第6章 多媒体技术应用-计算机文化基础(第5版)[李秀]清华大学出版社

多媒体技术应用基础知识内容提要概述多媒体文件格式多媒体数据描述基本概念多媒体技术的应用领域认识多媒体制作软件概念：多媒体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。另一种指信息的表现形式，如文字、图像、图形、动画、音频、视频等。多媒体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。概念：多媒体技术基本条件：以计算机技术为核心具有人机交互的特点多媒体技术所处理的多种媒体是逻辑关联的复合数据多媒体技术是利用计算机通过文字、图像、图形、动画、音频、视频等多种信息的交互混合，以数字化的方式集成在一起，从而使计算机具有表现、处理、存储多媒体信息的综合能力和交互能力。多媒体技术的应用领域多媒体在商业娱乐演示文稿、商业广告、产品演示、人员培训、多媒体游戏系统、影视创作（电脑特技）等等多媒体技术的应用领域乘客是对数字化演员着色而成计算机建模（45英尺长）船尾流和海水来自胶片，远处的海面由计算机生成天空和云彩使用绘图软件绘制软件制作烟效果风速、风向等多媒体技术的应用领域多媒体在学校家庭教学演示、多媒体课件、电子相册、装潢设计、远程教育等等多媒体技术的应用领域视频剪辑主题按钮超文本超媒体信息检索图片链接多媒体技术的应用领域多媒体在公共场所各类信息查询系统、各类银行提款系统等。多媒体技术的应用领域虚拟现实（VirtualReality）虚拟现实是利用计算机生成一种模拟环境（如飞机驾驶舱、操作现场等），通过多种传感设备使用户“投入”到该环境中，实现用户与该环境直接进行“自然”交互的技术。多通道存在感交互性自主性什么是MPCMPC不仅含有“多媒体个人计算机”之意，而且还代表MPC的工业标准。MPC标准的具体内容包括：对个人计算机增加多媒体功能所需的软硬件进行最低标准的规范。规定多媒体个人计算机硬件设备和操作系统等的量化指标。制定高于MPC标准的计算机部件的升级规范。确定MPC的三级标准：MPC1、MPC2和MPC3。多媒体创作硬件配置CPU：IntelPentium4或AMD64内存：不低于512MB硬盘：120GB到200GB光驱：优先选择DVD刻录机声卡：支持44.1KHz或48KHz采样，16bit量化的声卡显示卡：主流32M或64M缓存的显示卡网卡：内置10/100Mbps网卡多媒体创作所需硬件设备平板式扫描仪DVD刻录机数码相机图形输入板数码摄像机媒体的分类文本是人与计算机之间进行信息交换的主要媒体。图用来补充文字信息，可以增强人们对展示信息的理解和记忆。音频是人们最熟悉、最习惯的方式交换信息。多媒体数据描述(1)图形与图像图形是计算机在平面坐标系和空间坐标系中，通过对运算表达式进行矢量运算和对坐标数据进行描述而形成的运算结果。由于图形具有方向和长度，又被称作“矢量图”。多媒体数据描述(1)图形与图像图像是自然界中的客观景物通过某种系统的映射，使人们产生视觉感受。在计算机中，图像用像素点进行描述。有序排列的像素点表达了自然景物的形象和色彩，而像素点又是由二进制进行描述的。因此，图像又称作“位图”。图像分静态图像和动态图像两种。多媒体数据描述(2)动态图像动态图像由于人眼睛的视觉滞留效应，当多幅图像连续放映时，就看到了所谓的动态图像（标准25-30帧/秒）。动态图像可分为两种类型。当人工绘制的图形或计算机产生的图形以动态形式表现出来时，称为“动画”；当图像是实时获取的自然景物时，称为“视频信号”。视频信号描述视频模拟信号视频模拟信号就是常见的电视信号和录像机信号，视频模拟图像的存储通常采用磁介质。PAL（欧洲大部分国家、中国，每秒25帧）NTSC（美国、日本，每秒30帧）SECAM（法国，每秒25帧）优点：技术成熟、价格低、系统可靠性较高。缺点：不适宜做长期存放，不适宜做多次复制。