大学计算机基础1.5 多媒体信息表示

11.5多媒体信息表示媒体：大众信息传播的手段。媒体在计算机信息领域中泛指一切信息载体。一种指信息的存储实体，如磁带、磁盘、光盘等；一种指信息的表现形式，或多种信息的载体（媒介），数字、文本、图形图像、音频、视频五类；多媒体是融合两种或者两种以上媒体的一种人-机交互式信息交流和传播媒体，使用的媒体包括数字、文本、图形图像、音频、视频。2注意多媒体是信息交流和传播媒体，从这个意义上说，多媒体和电视、报纸、杂志等媒体的功能是一样的。多媒体是人-机交互式媒体，这里所指的“机”，目前主要是指计算机，或者由微处理器控制的其他终端设备。因为计算机的一个重要特性是“交互性”，使用它就比较容易实现人-机交互功能。从这个意义上说，多媒体和目前大家所熟悉的模拟电视、报纸、杂志等媒体是大不相同的。多媒体信息都是以数字的形式而不是以模拟信号的形式存储和传输的。传播信息的媒体的种类很多，如文字、声音、电视图像、图形、图像、动画等。虽然融合任何两种以上的媒体就可以称为多媒体，但通常认为多媒体中的连续媒体(声音和电视图像)是人与机器交互的最自然的媒体。3多媒体和电视到底有什么不同？计算机：是20世纪40年代的伟大发明，一直沿着数字信号处理技术的方向发展，而且是沿着数值计算和金融管理发展起来的。60年代文字进入计算机，70年代图像、声音进入计算机，80年代电视进入计算机，进入90年代个人计算机已经能够实时处理数据量很大的声音和影视图像信息。电视：是20世纪20年代的伟大发明，在50年代开发电视技术时，用任何一种数字技术来传输和再现真实世界的图像和声音都是极其困难的，因此电视技术一直沿着模拟信号处理技术的方向发展，直到70年代才开始开发数字电视。由于数字技术具有许多优越性，而且数字技术发展到足以使模拟电视向数字电视过渡的水平，电视和计算机才开始融合在一起。4模拟电视的特性是线性播放，简单地说就是影视节目是从头到尾播放的，而收看者是最活跃的人，在人与电视之间，人是被动者而电视是主动者；多媒体是由计算机参与的，计算机的一个重要特性是交互性，就是人们可以使用像键盘、鼠标器、触摸屏、声音、数据手套等设备，通过计算机程序去控制各种媒体的播放，在人与计算机之间，人驾驶多媒体，人是主动者而多媒体是被动者。5指能对多种载体（媒介）上的信息和多种存储体（媒质）上的信息进行处理的技术。将文字、图形、图像、视频、动画和声音等表现信息的媒体结合在一起，并通过计算机进行综合处理和控制，将多媒体各个要素进行有机组合，完成一系列随机性交互式操作的技术。多媒体技术6几个概念1超文本1965年TedNelson在计算机上处理文本文件时想了一种把文本中遇到的相关文本组织在一起的方法，让计算机能够响应人的思维以及能够方便地获取所需要的信息。他为这种方法杜撰了一个词，称为超文本(hypertext)。这个词的真正含义是链接的意思，用来描述计算机中的文件的组织方法，后来人们把用这种方法组织的文本称为超文本。传统文本是以线性方式组织的，而超文本是以非线性方式组织的。超文本中带有链接关系的文本通常用下划线和不同的颜色表示。782超媒体多媒体是超媒体系统中的一个子集。超媒体系统是使用超链接构成的全球信息系统。超媒体不仅可以包含文字而且还可以包含图形、图像，动画、声音和电视片断，这些媒体之间也是用超级链接组织的，而且它们之间的链接也是错综复杂的。9超媒体与超文本之间的不同之处是：超文本主要是以文字的形式表示信息，建立的链接关系主要是文句之间的链接关系。超媒体除了使用文本外，还使用图形、图像、声音、动画或影视片断等多种媒体来表示信息，建立的链接关系是文本、图形、图像、声音、动画和影视片断等媒体之间的链接关系。