第5章_多媒体技术基础.

多媒体技术基础第2章信息编码与数据表示2主要内容多媒体的基本概念声音的编码技术图像的编码技术数据压缩技术第2章信息编码与数据表示3多媒体的基本概念多媒体及多媒体分类多媒体的关键技术多媒体技术处理对象多媒体信息的特点多媒体技术的应用第2章信息编码与数据表示4多媒体及多媒体分类媒体（Media）一般理解为信息的表现形式，如数值、文字、图像、图形、声音和视频等。多媒体（Multi-media）意味着多重媒体，是数值、文字、图像、图形、声音和视频等多种媒体的统称。不同的媒体，其表现形式不同。第2章信息编码与数据表示5表示媒体感觉媒体显示媒体存储媒体传输媒体媒体多媒体及多媒体分类第2章信息编码与数据表示6感觉媒体直接作用于人类的感觉器官，使人能直接产生感觉的一类媒体。显示媒体人们获取信息或者再现信息的物理手段（输入，输出）传输媒体传输感觉媒体的物理载体表示媒体为了加工、处理和传输感觉媒体而人为研究、构造出来的一种媒体。存储媒体用于存放表示媒体，以便计算机处理和调用这些信息编码多媒体及多媒体分类第2章信息编码与数据表示7多媒体的关键技术采集处理存储传输多媒体编码技术多媒体信息数字化处理技术多媒体网络通信技术大容量存储技术多媒体压缩技术多媒体同步技术超文本技术第2章信息编码与数据表示8多媒体技术的处理对象数值：整数、实数整数如-1,-2,0,1,2等，计算机中使用补码表示实数如1.24,1.35等，计算机中使用浮点表示第2章信息编码与数据表示9文本：英文字符、中文字符英文字符.使用ASCII码表示中文字符。使用中文信息交换码表示多媒体技术的处理对象第2章信息编码与数据表示10图形：是使用专用软件（如AutoCAD和MicrosoftVisio等）生成的矢量图，保存图形时只需要记录直线上关键点的坐标和两个点之间线段的宽度等信息。多媒体技术的处理对象第2章信息编码与数据表示11图像：是采用扫描设备、摄像设备或专用软件（如Photoshop和Windows自带的绘图工具等）生成的图片，保存图像时需要记录每个点的颜色。多媒体技术的处理对象第2章信息编码与数据表示12声音：是频率范围大约在20Hz～20kHz之间的连续变化的波形。多媒体技术的处理对象第2章信息编码与数据表示13视频：是一系列静态图像在时间维度上的展示或渲染的过程。多媒体技术的处理对象第2章信息编码与数据表示14动画：是采用动画制作软件（如AdobeFlashCS3和3DSMax等）生成的一系列可供实际播放的连续动态画面。多媒体技术的处理对象第2章信息编码与数据表示15集成性多媒体的集成性可以理解为两种情况，一种是多媒体信息的集成，另一种是多媒体处理设备的集成大数据量一个播放时间为1分钟，采样频率为44.1kHz，量化位数为16bit的立体声声音，大约需占用10.09MB的存储空间；一幅分辨率为1024*768的真彩色图像，大约占用2.25MB的存储空间；一个5分钟标准质量的PAL（PhaseAlternationLine，一种电视视频信号标准）视频信息需要大约6.6GB的存储空间多媒体信息的特点第2章信息编码与数据表示16交互性交互性指的是操作者使用键盘、鼠标或语音等各种交互手段与多媒体系统实现信息传递动态性动态性也可以理解为连续性。动态性指的是多媒体信息中的声音和视频通常是随着时间的变化而变化编码方式多样文本中的英文字符使用ASCII编码，中文字符使用汉字信息交换码，语音使用脉冲编码调制PCM形式，图像使用JPEG编码，视频使用MPEG编码多媒体信息的特点第2章信息编码与数据表示17通信系统多媒体办公系统教育培训影视娱乐业工业领域、科学研究广告、出版业医疗影像及诊断系统多媒体技术的应用第2章信息编码与数据表示18虚拟现实多媒体技术的应用第2章信息编码与数据表示19虚拟现实多媒体技术的应用第2章信息编码与数据表示20虚拟现实多媒体技术的应用第2章信息编码与数据表示21虚拟现实多媒体技术的应用第2章信息编码与数据表示22虚拟现实多媒体技术的应用第2章信息编码与数据表示23视频点播多媒体技术的应用第2章信息编码与数据表示24声音的编码技术声音的本质及其特点模拟信号与数字信号声音的编码技术：采样、量化和编码第2章信息编码与数据表示25声音是通过空气传播的一种连续的波，称为声波。