随着时间的推移，录像带上的图像信号强度会逐渐衰减，造成图像质量下降、色彩失真等现象。视频信号描述视频数字信号获取方法：模拟视频输入（视频采集卡）数字视频输入（1394卡）主要视频格式：QuickTime（苹果机）VideoforWindows（PC机）特点：保存时间长，无信号衰减问题。可以无限制地复制副本，永远不存在失真问题。动画概念动画动作的变化是动画的本质动画由很多内容连续但各不相同的画面组成。由于每幅画面中的物体位置和形态不同，在连续观看时，给人以活动的感觉。随着动画的发展，除了动作的变化，还发展出颜色的变化、材料质地的变化、光线强弱的变化等。动画概念电脑动画三个发展阶段：再现绘画过程形状变化纯电脑动画按动画性质分：帧动画和矢量动画按表现形式分：二维动画、三维动画和变形动画多媒体数据描述(3)声音声波是由机械振动产生的波。当声波进入人耳，鼓膜振动导致内耳里的微细感骨的振动，将神经冲动传向大脑，听者感觉到的这些冲动就是声音。多媒体数据描述(3)音频模拟信号模拟音频技术通过模拟电压的幅度表示声音的强弱。模拟声音的录制是将代表声音波形的电信号转换到适当的媒体上。音频数字信号声音信息的数字化过程是每隔一个时间间隔在模拟声音波形上取一个幅度值（称为采样，采样的时间间隔称为采样周期），并把采样得到的表示声音强弱的模拟电压用数字表示（称为量化）。音频的数字化采样频率越高，数字化音频的质量也就越高。量化位数越大，对音频信号的采样精度就越高。奈奎斯特采样定律人耳20Hz~20kHz之间44.1kHz多媒体数据压缩的必要性以视频信号为例：每秒播放25帧画面（PAL）每帧影像像素数为720×576全彩方式存储1帧1.2MBA4幅面（21cm×29.7cm）的彩色照片，用扫描仪采样（300dpi)，像素用24bit彩色信号表示。数据量：(21/2.54×300)×(29.7/2.54×300)*24/8=26MBCD音质信号，采样频率44.1KHz，量化位数16。（立体声CD音质信号）数据压缩的条件数据冗余度音频信号和视频信号等原始数据通常存在很多用处不大的空间，空间越多，数据的“冗余度”也越大。人类不敏感因素对某些频率的音频信号不敏感；人眼也存在“视觉掩盖效应”，即对亮度比较敏感，而对边缘的强烈变化不敏感；并且对彩色细节的分辨能力远比亮度细节的分辨能力低。数据冗余空间冗余：规则物体的表面具有物理相关性，将其表面数字化后表现为数据冗余。数据冗余是指信息所具有的各种性质中多余的无用空间，其多余的程度叫做“冗余度”。颜色相同的区域规则有序排列的图形数据冗余时间冗余：视频信号和动画一般为位于一时间轴区间的一组连续画面，其中的相邻帧往往包含相同的背景和移动物体，只不过移动物体所在的空间位置略有不同，所以后一帧的数据与前一帧的数据有许多共同的地方，这种共同性是由于相邻帧记录了相邻时刻的同一场景画面。影响数据压缩的要素压缩比压缩前后文件大小之比，越高越好，但受速度、消耗资源等的影响图像质量还原后与原图像相比，评估的方法有客观评估和主观评估压缩与解压缩速度与压缩方法和压缩编码的算法有关，一般压缩比解压缩计算量大，因而压缩比解压缩慢对称压缩，适用于：实时系统，例如视频会议。不对称压缩，适用于：例如VCD的制作与播放。数据压缩标准音频压缩依据人耳对各频率的灵敏度是不同的频率之间的掩蔽效应短暂掩蔽效应ISO的“MPEG音频”标准对声音的编码进行规定，其中包括音频编码方法，存储方法和解码方法MPEG音频压缩MPEG音频压缩利用编码技术，将源文件重新进行编码压缩，其次是利用数据压缩，将人类听觉中的不敏感部分删除，从而达到缩小文件尺寸的目的。音频层根据压缩质量和编码复杂度分为Layer1、Layer2、Layer3三层1:4的压缩比1:6~1:8的压缩比1:10~1:12的压缩比Wave原始文件MPEG-1AudioLayer1MPEG-1AudioLayer2MPEG-1AudioLayer3数据压缩标准国际标准化组织（ISO）和国际电报电话咨询委员会（CCITT）制定用于多媒体图像压缩的标准静态图像的JPEG国际标准支持有损压缩，压缩比可用参数调整，在压缩比达25:1时，压缩后还原的图像与原始图像相比较，人们很难区分其中的差别。