第8章多媒体技术

第8章多媒体技术教学目标：了解常见多媒体信息的类型、格式及其存储的基本特征与基本方法。能选择适当的工具，分别对声音、图形、图像、动画、视频等信息进行采集。会根据信息呈现需求选用适当的工具和方法，分别对声音、图形、图像、动画、视频等多媒体信息进行加工和处理。能根据任务需要，选择适当的素材，应用多媒体编辑或集成工具完成多媒体作品，并能够对创作过程与结果进行评价。教学重点：常用图像、音频、视频和动画文件格式图形、图像、音频、视频信息的获取与处理技术。应用多媒体编辑或集成工具完成多媒体作品。教学难点：图形、图像、音频、视频、动画信息的获取与处理技术。8.1多媒体技术概述•多媒体技术是20世纪80年代发展起来并得到广泛应用的计算机新技术。进入20世纪90年代后，多媒体技术得到了飞速发展，并带动了它在教育、商业、文化娱乐、工程设计、通信等领域的广泛应用，它不仅为人们勾画出一个多姿多彩的视听世界，也使得人们的工作和生活方式发生了巨大的改变。现在所说的“多媒体”，常常不是说多媒体信息本身，而主要是指处理和应用它的一套技术，即“多媒体技术”。•8.1.1多媒体•⒈媒体•媒体一词源于英文Medium(复数media)，又称媒介或媒质。它是指人们用于传播和表示各种信息的载体，如文本、声音、图形、图像等。计算机能处理的这些媒体信息从时效性上又可分为两大类：静态媒体——包括文字、图形、图像；时变媒体——包括声音、动画、活动影像。由于信息被人们感觉、表示、显示、存储和传输的方法各有不同，因此将媒体分为以下几类：•⑴感觉媒体（PerceptionMedium）：指人们的感觉器官所能感觉到的信息。•⑵表示媒体（RepresentationMedium）：指为了加工、处理和传输感觉媒体而构造出来的一种媒体，用以定义信息的特性。表示媒体以语音编码、图像编码和问题编码等形式来描述。•⑶显示媒体（PresentationMedium）：指显现信息或获取信息的物理设备。•⑷存储媒体（StorageMedium）：指存储媒体数据的物理设备。•⑸传输媒体（TransmissionMedium）：指媒体传输用的一类物理载体。表8-1几种常见媒体实例对照媒体种类媒体实例备注说明感觉媒体各种语言、音乐、声音、图形、图像、文献直接作用于人的感官，使人能直接产生感觉。表示媒体文本字符ASCII标准编码声音WAV与MIDI图像JPEG2格式编码电影MPEG2格式编码电视PAL、NTSC制式各种编码显示媒体输入显示媒体：键盘、鼠标器、扫描仪、话筒输出显示媒体：显示器、打印机扬声器、和摄像机等感觉媒体与计算机之间的界面。存储媒体磁带、磁盘（软盘、硬盘）、光盘、U盘等用于存放表示媒体，即存放感觉媒体数字化后的代码。传输媒体双绞线、同轴电缆、光缆、微波、卫星、激光、红外线用来将媒体从一处传送到另一处的物理载体。•⒉多媒体•多媒体（Multimedia）：是由multiple和media复合而成的，指多种信息表示和传输的载体，通常是指文字、图形、图像、音频、视频以及动画等多种媒体。•⒊多媒体技术•多媒体技术是指利用计算机技术把数字、文字、声音、图形和图像等各种媒体进行有效地组合，并对这些媒体同时同步地获取、编辑、存储、显示和传输的一门综合技术。⒋多媒体特性•（1）集成性能够对信息进行多通道统一获取、存储、组织与合成。•（2）交互性交互性是多媒体应用有别于传统信息交流媒体的主要特点之一。传统信息交流媒体只能单向地、被动地传播信息，而多媒体技术则可以实现人对信息的主动选择和控制。•（3）实时性当用户给出操作命令时，相应的多媒体信息都能够得到实时控制。•（4）非线性多媒体技术的非线性特点将改变人们传统循序性的读写模式。以往人们读写方式大都采用章、节、页的框架，循序渐进地获取知识，而多媒体技术将借助超文本链接（HyperTextLink）的方法，把内容以一种更灵活、更具变化的方式呈现给读者。