第7章 多媒体技术基础

第7章多媒体技术基础本章导读学习完本章以后，你将能够：了解多媒体技术的基本概念；了解多媒体系统结构的基本组成与功能；了解数据压缩技术及数据压缩标准；了解并掌握图像处理的方法。内容介绍多媒体技术是基于计算机、电子技术和通信技术发展起来的一门新的学科，多媒体技术使计算机具有综合处理声音、文字、图像和视频信息的能力，其丰富的声、文、图信息和方便的交互性与实时性，改善了人机界面，改善了计算机的使用方式，丰富了计算机的应用领域。本章主要内容如下：7.1多媒体技术的基本概念7.2多媒体信息的数字化7.3多媒体数字压缩技术7.4常用多媒素材处理软件7.5Photoshop图像处理7.6Flash动画制作教学目的要求学生了解多媒体的基本概念、多媒体信息及技术的特点、多媒体计算机系统的基本组成;了解声音、图像之类的多媒体信息在计算机中的表示;了解基本的数据压缩原理。教学重点数据压缩原理。教学难点多媒体信息在计算机中的表示。关键词多媒体技术；信息数字化；数据压缩；Photoshop授课时量理论学时：4实验学时：27.1多媒体技术的基本概念7.1.1多媒体技术的发展与定义7.1.2多媒体技术主要特征7.1.3多媒体计算机系统组成7.1.4多媒体的关键技术7.1.1多媒体技术的发展与定义1984年，美国Apple（苹果）公司,在世界上首次使用Bitmap（位图）概念对图像进行描述，实现了对图像的简单处理、存储以及相互之间的传送等。在微机中建立了一种新型的图形化人机接口。(图像)1985年，美国Commodore公司将世界上首台多媒体计算机系统展示在人们面前，这台计算机命名为Amiga。同年，激光只读存储器CD-ROM问世。(计算机)1986年，PHILIPS和SONY公司共同制定了光盘技术标准，可以在光盘上存储650MB数据。(存储)1990年11月，Microsoft（微软）、PHILIPS等公司成立“多媒体个人计算机市场协会（MultimediaPCMarketingCouncil）”，负责计算机多媒体技术的规范化管理和多媒体计算机标准的制订。1991年MPC1标准，1993年5月MPC2标准，1995年6月MPC3。(计算机系统标准)1995年，Microsoft公司推出了Windows95，这时多媒体技术在微机中得到广泛的普及。国际电信联盟（ITU）将媒体分为：感觉媒体、表示媒体、显示媒体、存储媒体和传输媒体五大类。什么是多媒体多媒体（Multimedia）是融合两种或两种以上媒体的一种人-机交互式信息交流和传播媒体，使用的媒体包括:文字（Text）图形（Graphic）图像（Image）声音（Audio）动画（Flash）电视图像（Video）文本声音图形图像动画信息载体的组合什么是多媒体技术多媒体技术是利用计算机对文字、图像、图形、动画、音频、视频等多种信息进行综合处理、建立逻辑关系和人机交互作用的产物。多媒体技术利用计算机技术将各种媒体以数字化的方式集成在一起，从而使计算机具有了表现、处理、存储多种媒体信息的综合能力。是解决“怎样进行多种媒体综合的技术（获取、处理、编辑、存储和展示等）”。7.1.2多媒体技术主要特征集成性（Integrating）多媒体技术是多种媒体的有机集成，还包括媒体设备的集成。协同性（Cooperating）各种媒体之间必须有机地配合才能协调一致。多种媒体之间符合人的自然交流方式。交互性（Interactive）交互性是指用户与计算机之间进行数据交换、媒体交换和控制权交换的一种特性。实时性（Real-Time）多媒体实时交互、使之呈现连续性。数字化（Digitized）多媒体信息都是以数字形式存储和传输。数据量大一页A4纸文字的数据量约为20kB，一幅640*480经压缩的照片数据量约为180kB，1分钟MPEG1压缩视频大约需要10MB的存储空间。要求传输速度高对于MPEG1的压缩视频文件，要求的数据传输率为1.5Mbit/s。