10媒体分类按照国际电联（ITU）的定义，媒体有五类感觉媒体：图形、图像、语言、音乐等。表示媒体：图像编码、声音编码、电报码、条形码等。显示媒体：显示器、打印机、鼠标、摄像机等。存储媒体：软盘、硬盘、光盘。传输媒体：同轴电缆、光纤、无线链路等。11多媒体的关键特性多样性多媒体强调的是信息媒体的多样化和媒体处理方式的多样化，它将文字、声音、图形、图像、甚至视频集成进了计算机，使得信息的表现有声有色，图文并茂。交互性指任何计算机能“对话”，以便进行人工干预控制。交互性是多媒体技术的关键特征，也就是可与使用者作交互性沟通的特征，这也正是它与传统媒体最大的不同。12集成性计算机、声像、通信技术合为一体多种媒体如文本、声音、图形、图像、视频等信息有机的组织在一起，共同表达一个完整的多媒体信息数字化指多媒体中各个多媒体信息都以数字形式存放在计算机中。实时性声音、图像是与时间密切相关的，这就决定了多媒体技术必须要支持实时处理。13采用A/D转换，将声音信息的模拟量转换为相应的Bit序列采样频率f：每秒钟的采样次数；采样点精度：存放采样点振幅值A的二进制位数；声道数：声音通道的个数，立体声为双声道。每秒钟存储声音容量的公式为：采样频率×采样精度（位数）×声道数/8=字节数振幅时间采样点AT声音信息的数字化1.5.2多媒体信息的数字化14采样量化15声音文件Wave格式文件.WAV：记录了真实声音的二进制采样数据，通常文件较大。MIDI格式文件.MID：数字音乐的国际标准.记录的是音符数字，文件小。AIF格式文件.AIF：苹果公司开发。MPEG音频文件（.MP1/.MP2/.MP3/.MP4）:采用MPEG音频压缩标准进行压缩的文件。VOICE文件.voc：Creative公司开发。16图像信息的数字化图形：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图形的指令，以矢量形式存储。图像：由图像输入设备输入的画面，数字化后以位图形式存储图像分辨率（行、列）和颜色深度真彩色每个像素点占3个字节，224=16777216种颜色计算存储一幅图像所需的字节数：列数×行数×像素的颜色深度/8例：分辨率为1280×1024的“真彩色”高质量的电视图像，按每秒30帧计算，显示1分钟，则需要：1280×1024×3×30（帧/秒）×60秒≈6.6GB因此，必须进行图像压缩。17视频信息的数字化由连续变换的多幅图像构成动画和视频（图形和图像的动态形式）动态的画面由一系列的静态画面按一定的顺序排列组成，并配以同步的声音。一幅静态的画面称为一“帧”。当以每秒25帧以上的速度播放时，由于视觉的暂留现象产生动态效果。动画：每一幅画面通过软件对图形素材进行编辑制作而成。视频：将视频信号源(电视机、摄像机等)采样和数字化后保存动画是用人工合成的方法对真实世界的模拟；而视频影像则是对真实世界的记录。181.5.3数据压缩技术数据压缩就是在无失真或允许一定失真的情况下，以尽可能少的数据表示信源所发出的信号。通过对数据的压缩减少数据占用的存储空间，从而减少传输数据所需的时间。数据压缩可分成两种类型，一种叫做无损压缩，另一种叫做有损压缩。19无损压缩无损压缩是指使用压缩后的数据进行重构（或者叫做还原，解压缩），重构后的数据与原来的数据完全相同。无损压缩用于要求重构的信号与原始信号完全一致的场合。一个很常见的例子是磁盘文件的压缩。根据目前的技术水平，无损压缩算法一般可以把普通文件的数据压缩到原来的1/2～1/4。一些常用的无损压缩算法有霍夫曼(Huffman)算法和LZW(Lenpel-Ziv&Welch)压缩算法、算术编码、RLE(runlengthencoding)编码（行程编码）。