多媒体技术与教育应用

第一章多媒体技术与教育应用1.1多媒体的基本概念1.2多媒体的关键技术1.3多媒体的教育应用1.1多媒体的基本概念•1.1.1媒体的含义•1.1.2什么是多媒体1.1.1媒体的含义•一、媒体媒体是我们日常生活和工作中经常会用到的词汇，如我们经常把报纸、广播、电视等称为新闻媒体，报纸通过文字、广播通过声音、电视通过图像和声音来传送信息。媒体的英文为“Media”，是指在信息传播过程中，从信息源到受信者之间承载并传递信息的载体或工具。媒体通常分为感觉媒体、表示媒体、表现媒体、存储媒体、传输媒体。1.1.1媒体的含义•二、媒体的含义媒体通常有两种含义：一是指信息的物理载体（即存储和传递信息的实体），如书本、磁盘、光盘、磁带以及相关的播放设备等；二是指信息的表现形式（或者说传播形式），如文字、声音、图像、动画等。多媒体计算机中所说的媒体，是指后者而言，即计算机不仅能处理文字、数值之类的信息，而且还能处理声音、图形、电视图像等各种不同形式的信息。1.1.2什么是多媒体•一、多媒体的概念•多媒体技术多媒体技术不是各种信息媒体的简单复合，它是利用计算机技术把文本、图形、图像、音频、视频和动画等多种媒体信息综合起来，使之建立逻辑连接，集成为一个交互式系统的信息技术。多媒体技术能提供多种信息（文字、数字、声音、图形、图像、视频、动画等）的输入、输出、传输、存储和处理，使表现出来的信息，图文声像并茂，更富有表现力和感染力。二、多媒体信息的类型1.1.2什么是多媒体1.文本（Text）文本是以文字和各种专用符号表达的信息形式，它是现实生活中使用得最多的一种信息存储和传递方式。用文本表达信息给人充分的想象空间，它主要用于对知识的描述性表示，如阐述概念、定义、原理和问题以及显示标题、菜单等内容。2.图像（Image）图像是是决定一个多媒体软件视觉效果的关键因素。图像主要用于表示真实图片和包含复杂细节的绘画等。二、多媒体信息的类型1.1.2什么是多媒体3.图形（Graphic）图形是生活中图像的形象再现，它通过一组指令集来描述构成一幅图景的所有点、线、框、圆、弧、面等几何元素的位置、维数、大小和色彩的二维或三维的图形形状，它的特点是占用空间小。4.声音（Sound）声音是人们用来传递信息、交流感情最方便、最熟悉的方式之一。在多媒体作品中，按其表达形式，可将声音分为讲解、音乐、效果三类。二、多媒体信息的类型1.1.2什么是多媒体5.影像（Video）影像，又称数字视频，非常类似于我们熟知的电影和电视，有声有色，在多媒体中充当重要的角色。视频影像具有时序性与丰富的信息内涵，常用于交待事物的发展过程。6.动画（Animation）动画指连续运动变化的图形图像、活页、连环图画等，是利用人的视觉暂留特性，快速播放一系列连续运动变化的图形图像，也包括画面的缩放、旋转、变换、淡入淡出等特殊效果。1.2多媒体的关键技术•1.3.1音频技术•1.3.2视频技术•1.3.3数字图像技术•1.3.4数据压缩技术•1.3.5超文本技术1.3.1音频技术多媒体音频包括语音、音响和音乐，其主要作用是直接通过讲话表达信息、制造某种效果和气氛、演奏音乐等。在多媒体系统中使用的音频技术主要包括：音频数字化、语音处理、语音合成及语音识别。1.3.1音频技术•一、音频数字化音频的数字化就是通过采样和量化把模拟量表示的音频信号转换成许多由二进制数1和0组成的数字音频信号。采样是每隔一个时间间隔在模拟声音波形上取一个幅度值。对声音波形每秒钟采样的次数称为采样频率。人耳听觉的频率上限在2OkHz左右，为了保证声音不失真，采样频率应在4OkHz左右，目前常用的采样频率为22KHz、44KHz和96KHz等几种。采样频率越高，声音失真越小、音频数据量越大。1.3.1音频技术•一、音频数字化音频的数字化就是通过采样和量化把模拟量表示的音频信号转换成许多由二进制数1和0组成的数字音频信号。采样之后得到的幅度值用二进制的数字表示，称为量化。