MPG2-DVD(7M)，网络流一般32k-1024k。多媒体数据的特点数据量巨大数据类型多数据类型间区别大多媒体数据的输入和输出复杂。多媒体文件的存储格式文件格式是一种信息的数字化存储方式。多媒体文件包含文件头和数据两大部分。文件头多媒体数据多媒体文件分类：静态多媒体文件无法提供网络在线播放功能。它需要先下载，后观看。流式媒体文件（简称流媒体）在因特网中采用流式传输技术的连续时基媒体，如音频、视频等文件。流媒体文件的数据可以随时传送、随时播放。实现流媒体的关键技术是数据的流式传输。7.1.3多媒体计算机系统组成多媒体计算机（MultimediaComputer）是具有多媒体处理能力的计算机系统。声/像输入设备主要用于将多媒体信息输入计算机：光驱、声卡、视频采集卡、麦克风、电子琴、扫描仪、录音机、VCD/DVD、数字照相机、摄像机等。功能卡用于对多媒体信息进行处理：电视卡、Modem卡、视频编辑卡、VCD压缩卡、网卡等。声／像输出设备用于输出多媒体系统：光盘刻录机、声卡、视频转换卡、音箱、立体声耳机、录音机、录像机、打印机等。多媒体计算机系统示意图计算机厂商提供多媒体硬件设备的方式有：一是集成在主板上，二是提供各种接口卡。在一台具体的多媒体计算机硬件配置中，不一定都包括上述全部配置，但至少应当包括声卡和CD-ROM驱动器。多媒体计算机的硬件技术要求：主机处理性能强大。主机接口齐全。各种多媒体设备齐全。7.1.4多媒体的关键技术1.视频音频数据压缩/解压缩技术2.大容量信息存储技术3.多媒体输入/输出技术4.多媒体专用芯片技术5.其他多媒体技术7.2多媒体信息的数字化7.2.1文本信息的数字化7.2.2图形信息的数字化7.2.3图像信息的数字化7.2.4音频信息的数字化7.2.5动画信息的数字化7.2.6视频信息的数字化7.2.1文本信息的数字化文本信息的数字化主要是对文本信息在计算机中的表示进行统一的二进制编码。ASCII码用1个字节的低7位（最高位为0）表示128个不同的英文字符。GB2312-80（国标码）规定：一个汉字用两个字节表示，每个字节只用低7位，最高位为0。6000余汉字。GBK（大字库）是GB2312-80的扩展。20000余汉字。Big5（大五码）港台地区的计算机，其中的汉字编码大多采用Big5编码,13060个汉字，汉字部分均以部首为序。Unicode（大字符集），是对国际标准ISO/IEC10646编码的一种称谓，其目标是对全球所有文字进行统一编码。7.2.2图形信息的数字化矢量图形是用一组指令集合来描述图形的内容，这些描述包括图形的形状、位置、大小、色彩等属性。在矢量图形文件中，只记录生成图形的算法和图上的某些特征点参数。矢量图形占用的存储空间较小，打印输出和放大时图形质量较高。矢量图形的缺点：显示图形时计算时间较多。无法使用廉价设备将图形输入到计算机中并且矢量化。矢量图形目前没有统一的标准和格式，大部分矢量图形格式存在知识产权问题。7.2.3图像信息的数字化图像由像素点阵构成，也称为位图。黑白图像中每个像素点用1位二进制数表示这种图像称为二值图像。灰度图像中，每个像素点的亮度值用8位二进制数表示，亮度范围有0~255个灰度等级。彩色图像中R、G、B三基色，每种色用8位二进制数表示时，色彩深度为24位，它可以表达1670万种色彩。用像素点描述的自然影像RGB彩色图像RGBRGBR数组—8bit表示(256阶梯)G数组—8bit表示(256阶梯)B数组—8bit表示(256阶梯)最大色彩：28×28×28=224=16777216(16.7M)分辩率图像分辨率：数字化图像水平与垂直方向像素的总和。屏幕分辨率：一般用显示器屏幕水平像素×垂直像素表示。印刷分辨率：图像在打印时，每英寸像素的个数，一般用dpi（像素/英寸）表示。图像文件格式图像文件有：BMP、TIF、JPG、PNG、GIF等，这些图像文件格式标准是开放和免费的，这些图像格式也可以相互转换。