素深度／8/1024几种常用格式的图像的数据量：图像大小8位(256色)16位(65536色)24位(真彩色)640×480300KB600KB900KB1024×768768KB1.5MB2.25MB1280×10241.25MB2.5MB3.75MB17（2）灰度图与彩色图（续）例：数字图像传输时间的计算假设数据传输速率为56kb/s（电话上网），则传输一幅分辨率为640×480的6.5万种颜色的未压缩图像的时间为：(640x480x16)/56000=87.8秒18图像压缩编码图像数据压缩的两种类型：无损压缩、有损压缩名称性质典型应用开发公司(组织)BMP无损Windows应用程序MicrosoftTIF无损桌面出版Aldus，MicrosoftGIF无损因特网CompuServeJPEG大多为有损因特网,数码相机等ISO/IECJP2无损/有损因特网,数码相机等ISO/IEC19图像文件格式例1：BMP格式BMP图像格式是Windows操作系统下使用的一种标准图像格式，用WINDOWS的画板可以生成BMP图片。2021图像文件格式例2：GIF图像颜色数目不超过256色，适合用作插图、剪贴画等色彩数要求不高的场合，文件特别小，适合网络传输GIF图像格式具有累进显示功能，适合网络浏览器观看GIF图像格式能支持透明背景（JPEG不支持）GIF图像格式能支持动画透明背景GIF制作软件22图像文件格式例3：JPEG图像JPEG是静止图像数据压缩编码的国际标准，采用JPEG标准的图像文件扩展名是.jpgJPEG特别适合各种连续色调的彩色或灰度图像，在计算机和数码相机中已得到广泛应用JPEG的最新标准是JPEG2000（图像文件扩展名是.jp2），它采用更先进的技术，可取得更好的效果23静止图像数据压缩编码的国际标准：JPEG标准、JPEG2000图像的表示与压缩编码（续）中等压缩后的图像高倍压缩后的图像24图像处理软件处理前图片上有划痕处理前图片上有划痕处理后划痕被清除处理后划痕被清除图像的滤镜操作图像的滤镜操作背景图背景图前景图前景图复合后的图像复合后的图像图图层层操操作作Photoshop图像处理PHOTOSHOP25Word和PowerPoint的图像编辑功能使用“图片工具栏”编辑图片使用快捷菜单，屏幕上显示“图片”工具栏，进入图片编辑状态：颜色控制裁剪图片线型文字环绕设置图片格式设置透明色增加对比度降低对比度增加亮度降低亮度旋转图片压缩图片265.4数字音频频率小于20Hz的信号称为次声波信号；频率范围为20Hz～20kHz的信号称为音频信号；人说话的信号频率通常为300～3000Hz，称为语音信号；高于20kHz的信号称为超声波信号。在计算机领域的多媒体技术中，处理的信号主要是音频信号，它包括音乐、话音、风声、雨声、鸟叫声、机器声等。275.4.1音频输入与输出1．声音信号的数字化声音进入计算机的第一步就是数字化，数字化实际上就是采样、量化和编码的过程。采样模拟声音信号量化数字声音01100011001···编码281．声音信号的数字化（续）（1）采样采样就是按规定的时间间隔采集一段时间内的声音模拟信号。相邻两次采样的时间间隔成为采样周期。采样频率是采样周期的倒数。291．声音信号的数字化（续）（2）量化量化是把每个样本从模拟量转换成为二进制数字量。量化精度是用每个声音样本的存储位数表示。声音经过采样和量化得到的声音数据所需要的存储容量按照下列公式计算：存储容量（字节）=采样频率×量化精度/8×声道数×时间。301．声音信号的数字化（续）例如，一段持续1分钟的双声道声音，若采样频率为44.1kHz，量化精度为16位，若不考虑数据压缩，则数字化后所需要的存储容量为：44.1×1000×16/8×2×60÷1024÷1024=10.09MB311．声音信号的数字化（续）将所有样本的二进制代码组织在一起，并进行数据压缩，以方便数据的传输和存储。声音的输入主要通过麦克风和声卡。麦克风的作用是将声波转换为电信号，声卡将电信号数字化。电信号数字信号322．声音信号的输出计算机输出声音内的过程称为声音的播放。通常分两步：（1）把声音从数字形式转换成模拟信号（声音的重建）（2）将重建的模拟声音经过处理和放大送到扬声器或音箱输出。333．