量化数据位数（也称量化级）是每个采样点能够表示的数据范围，经常采用的有8位和16位。例如，8位量化级表示每个采样点可以表示256个不同量化值，而16位量化级则可表示65536个不同量化值。量化位数越高，音质越好，数据量也越大。1.3.1音频技术•二、声音的存储量反映音频数字化质量的另一个因素是声音通道个数。记录声音时，如果每次生成一个声波数据，称为单声道；每次生成二个声波数据，称为立体声（双声道）。根据采样频率、量化级和声道数，可以估算声音数字化后每秒所需的存储量：存储量=(采样频率×量化位数×声道数)/8(字节数)CD唱盘的采样频率为44.lkHz，量化位数为16位，双声道立体声，则一分钟音乐需要的存储量为：44.1×1000×l6×2×60/8=10，584，000（字节）1.3.1音频技术•三、声音的格式•1.WAV文件•音波文件是标准的数字音频文件，扩展名为WAV，它按照声波的实际振动的波形进行存储，所占的存储空间较大。•2.MIDI文件•MIDI文件记录的不是乐曲本身，而是一些描述乐曲演奏过程的指令，其扩展名为MID。MIDI的文件体积都很小，即使是长达十多分钟的音乐也不过十多K至数十K。多媒体课件中，MIDI音乐可满足需要长时间背景音乐的场合。•3.MP3文件•MP3全称MPEG1layer3，是MPEG1Audio的组成部分。MP3声音文件占用空间非常小，在一张碟片上就能容纳十多个小时的音乐节目，相当于原来的十多张CD唱片，而音质基本不变。MP3格式以极小的声音失真换来高达６到20倍的压缩比。1.3.2视频技术视频技术包括视频数字化和视频编码技术两个方面。•视频数字化是将模拟视频信号经模数转换和彩色空间变换转为计算机可处理的数字信号，使得计算机可以显示和处理视频信号。•视频编码技术是将数字化的视频信号经过编码成为电视信号，从而可以录制到录像带中或在电视上播放。1.3.2视频技术视频模拟信号的数字化过程要经过如下的步骤：•采样，将连续的视频波形信号变为离散量；•量化，将图像幅度信号变为离散的二进制数值；•编码，将数字化的视频信号经过编码成为电视信号，从而可以录制到录像带中或在电视上播放。1.3.2视频技术视频格式：•1.AVI格式•AVI（AudioVideoInterleave）是Microsoft公司开发的一种伴音与视频交叉记录的视频文件格式。这种视频文件格式灵活、兼容好、调用方便、图像质量好，与硬件无关，但文件占用较大的存储空间。•2.MOV格式•MOV是Apple公司为在Macintosh微机上应用视频而推出的文件格式。在多媒体PC机上也可以使用MOV视频文件格式。•3.MPG格式•MPG格式是采用MPEG标准进行压缩的视频格式，包括MPEG-1、MPEG-2和MPEG-4等。MPEG-1被广泛的应用在VCD的制作上；MPEG-2则是应用在DVD的制作方面，同时在一些HDTV（高清晰电视）和一些高标准视频编辑处理上面也有相当的应用；MPEG-4是一种新的压缩算法，使用这种算法的ASF格式可以把一部120分钟长的电影压缩到300M左右的视频流，可供在网上观看。1.3.3数字图像技术•一、数字图像的表示形式数字图像通常有位图和矢量图形两种表示形式。•矢量图形是用一组指令集合来描述图形的内容，这些指令用来描述构成该图形的所有直线、圆、圆弧、矩形、曲线等图元的位置、维数和形状。•位图图像由数字阵列信息组成，用以描述图像中各像素点的强度与颜色。位图适合表现含有大量细节（如明暗变化、场景复杂和多种颜色等）的画面。位图占用存储空间大，一般需要进行数据压缩。直接影响位图显示质量的因素主要有分辨率和图像深度。•二、分辨率分辨率有屏幕分辨率、图像分辨率及像素分辨率三个不同概念，屏幕分辨率是显示屏幕上的最大显示区域，即水平与垂直方向的像素个数；图像分辨率指数字图像的尺寸，即水平与垂直方向的像素个数。图像分辨率与屏幕分辨率可能不同，例如，若图像分辨率为320X240，屏幕分辨率为640x480，则该图像在屏幕上显示时只占据屏幕匹分之一。