是Windows中最常用的图像文件格式。文件结构简单，形成的图像文件较大。是一种适用于彩色、单色和多灰度静止数字图像的压缩标准。压缩的性能优异，应用广泛。也是一种压缩图像存储格式，压缩比较高，文件很小。允许在一个文件中存储多个图像，因此可实现动画功能。点阵图像放大失真矢量图形放大不失真图形与图像的区别存储方式的区别：图形存储的是画图的函数；图像存储的则是像素的位置信息和颜色信息以及灰度信息。缩放的区别：图形在进行缩放时不会失真，可以适应不同的分辨率；图像放大时会失真，可以看到整个图像是由很多像素组合而成的。处理方式的区别：对图形，我们可以旋转、扭曲、拉伸等等；而对图像，我们可以进行对比度增强、边缘检测等等。算法的区别：对图形，我们可以用几何算法来处理；对图像，我们可以用滤波、统计的算法。其他：图形不是主观存在的，是我们根据客观事物而主观形成的；图像则是对客观事物的真实描述。7.2.4音频信息的数字化声音的特性声波：当物体在空气中振动时，便会发出连续的波，叫声波（SoundWave）声音：大脑对声波的感知就是声音（Sound）幅度（Amplitude）：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，用赫兹（Hz）表示。带宽：声音信号的频率范围称为带宽高保真声音的频率范围为10～20000Hz，它的带宽约为20kHz人的发音器官发出的声音频率大约是80～9000Hz频率小于20Hz的信号称为亚音信号或称次声波高于20kHz的信号称为超音频信号或称超声波频率范围为20Hz～20kHz的信号称为音频信号次声波人耳可听域超声波20Hz20～20,000Hz20,000Hz女性语音150Hz～9,000Hz电话语音200Hz～3,400Hz调幅广播(AM)50Hz～7,000Hz调频广播(FM)20Hz～15,000Hz高级音响10Hz～40,000Hz男性语音100Hz～8,000Hz声源种类频带宽度在多媒体技术中，处理的声音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。音频数字化模拟信号数字信号转换数字音频信号可以通过因特网、光盘、电子琴MIDI接口等输入到计算机。模拟音频信号一般通过话筒和音频输入接口（Linein）输入到计算机，然后由计算机声卡转换为数字音频信号。音频文件的格式波形文件如WAV、MP3音乐文件如手机MIDI音乐WAV音频格式具有很高的音质。未经压缩的WAV文件存储容量非常大，一分钟CD音质的音乐大约占用10MB存储空间。MP3是一种符合MPEG-1音频压缩第3层标准的文件。MP3压缩比高达1：10~1：12。MP3是一种有损压缩。MIDI是电子合成乐器的统一国际标准。在MIDI文件中，只包含产生某种声音的指令，计算机将这些指令发送给声卡，声卡按照指令将声音合成出来。MID音乐的缺点：一是不能模拟人们的歌声，其次在不同的计算机中，MIDI可能会有不同的音乐效果。MIDI音乐主要用于手机等存储器空间有限的多媒体设备。7.2.5动画信息的数字化1.动画的类型动画（Animation）是多幅按一定频率连续播放的静态图像。动画有帧动画、矢量动画和变形动画几种类型。2.三维动画三维动画是为了表现真实的三维立体效果，物体无论旋转、移动、拉伸、变形等，都能通过计算机动画表现它的空间感觉。完成一幅三维动画，最基本要完成三项工作：建模、材质和动画。三维形体的建模与材质7.2.6视频信息的数字化1.模拟视频标准目前国际上流行的视频制式标准分别为NTSC（美国国家电视标准和员会）制式、PAL（隔行倒相）制式和SECAM制式。2.模拟视频信号数字化模拟视频信号的数字化一般采样以下方法:(1)复合数字化(2)分量数字化3.视频文件格式AVI格式：AVI是音频视频交错格式文件，