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多媒体技术与应用第二章多媒体数据基础本章要点本章重点介绍多媒体数据的基本概念，图形图像的类型和格式，音频的数字化过程，视频的采集与编辑，以及计算机动画的技术与应用等。主要学习和掌握数字图像的获取方法，音视频的文件格式和计算机动画的制作方法，了解模拟信号数字化的过程和方法。主要内容•图像信息处理•音频信息处理•视频信息处理•常用计算机动画软件•计算机动画的应用一、数字图像类型在计算机中，图像是以数字方式来记录、处理和保存的，所有图像都属于数字化图像。数字图像大致可以分为图形（Graphics）和图像（Image）这两种类型。图形一般指用计算机绘制的画面，如直线、圆、圆弧、任意曲线和图表等，属于矢量式图像，简称为矢量图。图像则是指由数字化图像设备捕捉和输人的实际场景画面，或以数字化形式存储的任意画面，属于位图式图像，简称为位图。2.1图像信息处理基础二、分辨率与颜色深度1．分辨率•屏幕分辨率•显示分辨率•图像分辨率2．颜色深度3．图像文件与数据量的关系•图像尺寸•颜色深度•图像分辨率2.1图像信息处理基础三、图像颜色模式•位图（Bitmap）模式：使用两种颜色值（黑色和白色）来表示图像中的像素•灰度（Grayscale）模式：使用最多256级灰度•索引颜色（IndexedColor）模式：是单通道图像（8位／像素），具有256种颜色•RGB色彩模式：给彩色图像中每个像素的RGB分量分配一个0～255级的亮度范围值。通过红（R）、绿（G）、蓝（B）3种色光不同亮度的组合，就可以在屏幕上呈现多达1670万种颜色•CMYK色彩模式：源颜色为100％的青色（Cyan）、100％的洋红色（Magenta）、100％的黄色（Yellow）和黑色2.1图像信息处理基础四、图像文件格式•BMP：是一种与设备无关的位图文件格式，支持各种颜色模式，具有色彩真实，层次丰富，不支持多通道存储，文件数据量大等特点。•PSD：是图像编辑软件Photoshop缺省的文件格式•JPG：是联合图片专家组（JPEG）格式，也是图像文件格式中最常用的一种，该文件格式数据量小、图像质量好•GIF：是一种索引颜色模式，只支持256色以下的图像色彩，是用于压缩具有单调颜色和清晰细节图像的标准格式•TIF：是一种灵活的位图图像格式，几乎所有的绘画、图像编辑和页面排版应用程序都支持它2.1图像信息处理基础五、数字图像的获取1．计算机屏幕图像的获取（“抓屏”）2．外部图像的获取•图像扫描•数码照相•数码图像素材库3．利用绘图软件创建图像常用的绘图工具软件有Painter、CorelDraw、PhotoStyler、Photoshop、Illustrator等2.1图像信息处理基础一、数字音频分类•语音：是声音的载体，而且还是一种带有情感的信息媒体•音乐：是数字音频中使用最广泛、作用也较大的一种信息媒体•效果：简称为音效，是一种模拟自然声响的专用声音文件2.2音频信息处理基础二、模拟音频的数字化过程•采样：在多媒体音频软件录音中，我们一般设置采样为22.05Khz或44.1KHz•量化：是先将采样后的信号按整个声波的幅度划分成有限个区段的集合，把落入某个区段内的样值归为一类，并赋于相同的量化值•编码：就是按照一定的格式把经过采样和量化得到的离散数据记录下来，并在有效的数据中加入一些用于纠错、同步和控制的数据2.2音频信息处理基础三、数字音频的文件格式•WAV文件：支持多种音频位数、采样频率和声道，是PC上最为流行的声音文件格式，但其文件尺寸较大，多用于存储简短的声音片断•VOC文件：是Creative公司所使用的标准音频文件格式，也是声霸卡（SoundBlaster）所使用的音频文件格式。•MPEG音频文件—.MP1/.MP2/.MP3：指的是MPEG标准中的音频部分，即MPEG音频层（MPEGAudioLayer）。MPEG音频文件的压缩是一种有损压缩，根据压缩质量和编码复杂程度的不同可分3层，分别对应MP1、MP2和MP3这三种声音文件•RealAudio文件—.RA/.RM/.RAM：是RealNetworks公司开发的一种新型流式音频（StreamingAudio）文件格式，主要用于在低速率的广域网上实时传输音频信息•AIEF文件—.AIF/.AIFF：是苹果计算机公司开发的一种声音文件格式，被Macintosh平台及其应用程序所支持，其他专业音频软件包也同样支持这种格式。2.2音频信息处理基础四、数字音频的获取方法•数字音频的采集：主要指利用声卡和录音软件，将计算机外部的模拟声音信号输入到计算机中，进行采集濑字化、压缩编码、存储的过程。•MIDI音乐的合成：主要是利用支持MIDI接口的专业声卡、MIDI键盘或虚拟钢琴及MIDI制作软件来合成制作MIDI音乐文件。•数字音频库的应用：主要以CD音乐光盘、音效素材光盘、MIDI音乐光盘、MP3光盘、VCD和DVD光盘以及网络数字音乐库的形式存在。2.2音频信息处理基础一、视频基础知识1.视频的定义：指随时间变化的图像，或称为时变图像。视频信号具有以下特点：•内容随时间而变化。•伴随有与画面动作同步的声音（伴音）。2.视频的分类•模拟视频（AnalogVideo）•数字视频（DigitalVideo-DV）3．数字化视频的优点•适合于网络应用•再现性好•便于计算机编辑处理4．