•（5）互动性它可以形成人与机器、人与人及机器间的互动，互相交流的操作环境及身临其境的场景，人们根据需要进行控制。人机相互交流是多媒体最大的特点。•（6）信息使用的方便性用户可以按照自己的需要、兴趣、任务要求、偏爱和认知特点来使用信息，任取图、文、声等信息表现形式。•（7）信息结构的动态性“多媒体是一部永远读不完的书”，用户可以按照自己的目的和认知特征重新组织信息，增加、删除或修改节点，重新建立链。8.1.2多媒体计算机系统•所谓多媒体计算机（MultimediaPersonalComputer,MPC）就是具有了多媒体处理功能的个人计算机，它的硬件结构与一般所用的个人机并无太大的差别，其最大特点一是计算机主机具有高性能的信息处理能力，二是增加了多媒体信息输入／输出处理的硬件和软件。可以用以下公式形象地将其描述：••MPC＝PC(个人计算机)＋CD-ROM（光驱）＋SOUNDBOARD（声卡）＋DISPLAYCARD（显卡）＋MULTIMEDIAOPERATINGSYSTEM（多媒体操作系统）+MULTIMEDIAAPPLICATIONSOFTWARE（媒体应用软件）1、多媒体系统的层次结构••多媒体计算机系统是指能够提供交互式处理文本、声音、图像和视频等多种媒体信息的计算机系统。一个完整的多媒体计算机系统主要由如下四个部分的内容组成：多媒体硬件系统、多媒体操作系统、多媒体处理系统工具和用户应用软件，其相互关系如图所示。•图8-1多媒体系统的层次结构2、多媒体计算机系统的组成•⑴多媒体硬件系统由计算机传统硬件设备光盘存储器(CD/DVD-ROM)、音频输入/输出和处理设备、视频输入/输出和处理设备等选择性组合而成。•⑵多媒体操作系统或称为多媒体核心系统（Multimediakernelsystem），具有实时任务调度、多媒体数据转换和同步控制、对多媒体设备的驱动和控制以及图形用户界面管理等。•(3)媒体处理系统工具或称为多媒体系统开发、创作工具软件，是多媒体系统重要组成部分。•(4)用户应用软件根据多媒体系统终端用户要求而定制的应用软件或面向某一领域的用户应用软件系统，它是面向大规模用户的软件产品。显示器显卡影碟机摄像机主机声卡扬声器话筒音响设备MIDI扫描仪、打印机、语音图像识别卡等CD-ROM网卡网络通信图8-2多媒体硬件系统组成8.1.3多媒体的基本元素•从多媒体技术来看，多媒体是由文本、图形、图像、音频、视频以及动画等基本要素组成。•1、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（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（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。静态的图像在计算机中可以分为矢量图和位图。•4、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。•5、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。常见的视频文件类型有AVI、MOV、MPG、DAT等。•6、动画（Animation）计算机动画通常通过Flash、3DMax等软件制作。8.1.4多媒体技术的应用范围•多媒体技术与计算机技术相结合，开拓了计算机新的应用领域。目前它已在商业、教育培训、电视会议、电子邮件、声像演示、数据库、视像制作、电子新闻等方面得到了充分地应用。•1、教育与培训•多媒体网络教学课件、虚拟课堂、虚拟实验室、数字图书馆、多媒体技能培训系统。•2、出版与图书•E-book,E-newspaper,E-magazine等电子出版物，它具有容量大、体积小、成本低、检索快，易于保存和复制，能存储图文声像。•3、商业与咨询•商业简报、产品演示、查询服务等，将各种服务指南存放在多媒体系统中向公众展示。