多媒体技术

第九章多媒体技术多媒体时代已经到来！内容提要多媒体技术的基本概念图像处理软件PhotoShopCS4多媒体信息的数字化和压缩技术动画制作软件FlashCS4§9.1多媒体技术的基本概念多媒体媒体（Medium）Thingsinthemiddle信息传送和存储的最基本技术和手段。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以交互方式将文本、图形、图像、音频、视频等多种媒体信息，经过计算机设备的获取、操作、编辑、存储等综合处理后，以单独或合成的形态表现出来的技术方法。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。多媒体技术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。其功能包括多媒体的录入、压缩、储存、解压缩、变换、传输、播放、显示等。以计算机技术为核心。§9.1多媒体技术的基本概念多媒体技术的特性数字化数字化信息的高速、清晰、直接、仿真是前所未有的。集成性以计算机为中心综合多种信息媒体。包括媒体的集成以及多媒体设备的集成。包括信息的多通道统一获取、统一组织和存储、表现合成等。实时性多媒体技术必须支持实施处理。多样性计算机所能处理的信息空间范围扩展放大—不再局限于数值、文本或图形和图像。交互性人和计算机可以“对话”，进行交互操作。§9.1多媒体技术的基本概念多媒体信息处理的关键技术数字化技术多媒体信号的数字化处理是多媒体技术发展的前提和基础。数据压缩技术数字化的音频、视频信号数据量非常大，必须进行处理。多媒体数据的压缩冗余度很大，具有很大压缩潜力。超大规模集成电路制造技术VLSI多媒体信息的处理需要进行大量的计算，必须要有高速的数字信号处理器芯片支持。大容量光盘存储器数字化的多媒体信息经过压缩处理后仍然包含大量的数据。多媒体同步技术多媒体技术需要同时处理多种多媒体信息，各种媒体信息之间往往存在着一定的依从关系。超文本与超媒体多媒体计算机处理的信息之间呈现着丰富而复杂的关联结构。相互关联的文本信息按照逻辑关系组成一个个相对独立的信息块——结点Node每个结点之间都有若干个互相指向的指针——链Link用链将各结点连接起来——网Network超文本和超媒体§9.1多媒体技术的基本概念多媒体技术的应用领域教育培训休闲旅游商业广告影视娱乐电子出版过程模拟信息管理军事模拟网络应用多媒体技术的发展方向智能化三维化§9.2多媒体信息的数字化和压缩技术9.2.1音频信息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。音频信息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）。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§9.2多媒体信息的数字化和压缩技术音频的数字化过程模拟信号→采样→量化→编码→数字信号产生声音；对模拟音频进行采样、量化，编码为一定字长的二进制序列；在计算机内传输和存储；播放时，由数/模转换器解码，将二进制恢复为原始声音信号，由音响设备输出。声音的压缩与合成存储量=采样频率×量化位数/8×声道数×时间1分钟的双声道、采样频率为44.1KHz、采样精度为16位的立体声：44100×16/8×2×60=10584000≈10.3MB数据压缩的方法无损压缩有损压缩声音合成调频合成波表合成§9.2多媒体信息的数字化和压缩技术音频信息常见数字音频文件的格式WAV文件MIDI文件CD音轨文件MP3文件WMA文件AU文件§9.2多媒体信息的数字化和压缩技术图形和图像图形和图像的关系图形是矢量；图像是位图图形的显示依据图元的顺序；图像的显示与图像内容无关图形可以变换而无失真；图像变换则会发生失真图形能以图元为单位进行编辑；图像则不行；图形实际是对图像的抽象计算机图像的类型位图（Bit-mappedGraphics）矢量图（VectorGraphics）§9.3多媒体信息的数字化和压缩技术9.2.2图形和图像计算机图像的技术参数分辨率屏幕分辨率（ScreenResolution）图像分辨率（ImageResolution）像素分辨率（PixelResolution）图像深度指存储每个像素所用的二进制位数，度量图像的质量。图像颜色数一幅位图图像中最多使用的颜色数。