视频的应用领域•广播电视•通信•个人娱乐2.3视频信息处理基础二、视频的数字化过程•视频信号的采样：把模拟信号变成了时间上离散的脉冲信号•采样格式：模拟视频的数字化主要包括色彩空间的转换、光栅扫描的转换以及分辨率的统一•量化：是进行幅度上的离散化处理•视频信号的压缩与编码：将采样、量化后的信号转换成数字符号进行传输•数字视频格式：是定义压缩图像和声音数据记录及回放过程的标准2.3视频信息处理基础三、基于多媒体计算机的视频处理系统1．数字视频系统的组成从硬件平台的角度分析，一个视频采集系统要包括视频采集设备、视频信号源设备、大容量存储设备以及配置有相应视频处理软件的高性能计算机系统。2．视频设备及其连接•视频信号源及设备•视频设备与PC的连接3.视频采集的过程4．数字视频的输出2.3视频信息处理基础四、视频文件的类型•AVI文件：是一种音频视像交插记录的数字视频文件格式•MOV文件：Apple公司在其生产的Macintosh机推出的视频格式，即MovieDigitalVideo的文件格式，其文件以MOV为后缀•MEPG文件--MPEG/MPG/DAT格式：将MPEG算法用于压缩全运动视频图像，就可以生成全屏幕活动视频标准文件•RAM格式：是目前在Internet上的跨平台的客户/服务器结构的多媒体应用标准，它采用音频、视频流和同步回放技术来实现在Internet上的流媒体技术，能够在Internet上以28.8kb/s的传输速率提供立体声和连续视频。2.3视频信息处理基础五、非线性编辑系统1．线性编辑与非线性编辑非线性编辑系统的优点：•编辑制作方便•有利于反复编辑和修改•图像与声音的同步对位准确方便•制作图像画面的层次多。2．非线性编辑系统技术特性•具有联机线性编辑和脱机非线性编辑两种方式。•采用了MPEG、JPEG压缩技术和合理的压缩比及完善的视频电路，具有两路实时非线性通道•可兼容Windows平台下所有的音频、视频及多媒体制作软件•音频系统有多轨实时音频通道，真正做到了实时配音•视频有模拟复合信号、S-Video、RGB和模拟分量信号的接口•可实现多机联网3．非线性编辑系统处理视频的过程视频素材的准备和搜集→视频采集及数字化数字视频编辑→预视过程→生成影片→回放或录制2.3视频信息处理基础一、计算机动画基础1．动画的视觉原理动画是根据人们的“视觉暂留”生物现象，通过一系列彼此略有差别的相关的单个画面来产生运动画面，以一定速度的播放可达到画中形象连续变化的效果。2．计算机动画的特点计算机动画是指采用图形与图像的数字处理技术，借助于编程或动画制作软件生成一系列的景物画面。动画（Animation）和视频（Video）都是由一系列静止的画面按照一定的顺序排列而成的，这些静止画面称为帧（Frame）。计算机动画和视频的主要差别类似图形与图像的区别，即帧图像画面的产生方式有所不同。2.4计算机动画基础知识二、实现计算机动画的主要技术•关键帧动画：是计算机动画中最基本并且运用最广泛的动画技术•路径动画：就是用户根据需要设定好一个路径，然后使场景中对象沿着路径进行运动，运动路径是用户画出的动画对象运动的曲线，由关键点控制。•变形动画：基于图像的Morph（变形）是一种常用的二维动画技术；三维Morph变形是指任意两个三维物体之间的插值转换渐变。2.4计算机动画基础知识三、计算机动画的制作方法动画的制作方法有：•利用编程实现。这种方法很容易实现对动画的控制，但不够美观•多媒体创作工具中的动画制作模块。如图片、文字的移动等。•专门的动画制作软件1．二维动画的制作：关键帧（原画）的产生→中间画面的生成→分层制作合成→着色。2．三维动画的制作：建模→编辑材质→贴图→灯光→动画编辑→渲染2.4计算机动画基础知识四、计算机动画制作软件1．二维动画软件•传统动画制作软件•Flash动画软件•GIF动画制作软件2．三维动画软件•小型三维设计软件（TureSpace、Raydream3D、Extream3D、CorelDrearn3D、AnimationMaster、Bayce3D、FormZ、Cool3D、Poser）•中型三维设计软件（LightScape和LightWave）•大型三维设计软件（3DSMax、AutoCAD、MayaSoftimage）2.4计算机动画基础知识五、计算机动画的应用1．二维动画的应用计算机二维动画的应用，早期主要是用于美术动画片的制作方面。现在以计算机辅助设计来代替传统的手工绘制工作，除了应用于电影、电视、美术动画片的制作外，还被广泛应用到多媒体的各个应用领域之中。2．三维动画的应用•影视制作•电脑游戏•科学研究•仿真练习•建筑设计•多媒体制作2.4计算机动画基础知识思考与练习一、思考1．图形和图像有什么区别？它们各自都有哪些优缺点？2．常见的彩色图像的文件格式有哪些，各有哪些特点？JPG格式的文件在保存时怎样控制它的数据量和质量？3．简述模拟音频的数字化过程。4．数字化视频的优点是什么？5．什么是非线性编辑系统，它具有什么特点？6．什么是动画？什么是计算机动画？简述计算机动画与视频的相同点和不同点。7．常用的二维动画制作软件有哪些？各有什么特点？二、上机练习1．利用CakeWalk软件创建和编辑一段MIDI音乐。2．任意选用一种GIF制作软件，利用素材或绘制工具，制作一幅3-4帧的GIF动画。3．利用Cool3D制作具有自己个性的三维文字。