声音的强弱体现在声波压力的大小，音调的高低体现在声音的频率上。声音信号的两个基本参数是频率和幅度。频率小于20Hz的信号称为亚音信号；频率在20Hz～20kHz的信号称为音频信号；人们说话的信号频率通常在300Hz～3kHz；频率大于20kHz的信号称为超音频信号，或者称为超声波信号。tu(t)基线幅度周期声音的本质及其特点第2章信息编码与数据表示26模拟信号与数字信号模拟信号:时间和幅度都是连续的信号数字信号:幅值被限制在有限个数值之内，它不是连续的而是离散的，即幅值只能取有限的数值第2章信息编码与数据表示27声音的编码技术由于多媒体信息的特殊性，其二进制编码的技术和方法比一般的字符编码要复杂很多；基本的思想就是将“连续”变成“离散”，将“模拟信号”变为“数字信号”一般需经过采样、量化、编码三个过程。第2章信息编码与数据表示28声音采样声音采样：每隔一个时间间隔在声音波形上取一个幅度值，将时间上连续的信号变成离散的信号；采样的目的是在时间上，对连续的变化进行离散化，最终以有限个数的“点”，去替代原来连续的信号。第2章信息编码与数据表示29声音采样的例子t第2章信息编码与数据表示30声音采样的例子t第2章信息编码与数据表示31声音量化声音量化指的是在幅度值的取值空间上进行离散化，用有限位的二进制代码，表示落在同一时间段内的幅度值第2章信息编码与数据表示32声音量化的例子t0u(t)000001010011100101110111t1t2t3t4t5t6t7t8t9t0u(t)00011011t1t2t3t4t5t6t7t8t93位量化2位量化第2章信息编码与数据表示33声音编码根据采样和量化的结果，将各离散点的幅度值进行“逐点”记录，将记录的结果保存为一个文件，即为该音频信息的数据文件，实现对声音信息的编码；将来按照采样、量化和编码的“逆思想”，可把该文件还原。只有当采样频率高于声音信号最高频率的两倍时，才能将数字信号表示的声音还原为原来的声音。第2章信息编码与数据表示34声音编码的图示t0u(t)000001010011100101110111t1t2t3t4t5t6t7t8t9t0u(t)00011011t1t2t3t4t5t6t7t8t9001010100101011111000100100100010001010101110第2章信息编码与数据表示35不同技术指标下的效果图示采样频率11KHz8位量化采样频率22KHz16位量化第2章信息编码与数据表示36声音文件存储容量的计算采样频率：(Hz单位时间内的采样次数一般为11.025kHz或22.05kHz)量化位数：(bit表示量化级别的二进制的位数一般为8位或16位)声道数量：单声道or多声道第2章信息编码与数据表示37音频数据的存储容量采样频率*量化位数*声道数*播放时间/8（字节B）•采样频率=44.1kHz•样本精度=16bit•立体声•播放时间=60秒存储空间=44.1*1000*16*2*60/(8*1024*1024)=10.09MB声音文件存储容量的计算第2章信息编码与数据表示38图像的编码技术颜色模型图像的编码技术：采样、量化和编码图像文件存储容量的计算第2章信息编码与数据表示39颜色模型颜色模型（colormodel）指的是描述所有颜色的一套规则和定义。最典型的代表是RGB（RedGreenBlue）颜色模型。