声卡的功能声卡主要功能包括：波形声音的获取和数字化声音的重建与播放MIDI音乐的输入MIDI音乐的合成和播放34音频文件的主要参数有：采样频率量化精度声道数目比特率1、音频文件的主要参数351、音频文件的主要参数（续）比特率也称为码率，它是最重要的参数，表示每秒钟的数据量。未压缩的音频文件码率计算公式是：码率=采样频率×量化精度×声道数目362．常用音频文件格式37Windows操作系统的“录音机”Windows操作系统的附件中的“录音器”是最简单的音频编辑软件。它的功能包括录音，作简单的声音编辑(如插入、删除，混音等)385.4.4音频合成技术与语音识别技术音频合成技术通过计算机合成声音，主要有两类：合成音乐或音效合成语音391．MIDI音乐计算机合成音乐常用的是MIDI（MusicalInstrumentDigitalInterface，电子乐器数字接口）音乐。MIDI音乐虽然音质较差，但具有数据量小的优点，适合手机铃声、游戏音效等。计算机合成MIDI音乐需要的三要素：乐器、乐谱和“演奏人员”。401．MIDI音乐（续）“乐器”：计算机的声卡一般都带有音源，音源也称音乐合成器，相当于乐器集合，可以模仿几十种乐器的声音。“乐谱”：MIDI乐谱是用MIDI音乐描述命令所编辑的MIDI文件，一首乐曲对应一个MIDI文件，文件扩展名是*.MID。“演奏人员”：计算机中支持MIDI音乐播放的软件就相当于“演奏人员”。Mid音乐示例412．文本语音转换器文语转换是将文本形式的信息转换成为自然语言的一种技术。语音识别分为训练和识别两个过程。在语音识别领域，IBM推出的ViaVoice中文连续语音识别系统能够自动识别非特定人、无限量词汇，识别率高，在世界上一直处于领先地位。例1例2例3例4例5例6视频（video）是指内容随时间连续变化的图像序列，也称为活动视频或运动图像。常见的视频有电视、计算机数字视频，计算机动画，数字电视等。电视是典型的模拟视频。计算机动画是计算机制作的图像序列，是计算机合成的视频。5.5数字视频技术431．模拟电视视频视频中的单幅静止图像称为帧（frame），每秒钟连续播放的帧数称为帧率，单位是帧/秒。德国、英国等一些西欧国家，以及中国、朝鲜等国家采用PAL制式，规定25帧/秒。美国、加拿大等大部分西半球国家，以及日本、韩国、菲律宾等国和中国的台湾地区采用NTSC制式，规定30帧/秒。442．计算机数字视频计算机所处理的对象是数字视频，具有以下优点：复制和传输不会造成信号质量下降易于编辑修改抗干扰能力强易于加密452．计算机数字视频（续）数字摄像头是一种在线获取数字视频的设备。数字摄像机是一种离线的数字视频获取设备。463．计算机视频格式（1）AVI是Microsoft公司定义的音频视频交互的文件，是一种不需要专门的硬件支持就能实现音频与视频压缩处理、播放和存储的文件。（2）MPEG格式文件是目前广泛应用的一种视频文件格式，其中包括了MPEG-1，MPEG-2和MPEG-4三种标准。473．计算机视频格式（续）MPEG-1常用在VCD、数码相机、数字摄像机等方面，刻录软件自动将MPEG-1转成DAT格式。MPEG-2应用在DVD、150路卫星电视直播、540路数字有线电视以及高清晰度电视（HDTV）领域。MPEG-4适合交互和移动多媒体应用，包括虚拟现实、远程教学，手机、MP4播放器。483．计算机视频格式（续）（3）流媒体格式文件描述：适用于Internet上视频直播。目前广泛流行的流媒体文件有：Microsoft公司定义的ASF格式RealNetworks公司定义的RM格式494、数字视频合成技术计算机动画就是使用计算机图形工具来生成动画的视觉效果。计算机动画技术常用于影视特技，如电影“侏罗纪公园”、《玩具总动员》，电视剧《喜羊羊与灰太狼》等。50例：几个简单动画例1例2例3例451互联网动画：GIF和FlashGIF动画：Macromedia公司的Flash动画画面大小可任意调节，用户可控制播放过程既可生成自动可执行文件(*.exe)，还可生成用Flash播放器播放的文件(*.SWF)；既可做成单独的动画，也可以嵌入网页文件采用流式传输方式，可以边下载边进行播放52动画制作软件（1）目前最常用的Web网页动画制作软件是Macromedia