•4、网络与通信•数字家电(电话、电视、传真、音响)、多媒体视频会议、远程医疗系统。•5、军事与娱乐•军事遥感、核武器模拟、战场模拟、CD、MIDI、VCD、DVD、(三维)游戏。•多媒体技术的优势可能不在于某些具体的应用，而是在于它能把复杂的事物变得简•单、把抽象的东西变为具体。8.2常用图像、音频、视频和动画文件格式•8.2.1图像软件环境及应用•多媒体系统中，图像处理是最广泛的应用。涉及到图像就与色彩、分辨率和图像存储的文件格式有关。1）色彩基本常识•色彩可用亮度、色调和饱和度来描述，常称为色彩三要素。人眼看到的任一彩色光都是这三个特征的综合效果。•1、亮度是光作用于人眼时所引起的明亮程度的感觉，它与被观察物体的发光强度有关。•2、色调是当人眼看到一种或多种波长的光时所产生的彩色感觉，它反映颜色的种类，是决定颜色的基本特性，如红色、棕色就是指色调。•3、饱和度指的是颜色的纯度，即掺入白光的程度，或者说是指颜色的深浅程度。对于同一色调的彩色光，饱和度越深颜色越鲜明或说越纯。通常把色调和饱和度通称为色度。•亮度是用来表示某彩色光的明亮程度，而色度则表示颜色的类别与深浅程度。除此之外，自然界常见的各种颜色光，都可由红（R）、绿（G）、蓝（B）三种颜色光按不同比例相配而成；同样绝大多数颜色光也可以分解成红、绿、蓝三种色光，这就形成了色度学中最基本的原理——三原色原理（RGB）。•4、分辨率分为屏幕分辨率、输出分辨率两种，前者用每英寸行数表示，数值越大图形（图像）质量越好，一般以“横向点数×纵向点数”来表示一幅图的分辨率，如640×480、800×600、2048×1024等。数码照相机常用像素值来表示其照片的分辨率，像素即是“横向点数×纵向点数”乘积的值，如640×480为30万像素，2048×1024可达200万像素。输出分辨率是衡量输出设备的精度，以每英寸的像素点数（dpi）表示。如喷墨打印机、激光打印机的精度表示为：300dpi、600dpi等。•5、色彩数和图形灰度用位（bit）表示，一般写成2的n次方，n代表位数。常用的色彩数（对于黑白图用灰度等级表示）有：24=16色、28=256色、216=65536（64K）色、224=16M色、232=4G色。当图形（图像）达到24位时，可表现1677万种颜色，即所谓的真彩色。灰度的表示法类似。2）位图与矢量图•1、位图(点阵)图像•位图由一个矩阵描述，矩阵中的元素对应图像中的点，而相应的值对应于该点的灰度(或颜色)等级。该元素称为像素，与显示器上的显示点一一对应，简称位图图像。计算机上常用的位图文件类型有psd(Photoshop生成格式)、bmp(Windows位图格式)、GIF格式、JPG格式、TIFF格式、PCX格式•2、矢量图形..•矢量图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。它不直接描述数据的每一点，而是描述产生这些点的过程及方法。计算机上常用的矢量图形文件类型.dxf(用于CAD)、.max(用3DMAX生成三维造型)、.wmf(用于桌面出版)、.c3d(用于三维文字)、.cdr(CoralDraw矢量文件)、.swf（flash二维动画文件）。•3、位图与矢量图的比较•(1)从存储空间来看：矢量图形所需空间远比位图图像小；•(2)从显示效果来看：矢量图形不如位图图像逼真；•(3)从运行速度来看：矢量图形不如位图图像快。图8-3位图放大了3倍前后的效果对比图8-4矢量图放大了3倍前后的效果对比8.2.2图像文件格式•1、BMP格式•BMP（BitMapPicture）是Windows中的标准图像文件格式，PC机上最常用的位图格式，有压缩和非压缩两种形式。该格式可表现从2位到24位的色彩，分辨率也可从480x320至1024x768。该格式在Windows环境下相当稳定，在文件大小没有限制的场合中运用极为广泛。•2、GIF文件格式•GIF是图形交换格式（GraphicsInterch