第3章多媒体基础知识

计算机基础第3章多媒体基础知识计算机基础主要内容3.1多媒体技术概述3.2多媒体信息和文件3.3多媒体关键技术3.4多媒体计算机系统3.5计算机网络中的多媒体技术3.1.1多媒体基本概念媒体一是承载信息的物理实体，如磁盘、光盘、半导体存储器、录像带、书刊等。二是表示信息的逻辑载体，如数字、文字、声音、图形图像和视频与动画等。多媒体多媒体（Multimedia）是由两种以上单一媒体融合而成的信息综合表现形式，是多种媒体的综合、处理和利用的结果。多媒体实际上，多媒体是将不同表现形式的各种媒体信息数字化，然后利用计算机对数字化的媒体信息进行加工或处理，通过逻辑连接形成有机整体，同时实现交互控制，以一种友好的方式供用户使用。多媒体技术多媒体技术是以计算机（或微处理芯片）为中心，将文本、图形图像、音频、视频和动画等多种媒体信息通过计算机进行数字化综合处理，使多种媒体信息建立逻辑连接，并集成一个具有交互性的系统技术。多媒体技术的特征（1）多样性（2）集成性（3）交互性（4）实时性（5）数字化电视是多媒体吗？3.1.3多媒体技术的应用在家庭娱乐方面在教育培训方面在信息咨询方面在电子出版物方面在网络及通信方面3.2多媒体信息与文件文本文本是以文字、数字和各种符号表达的信息形式，是现实生活中使用最多的信息媒体，主要用于对知识的描述。文本有两种主要形式：格式化文本和无格式化文本。图形图形是指用计算机绘图软件绘制的从点、线、面到三维空间的各种有规则的图形。如直线、矩形、圆、多边形以及其他可用角度、坐标和距离来表示的几何图形。多媒体信息的基本要素图像这里所指的是静止图像。图像可以从现实世界中捕获，也可以利用计算机产生数字化图像。图像是由单位像素组成的位图来描述的，每个像素点都用二进制数编码，用来反映像素点的颜色和亮度。图形与图像的区别（5）表现力不同（4）处理显示速度不同（3）处理操作不同（2）数据记录方式不同（1）构造原理不同音频音频是指在20Hz～20KHz频率范围的连续变化的声波信号，声音具有音调、音强、音色三要素。音调与频率有关，音强与幅度有关，音色由混入基音的泛音所决定的。从用途上可分为语音、音乐和合成音效3种形式，从处理的角度可分为波形音频和MIDI音频等。波形音频（1）波形音频：是以数字方式来表示声波，即利用声卡等专用设备对语音、音乐、效果声等声波进行采样、量化和编码，使之转化成数字形式，并压缩存储，使用时再解码还原成原始的声波波形。（2）MIDI音频：MIDI即电子乐器数字接口，MIDI技术最初应用在电子乐器上用来记录乐手的弹奏，以便以后重播。后来引入支持MIDI合成的声卡之后才正式地成为了一种计算机的数字音频格式。MIDI是一种记录“乐谱”和音符演奏方式的数字指令序列音频格式，数据量极小。视频视频是指从摄像机、录像机、影碟机以及电视接收机等影像输出设备得到的连续活动图像信号，即若干有联系的图像数据连续播放便形成了视频。电视主要有3大制式，即NTSC(525/60)、PAL(625/50)、SECAM(625/50)动画动画则是采用计算机动画设计软件创作由若干幅图像进行连续播放而产生的具有运动感觉的连续画面。（1）具有不同的格式（2）占用空间巨大（3）不同的多媒体文件应使用不同的工具来制作CompanyName3.3多媒体关键技术大容量存储技术数据压缩和解压缩技术技术超文本和超媒体技术技术虚拟现实技术3.3.1大容量存储技术多媒体信息存储技术主要研究多媒体信息的逻辑组织、存储体的物理特性、逻辑组织到物理组织的映射关系、多媒体信息的存取访问方法、访问速度、存储可靠性等问题，具体技术包括磁盘存储技术、光存储技术以及其他存储技术。3.3.2数据压缩和解压缩技术多媒体数据压缩编码技术是多媒体技术中最为关键的技术。数字化后的多媒体信息的数据量非常庞大，例如，对于在彩色电视信号的动态视频图像，数字化处理后的1秒钟数据量达十多MB，650MB容量的CD－ROM仅能存1分钟的原始电视数据。超大数据量给存储器的存储容量、带宽及计算机的处理速度都带来极大的压力，因此，需要通过多媒体数据压缩编码技术来解决数据存储与信息传输的问题。1.空间冗余在任何一幅图像中，均有由许多灰度或颜色都相同的邻近像素组成的区域，它们形成了一个性质相同的集合块，即它们相互之间具有空间（或空域）上的强相关性，在图像中就表现为空间冗余。2.时间冗余序列图像（电视图像、运动图像）表示中经常包含的冗余。图像序列中两幅相邻的图像有较大的相关，这反映为时间冗余。3.视觉听觉冗余人类视觉系统的一般分辨能力估计为26灰度等级，而一般图像的量化采用的是28的灰度等级。像这样的冗余，我们称之为视觉冗余。4.信息熵冗余也称编码冗余。如果图像中平均每个像素使用的比特数大于该图像的信息熵，则图像中存在冗余，这种冗余称为信息熵冗余。5.结构冗余在有些图像的纹理区，图像的像素值存在着明显的分布模式。例如，方格状的板图案等，我们称此为结构冗余。已知分布模式，可以通过某一过程生成图像。6.知识冗余有些图像的理解与某些知识有相当大的相关性。例如：狗的图像有固定的结构，比如，狗有四条腿，头部有眼、鼻、耳朵，有尾巴等。这类规律性的结构可由先验知识和背景知识得到，我们称此类冗余为知识冗余。