计算机图像文件的大小图像数据量=图像的总像素×图像深度/8（B）一幅分辨率为640×480的256色原始图像的大小：640（列）×480（行）×8/8=307200B=300KB一幅分辨率为640×480的真彩色（24位）图像的大小：640（列）×480（行）×24/8=921600B=900KB≈0.879MB图形和图像常用的计算机图像文件格式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图形和图像常用的计算机图像文件格式JPG（MicrosoftWindowsMetafile）[图像类型]压缩位图（光栅）图像[使用背景]摄影图像的存储和显示[版权所有]JointPhotographicExpertsGroup（联合摄影专家组）[支持软件]桌面出版、图形艺术、视频捕获[优点]支持24位颜色，并保留照片和其它连续色调图像中存在的亮度和色相的显著和细微变化，多平台广泛支持[缺点]每次以JPEG格式存储图像时都会产生损失，损失累积会造成图像质量严重下降图形和图像常用的计算机图像文件格式GIF（GraphicsInterchangeFormat）图形交换格式[图像类型]压缩位图（光栅）图像[使用背景]图像网络传输[版权所有]Unysis公司[支持软件]桌面出版、图形艺术、视频捕获[优点]磁盘空间占用较少，支持动态和单色透明效果，渐显方式[缺点]GIF是一种8位彩色文件格式，不能存储超过256色的图像图形和图像常用的计算机图像文件格式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图形和图像常用的计算机图像文件格式PNG（PortableNetworkGraphicFormat）流式网络图形格式[图像类型]位图图像，使用无损压缩。[使用背景]应用于Java程序或网页中。[版权所有]无[支持软件]网络应用[优点]压缩比高，文件容量小。[缺点]多用于图标文件使用。图形和图像常用的计算机图像文件格式PDF（PortableDocumentFormat）可移植文档图形格式[图像类型]以PostScriptLevel2语言为基础，覆盖矢量图像和点阵图形，支持超链接。[使用背景]电子出版软件的文档格式。[版权所有]Adobe公司[支持软件]PDF文件阅读器，如AdobeReader。[优点]与操作系统无关。用PDF制作的电子书具有纸版书的质感和阅读效果，可以“逼真地”展现原书的原貌，而显示大小可任意调节，给读者提供了个性化的阅读方式。[缺点]难以编辑处理。§9.2多媒体信息的数字化和压缩技术9.2.3视频信息视频信号的制式NTSC制式每秒30帧，水平扫描线为525条，水平分辨率为240~400像素，隔行扫描。PAL制式每秒25帧，水平扫描线为625条，水平分辨率为240~400像素，隔行扫描。SECAM制式每秒25帧，水平扫描线为525条，水平分辨率为625像素。视频信号的数字化模拟信号转换成数字信号——模数转换数字信号转换成模拟信号——数模转换视频信息的大小分辨率为分辨率为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(列)×1024(行)×24/8×30(帧/秒)×60秒(字节/230)GB=6.59GB§9.2多媒体信息的数字化和压缩技术视频信息动画文件的格式FLIC动画Autodesk公司出品使用无损压缩方法，画面效果十分清晰，本身不能存储同步声音。应用于动画图形中的动画序列、计算机辅助设计和计算机游戏应用程序MMM动画微软公司多媒体动画文件格式。由Director软件生成。一般集成在应用程序中。SWF动画由Flash制作的矢量动画格式。在缩放时不会失真。可以与HTML文件充分结合，并能添加MP3音乐，广泛应用于网页中。视频文件的格式AVI（Audio-Videolnter1eaved）是目前较为流行的视频文件格式，采用有损压缩技术。主要应用在多媒体光盘上，用来保存电影、电视等各种影像信息，有时也出现在Internet上，供用户下载、欣赏新影片的精彩片段。常用的AVI视频编码器有InterIndeo5.03、MicrosoftRLE、MicrosoftVideo、CinepakCodecbyRadius等。常用的AVI音频编码器有：InterAudioSoftware、TrueSpeech、MicrosoftGSM、MS-ADPCM等。DVAVI的格式是一种伴随着DV摄像机而出现的新数字视频文件格式。视频文件的格式RM格式RealMedia，是RealNetworks公司所制定的音频视频压缩规范。可以根据不同的网络传输速率制定出不同的压缩比率，从而实现在低速率的网络上进行影像数据实时传输和播放。视频文件的格式RMVB格式RealMediaVariableBit打破RM格式平均压缩采样的方式，在保证平均压缩比的基础上，设定了一般为平均采样率2倍的最大采样率值。接近DVD品质的视听效果。用RealPlayer、暴风影音等播放软件播放。视频文件的格式WMV格式WindowsMediaVideo，微软公司推出的流媒体格式。同等视频质量下，WMV的文件容量非常小，适合在网络上播放和传输。网络播放。视频文件的格式MPG格式MPG文件以MPEG压缩和解压缩技术为基础对全运动视频图像进行压缩，并配以具有接近CD音质的伴音信息。根据内部使用的视频压缩编码不同，MPG格式还可以细分为Mpeg-1、Mpeg-2和Mpeg-4格式，通常其文件名后缀都是MPG。视频文件的格式3GP格式3rdGenerationPartnershipProject，一种流媒体视频编码格式。能够发送大量的数据到移动电话网络。MP4的简化版本，减少了存储空间和频宽需求，适用于手机等移动设备。两种标准：3GPP3GPP2§9.2多媒体信息的数字化和压缩技术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）