两种典型的颜色模型：RGB颜色模型：红绿篮颜色模型HSL颜色模型：色调饱和度亮度颜色模型第2章信息编码与数据表示40RGB颜色模型颜色=R（红色的百分比）+G（绿色的百分比）＋B（蓝色的百分比）。当三种基本颜色等量相加时，得到白色。第2章信息编码与数据表示41RGB颜色模型颜色=R（红色的百分比）+G（绿色的百分比）＋B（蓝色的百分比）。当红绿等量相加而篮为0时得到黄色。第2章信息编码与数据表示42RGB颜色模型颜色=R（红色的百分比）+G（绿色的百分比）＋B（蓝色的百分比）。当红篮等量相加而绿为0时得到品红色。第2章信息编码与数据表示43RGB颜色模型颜色=R（红色的百分比）+G（绿色的百分比）＋B（蓝色的百分比）。当绿篮等量相加而红为0时得到青色。第2章信息编码与数据表示44图像的编码技术图像的数字化编码也经过采样、量化和编码三个过程采样是将图像在二维空间上进行离散化分别在图像的横向和纵向设置M和N个相等的间隔；然后得到M*N个点，组成一个的包含若干行和若干列的一个“阵列”，每个点称为一个像素；第2章信息编码与数据表示45量化与编码量化是对像素的颜色进行离散化(即用确定的数值记录点的颜色)量化的等级与每个像素颜色的二进制数值的位数有关表示像素状态的位数越多，具有的色彩就越丰富•黑白方式：用一个“位”表示像元的颜色；有2种色•真彩色方式：用三个字节表示一个像元的颜色；具有2563个不同的颜色编码是对每个像素的颜色，以不同的二进制代码形式进行记录第2章信息编码与数据表示46图像编码的例子采样：在横方向和纵方向上都设置10个采样点，得到10*10个像素量化：由于是黑白图像，所以量化字长设置为1位二进制代码，并假定“0”表示黑色，“1”表示白色编码：最后将编码数值一行一行地记录保存起来，就完成了对图像的二进制编码第2章信息编码与数据表示47图像编码的例11101111011110111101111011110111101111011000000000000000000001101111011110111101111011110111101111011第2章信息编码与数据表示48影响图像质量的因素图像分辨率（相当于音频的采样频率）用多少个像素表示图像像素深度或位深度（相当于音频的量化精度）用多少个二进制位表示一个像素的状态分辨率越高，像素深度越大，将占用越多的存储空间；当然，图像就越清晰圆滑美观逼真第2章信息编码与数据表示49宽度：271高度：300颜色：2色大小：9.9KB宽度：271高度：300颜色：4色大小：19.8KB不同像素深度的例第2章信息编码与数据表示50宽度：271高度：300颜色：256色大小：79.4KB宽度：271高度：300颜色：真彩色大小：238.2KB不同像素深度的例第2章信息编码与数据表示51不同分辨率的例子第2章信息编码与数据表示52图像文件存储容量的计算存储一幅352×288的静态真彩色图像图像分辨率为352×288像素深度为3B存储容量=(352×288×3)/1024=297KB如提高图像分辨率存储容量=(768×1024×3)/(1024×1024)=2.25MB第2章信息编码与数据表示53数据压缩技术数据压缩的必要性数据压缩的基本概念文本文件的压缩声音文件的压缩图像文件的压缩第2章信息编码与数据表示54数据压缩的必要性尽管我们可以利用信息理论中的各种编码技术表达字符、图形图像、音频、视频，但是包含这些数据的文件往往是相当大的一秒钟的视频需要约9MB的内存空间一幅全屏的位图约占用2—5MB的内存空间一段45分钟的声音文件有大约475MB第2章信息编码与数据表示55数据压缩的必要性大文件需要大的内存空间，否则将降低运行速度大文件需要大的外部存储空间，因而降低计算机硬盘等存储设备的有效使用效率大文件需要较长的传输时间，因而容易发生在传输过程中的中断第2章信息编码与数据表示56数据压缩基本概念压缩：指重新记录一个文件，以使它占用较小存储空间解压缩：数据压缩必须是可逆的；数据压缩的逆