动态图像的MPEG国际标准MPEG-1和MPEG-2提供了压缩视频音频的编码表示方式，为VCD、DVD、数字电视等产业的发展打下了基础。MPEG-4采用了基于对象的编码方法，使压缩比和编码效率得到了显著的提高。MPEG-7采用标准化技术对多媒体内容进行描述和检索。MPEG-21的重点是为从多媒体内容发布到消费所涉及的所有标准建立一个基础体系，支持连接全球网络的各种设备透明地访问各种多媒体资源。两种类型的数字音频计算机声音有两种产生途径一种是通过数字化录制直接获取（波形音频）另一种是利用声音合成技术实现（MIDI）声音合成技术是用微处理器和数字信号处理器代替发声部件，模拟出声音波形数据，然后将这些数据通过数模转换器转换成音频信号并发送到放大器，合成出声音或音乐。MIDI（乐器数字接口）是在1983年有MIDI制造者协会（MMA）提出作为一个控制电子乐器的标准化串行通信协议提出的。该协议允许电子合成器互相通信，而不考虑制造厂家是谁。音频文件格式媒体格式扩展名相关公司或组织主要优点主要缺点适用领域WAVwavMicrosoft可通过增加驱动程序而支持各种各样的编码技术不适于传播和用作聆听，Windows平台下使用音频原始素材保存mp3Fraunhofer-IIS在低至128kbps的比特率下提供接近CD音质的音频质量。广泛的支持音质欠佳一般聆听和高保真聆听RealMediara,RealNetworksrma在极低的比特率环境下提供可听音频质量不适于除网络传播之外的用途。音质不是很好网络音频流传输音频文件格式媒体格式扩展名相关公司或组织主要优点主要缺点适用领域WindowsMedia功能齐全，使用方便。同时支持无失真、有失真、语音压缩方式失真压缩方式下音质不高。平台限制音频档案级别保存，一般聆听，网络音频流传输wma,asfMicrosoftMIDMIDIRMIXMI等音频数据为乐器的演奏控制，通常不带有音频采样没有波表硬件或软件配合时播放效果不佳与电子乐器的数据交互，乐曲创作等MIDIAssociationOggVorbisOGGXiphFoundation在极低的比特率环境下提供接近CD音质的音频。开放源代码，跨平台发展较慢，推广力度不足一般聆听和高保真聆听音频文件格式媒体格式扩展名相关公司或组织主要优点主要缺点适用领域ape无失真压缩。部分开放代码由于是个人作品，使用上存在一定风险高保真聆听和音频档案级别保存MatthewT.AshlandMonkey'sAudioaiff可通过增加驱动程序而支持各种各样的编码技术一般限于苹果电脑平台使用音频原始素材保存aiffApplevoxvoxDialogic面向语音的编码文件格式缺乏足够的信息，不适应作存档用途。淘汰图像文件格式BMP（Bitmap）[图像类型]位图（光栅）图像[使用背景]在MicrosoftWindows下的显示和存储[版权所有]Microsoft公司[支持软件]WindowsPaint以及任何运行在Windows下的软件[优点]在MicrosoftWindows下得到广泛支持。包含的图像信息丰富[缺点]占用磁盘空间过大，在单机上比较流行，这是Windows平台上的标准图像格式图像文件格式TIFF（TaggedImageFileFormat）标签图像文件格式[图像类型]位图（光栅）图像[使用背景]用于桌面排版以及与之相关的应用程序的数据交换[版权所有]由Aldus和Microsoft联合开发和积极支持[支持软件]桌面出版、图形艺术[优点]跨平台，对媒体之间的数据交换，TIFF位图模式是最佳选择之一[缺点]TIFF的全面性也产生了一些问题图像文件格式JPG（MicrosoftWindowsMetafile）[图像类型]压缩位图（光栅）图像