图像数据压缩的依据图像数据中有许多重复的数据，使用数学方法来表示这些重复数据就可以减少数据量；人眼睛对图像细节和颜色的辨认有一个极限，把超过极限的部分去掉，这也就达到了数据压缩的目的。与数据压缩相对应的处理称为解压缩，又称数据还原。它是将压缩数据通过一定的解码算法还原到原始信息的过程。通常，人们把包括压缩与解压缩内容的技术统称为数据压缩技术。进行数据压缩时考虑的问题压缩比要大压缩前后所需要的信息存储量之比要大恢复效果要好尽可能恢复原始数据压缩算法要简单压缩、解压的速度要快，尽可能做到实时压缩解压数据压缩类型：无损压缩此种方法的解码图像与原始图像严格相同。RLE行程编码、Huffman编码、算术编码、LZW编码等有损压缩此种方法的解码图像与原始图像存在一定的误差，但视觉效果一般可以接受，压缩比可以从几倍到上百倍调节。PCM编码、预测编码、变换编码等混合压缩JPEG、MPEG3.3.4虚拟现实技术虚拟现实（VirtualReality，简称VR）技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统，一种逼真地模拟人在自然环境中视觉、听觉和运动等行为的高级人机交互（界面）技术。虚拟现实技术是多媒体技术的重要发展和应用方向，旨在为用户提供一种身临其境和多感觉通道的体验，寻求最佳的人机通讯方式。虚拟现实设备。从左上到右下分别为遥控手柄、感应头盔、数据手套和另一个遥控手柄3.4多媒体计算机系统视频卡录像机影碟机电视机声卡打印机光盘机摄像机MIDI设备音响设备通信设备音箱扫描仪MPC——MultimediaPersonalComputer多媒体个人计算机符合MPC标准的具有多媒体功能的个人计算机多媒体个人计算机(MultimediaPersonalComputer，简称MPC)，是指具有多媒体功能的个人计算机。它是在PC基础上增加一些硬件板卡及相应软件，使其具有综合处理文字、声音、图像视频等多种媒体信息的功能。PC+CD-ROM+声卡+音箱（或耳机）=MPCMPC的硬件标准MPC-1标准(1991年公布)设备标准配置推荐配置CPU386SX386DXor486SX时钟16MHz内存2MB4MB硬盘30MB80MB接口串行、并行、游戏棒接口MIDIMIDI合成、混音接口显示VGA模式，分辨率640×480，16色256色激光驱动器单速CD-ROM，数据传输速率150KByte/s声音输入/重放mV级灵敏度输入，耳机、扬声器输出声卡8bit/11.025kHz采样，11.025和22.05kHz输出操作系统DOS3.1版本或以上，Windows3.0带多媒体扩展模块MPC的硬件标准设备标准配置推荐配置CPU486SXor兼容CPU486DXorDX2时钟25MHz内存4MB8MB硬盘160MB400MB接口串行、并行、游戏棒接口MIDIMIDI合成、混音接口显示VGA模式，分辨率640×480，256色65536色激光驱动器倍速CD-ROM，数据传输速率300KByte/s声音输入/重放mV级灵敏度输入，耳机、扬声器输出声卡16bit采样，11.025、22.05kHz和44.1kHz输出操作系统DOS3.1版本或以上，Windows3.1带多媒体扩展模块MPC-2标准(1993年5月公布)MPC的硬件标准设备标准配置CPUPentiumCPU或兼容CPU时钟75MHz内存8MB硬盘540MB接口串行、并行、游戏棒接口MIDIMIDI合成、混音接口显示VGA模式，分辨率640×480，64K色激光驱动器4倍速CD-ROM，数据传输速率600KByte/s视频播放NTSC制:30帧/秒，分辨率352×240PAL制:24帧/秒，分辨率352×288数据格式:MPEG-1压缩格式MPC-3标准(1995年6月公布)MPC1.0MPC2.0MPC3.0MPC4.0MPC5.0CPU80386SX/1680486SX/25Pentium75Pentium133PentiumⅡ/Ⅲ内存容量2MB4MB8MB16MB32MB/64MB硬盘容量80MB160MB850MB1.6GB3.2GB/6.4GBCD-ROM速度1X2X4X10x20x/40x声卡8位16位16位16位16/32位图像256色65535色16位真彩32位真彩32位真彩分辨率640×480640×480800×6001280×10241280×1024软驱1.44MB1.44MB1.44MB1.44MB1.44MB操作系统Windows3.xWindows3.xWindows95Windows95Windows95/Windows98MPC技术规格1991199319951996键盘显示器内存储器中央处理器显示卡声卡CD-ROM外存储器音响设备鼠标MPC的主要特征1)具有激光驱动器2)输入手段丰富3)输出种类多、质量高4)显示质量高5)具有丰富的软件资源多媒体软件系统5.多媒体应用系统4．多媒体开发软件3．多媒体信息处理软件2．多媒体操作系统1．多媒体设备驱动程序•其他多媒体I/O设备•软件系统•第4层•多媒体操作系统•第1层•计算机硬件•硬件系统•第2层•多媒体扩展硬件（音频、视频卡）•第3层•多媒体I/O驱动程序•第5层•多媒体信息处理软件•第6层•多媒体开发工具•第7层•多媒体应用系统3.5计算机网络中的多媒体技术1．多媒体网络应用2．多媒体信息传输对网络性能的要求3．流媒体技术计算机基础