图像分辨率与屏幕分辨率相同时，显示的图像正好占满整个屏幕区域；图像分辨率大于屏幕分辨率时，屏幕上只能显示出图像的一部分。1.3.3数字图像技术•三、图像深度如果用若干位表示位图中像素的颜色信息，这些位的个数就称为图像深度。深度为1的图像只能有两种颜色（通常为黑色和白色，但也可以是另外两种色调或颜色），通常称为单色图像；深度为4的图像可以有16种颜色，深度为8的图像可表示256种颜色。1.3.3数字图像技术•四、位图图像的存储量位图图像所需的存储空间可用下面的公式计算:文件的字节数=(位图高度×位图宽度×位图深度)/8一幅640X480的256色原始图像（未压缩）的数据量为:(640像素×480像素×8位)/8=307,200字节1.3.3数字图像技术1.3.3数字图像技术•四、位图图像的存储量•1.BMP格式•图像文件的基本格式是BMP位图格式，是把一幅图像的每一像素点的色彩、亮度等信息逐字逐位地记录下来，信息量相当大。•2.JPEG格式•JPG是压缩比最大的格式，属于有损压缩，压缩时会让你在体积和质量之间进行选择。在没有明显质量损失的情况下，压缩比可达1/10。•3.GIF格式•GIF格式是经过压缩的格式，磁盘空间占用较少，其特点之一是能够动态显示，在其内部可以包含若干张单独的画面，在显示时逐一出现，使画面动起来；特点之二，有褪底功能，即可以设置背景为透明。这两种技术使它在多媒体网页制作中大显身手。1.3.4数据压缩技术•一、数据压缩多媒体系统中数字化的声音和图像数据量非常大，对其进行压缩和解压缩是十分必要的。在多媒体原始信息源数据中存在着大量的冗余。例如一幅图像中的很多部分都有着同一颜色，又如一段影像或动画，相邻帧的图像变化很小，这中间存在着重复的数据，这些冗余的数据量，就是可以进行压缩的对象；同时由于人类的视觉、听觉器官具有某种不敏感性，如人眼对边缘剧变不敏感，以及对亮度信息敏感而对颜色分辨力不敏感，可对某些原非冗余的信息进行压缩，从而大幅地提高压缩比。•二、数据压缩方法数据压缩方法主要有无损压缩和有损压缩两种。•无损压缩利用数据的统计冗余进行压缩，可完全恢复原始数据而不引入任何失真，但压缩率一般为2:1到5:1。这类方法广泛用于文本数据、程序和特殊应用场合的图像数据（如指纹图像、医学图像等）的压缩。•有损压缩利用了人类视觉对图像中的某些频率成分不敏感的特性，允许压缩过程中损失一定的信息；虽然不能完全恢复原始数据，但是所损失的部分对理解原始图像的影响较小，却换来了大得多的压缩比。有损压缩广泛应用于语音、图像和视频数据的压缩。1.3.4数据压缩技术•三、数据压缩国际标准•JPEG是适用于彩色和单色多灰度或连续色调静止数字图像的压缩标准，适合于照片、传真和印刷图片。由JPEG(JointPhotographicExpertsGroup)专家组在1991年3月提出，是有损压缩算法，压缩比可达10:1到100:1。•MPEG(MovingPicturesExpertsGroup)是运动图像的压缩标准。MPEG标准有三个组成部分：MPEG视频、MPEG音频、视频与音频的同步。MPEG算法压缩比可以达到60-100倍左右。•MPEG标准有：MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7等。其中VCD是采用MPEG-1标准的；DVD的视频采用MPEG-2压缩标准。1.3.4数据压缩技术1.3.5超文本技术随着多媒体技术与互联网络技术的发展，信息组织与管理的超文本化成为信息传递的基本形式。超文本组织信息的方式与人类的联想记忆方式有相似之处，可以更有效地表达和处理信息，因此在多媒体教学中获得广泛应用。超文本是一种新型的信息管理技术，它以节点为单位组织信息，在节点与节点之间通过表示它们之间关系的链加以连接，构成表达特定内容的信息网络。1.3多媒体教育应用•1.3.1多媒体教育应用的特点•1.3.2多媒体教学的基本模式•1.3.3多媒