20有损压缩有损压缩是指使用压缩后的数据进行重构，重构后的数据与原来的数据有所不同，但不影响人对原始资料表达的信息造成误解。有损压缩适用于重构信号不一定非要和原始信号完全相同的场合。例如，图像和声音的压缩就可以采用有损压缩，因为其中包含的数据往往多于我们的视觉系统和听觉系统所能接收的信息，丢掉一些数据而不至于对声音或者图像所表达的意思产生误解，但可大大提高压缩比。一些常用的有损压缩算法：JPEG、MPEG。21多媒体数据压缩标准目前已公布的最著名的数据压缩标准有：用于静止图像压缩的JPEG标准：1986年，CCITT和ISO两个国际组织组成了一个联合图片专家组（JointPhotographicExpertGroup），其任务是建立第一个实用于连续色调图像压缩的国际标准，简称JPEG标准；用于视频和音频编码的MPEG系列标准：1988年，ISO成立了活动图像专家组（MotionPictureExpertsGroup），负责活动图像及其伴音的编码标准制定工作。目前已推出了MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4，MPEG-7等。22MPEG-1：广泛的应用在VCD的制作和一些视频片段下载的网络应用上面。MPEG-2：应用在DVD的制作方面，同时在一些HDTV和一些高要求视频编辑、处理上面也有相当的应用面。MPEG-3：原本针对于HDTV(1920×1080)，后来被MPEG-2代替。MPEG-4：针对多媒体应用的图像编码标准，是一种新的压缩算法。MPEG-7：基于内容表示的标准，应用于多媒体信息的搜索，过滤，组织和处理。23常用图像文件格式GIF格式文件Internet上中的重要文件格式之一，最大不超过64KB，只能是256色，压缩率比较高。BMP和DIB格式文件位图格式文件，Windows环境中经常使用。JPEG格式文件（.JPG）利用JPEG方法压缩,Internet上中的重要文件格式之一,适用于处理256色以上、大幅面图像。WMF格式文件位图与矢量图的混合体,Windows中许多剪贴画图像是以该格式存储的。广泛应用于桌面出版印刷领域。EMF、TIF、TGA、PNG、EPS、DXF24常用视频文件格式.avi格式：MS公司，被多种操作系统支持。必须用相应的解压缩算法才能播放。.mov：苹果公司，用Quicktime播放。.mpg：用MPEG标准压缩，压缩比大。.dat：在MPG文件头部加上运行参数形成的变体。.ra/.rm/.ram：RealNetworks公司，流式音频和视频文件格式25多媒体技术的研究和应用开发多媒体数据的表示技术：包括文字、声音、图形、图像、动画、影视等媒体在计算机中的表示方法。由于多媒体的数据量大得惊人，尤其是声音和影视，包括高清晰度数字电视(HighDefinitionTelevision，HDTV)这类的连续媒体。为克服数据传输通道带宽和存储器容量的限制，投入了大量的人力和物力来开发数据压缩和解压缩技术；人-机接口技术，如语音识别和文本-语音转换(texttospeech，TTS)也是多媒体研究中的重要课题；虚拟现实(VirtualReality，VR)是当今多媒体技术研究中的热点技术之一。26多媒体创作和编辑工具：使用工具将会大大缩短提供信息的时间。将来人人都要会使用多媒体创作和编辑工具，就像现在我们使用笔和纸那样熟练。多媒体数据的存储技术：这包括CD技术，DVD技术等。多媒体的应用开发：包括多媒体CD-ROM节目(title)制作，多媒体数据库，环球超媒体信息系统(Web)，多目标广播技术(multicasting)，影视点播(videoondemand，VOD)，电视会议(videoconferencing)，远程教育系统，多媒体信息的检索等。