第五章 多媒体技术

第五章多媒体技术本章讲解提纲5.1多媒体技术基础5.3图像5.4动画5.5视频5.2音频5.6多媒体数据压缩5.1多媒体技术基础5.1.1多媒体相关概念1.媒体在计算机领域中，所谓媒体是指传递信息的载体，如数字、文字、声音、图像和图形。例如大家使用的智能手机，我们每天都刷朋友圈，那么获得信息的媒介就是上面的图文并茂。文字多媒体多媒体多媒体中的媒体●多媒体技术教学进程文字图形矢量图形对象●通过计算而描述的矢量图形文字图形图像位图图像对象●用像素点描述的自然影像文字图形图像动画多画面帧动画单画面矢量动画FRAME01FRAME02FRAME03FRAME04FRAME05FRAME06FRAME07动画对象●单画面矢量动画、多画面帧动画文字图形图像动画音频●midi音频●wav音频●mp3压缩音频音频对象●音频数字信号、压缩音频信号文字图形图像动画音频视频音频+视频AudioVedioInformation视频对象●END视频数字信号AVI、压缩视频信号MPG2.媒体的种类1）感觉媒体：如语言、音乐、自然界中的各种声音、图像、动画、文本等。2）表示媒体：如语言编码、文本编码、图像编码、电报码、条形码等等。3）显示媒体：包括鼠标器、键盘、扫描仪、摄像机、光笔、话筒、显示器、音箱和打印机等。4）存储媒体：有磁带、磁盘、光盘等。5）传输媒体：如电话线、同轴电缆、光纤等。3.多媒体的定义多媒体是多种信息载体的表现形式和传递方式，就是用多种媒介方法传输信息。在计算机的控制下，多媒体是将文字、图形、图像、声音、动画和视频等多种类型的媒体混合在一起的信息交流和传输工具。4.多媒体技术的定义多媒体技术是计算机技术、通信技术、音频技术、视频技术、图像压缩技术、文字处理技术等多种技术的一种综合技术。简单地说：多媒体技术就是把声、文、图、像和计算机结合在一起的技术。5.2音频5.2.1声音的特性声音的定义：声音是由物体的振动产生的，是一种机械振动波。可以用正弦波y=Asin(x)或余弦y=Acos(x)来模拟表示。声源：是一种振动源，它使周围的介质产生振动，并以波的形式进行传播。传播介质：主要指空气、液体、固体等。声音主要有两个参数：频率（反映音调）和振幅（反映强弱）。声音的分类：根据声波的特征，可以将其分为规则声音和不规则声音。其中规则声音又可以分为语音、音乐和音效，不规则声音指的是噪音。人可听到的频率范围：20Hz〜20kHz。低于20Hz为次声波，比如大象的叫声；高于20kHz为超声波，比如海豚的叫声。声音的频率次声波人耳可听域超声波20Hz20～20,000Hz20,000Hz女性语音150Hz～10,000Hz电话语音200Hz～3,400Hz调幅广播(AM)50Hz～7,000Hz调频广播(FM)20Hz～15,000Hz高级音响10Hz～40,000Hz男性语音100Hz～9,000Hz声源种类频带宽度●声音4级质量标准：数字激光唱盘CD-DA质量，其信号带宽为10〜20kHz;调频广播FM质量，其信号带宽为20〜15kHz;调幅广播AM质量，其信号带宽为50〜7kHz;电话的话音质量，其信号带宽为200〜3400Hz。其中数字激光唱盘的声音质量最高，电话的话音质量最低。●声音的三要素●音调——(高低)(高)(低)●音强——(强弱)(弱)(强)(停)●音色——(特质)钢琴吉他小号小提琴声音的基本表示形式：模拟音频和数字音频。5.3图像5.3.1图像的基本概念及属性1.图像信号的分类计算机中的图形图像分为矢量图和位图。（1）矢量图矢量图（Vector-basedimage）是用一系列计算机指令来描述和记录一幅图，这些指令是用来描述点、线、面等几何图形的大小、形状、及其位置、维数的集合，能够描绘出物体的轮廓、形状或外部的界限。（2）位图图像是指由输入设备捕捉的实际场景画面，或以数字化形式存储的任意画面。静止图像是由一些排列成行和列的点组成的矩阵，数组中的各项数字是用来描述构成图像的各个点的强度与颜色等信息，称之为位图。（3）矢量图与位图的比较图像类型文件内容文件大小显示速度应用特点矢量图图形指令与图的复杂程度有关，文件数据量小图越复杂，显示越慢易于编辑，适合“绘制”，但表现力弱位图图像点阵数据与图的尺寸和颜色有关，文件数据量大与图的内容有关适合“获取”和“复制”表现力强，但编辑比较复杂2.分辨率（1）显示分辨率：显示分辨率是显示器在显示图像时的分辨率，分辨率是用点来衡量的，显示器上这个“点”就是指像素(pixel)。显示分辨率的数值是指整个显示器所有可视面积上水平像素和垂直像素的数量。例如800×600的分辨率，是指在整个屏幕上水平显示800个像素，垂直显示600个像素。（2）图像分辨率：图像分辨率指图像中存储的信息量，是每英寸图像内有多少个像素点，分辨率的单位为PPI，通常叫做：像素/每英寸。对同样大小的一幅图，组成像素数目越多，则说明图像的分辨率越高，看起来图像就越逼真；反之，图像会显得粗糙。（3）打印分辨率：打印机分辨率又称为输出分辨率，是指在打印输出时横向和纵向两个方向上每英寸最多能够打印的点数，通常以“点/英寸”即DPI表示。（1）色调又称为色相是当人眼看到一种或多种波长的光时所产生的彩色感觉2.色彩三要素(决定画面色彩的主要因素)5.3.2图像的颜色构成1.颜色的定义颜色是光的辐射刺激视网膜而引起观察者通过视觉而获得的景象。（2）饱和度是指颜色的纯度即掺入白光的程度，或者说是指颜色的深浅程度。对于同一色调的彩色光，饱和度越深颜色越鲜明或者说越纯。例如，当红色加进白光之后冲淡为粉红色，其基本色调还是红色，但饱和度降低。（3）亮度是视觉系统对可见物体辐射或者发光多少的感知属性。是光作用于人眼时所引起的明亮程度的感觉，它与被观察物体的发光强度有关，由于其强度不同，看起来可能亮一些或暗一些。显然，彩色光的强度(降)→黑色，强度(升)→白色。（1）黑白图像：图像的每个像素只能是黑或者白，没有中间的过渡，故又称为二值图像。二值图像的颜色深度为1。（2）灰度图像：每个像素的信息由一个量化的灰度级来描述的图像，没有彩色信息，只有256级的明暗变化，颜色深度为8。（3）彩色图像：每个像素的信息由RGB三原色构成的图像，其中RGB是由不同的灰度级来描述的，颜色深度为24。3.颜色深度颜色深度简单说就是最多支持多少种颜色。一般是用“位”来描述的。5.4动画5.4.1动画的基本概念1.动画的产生原理动画是通过在某种介质上记录一系列单个画面，并通过以一定的速率回放所记录的画面而产生运动视觉的技术。它的基本原理与电影、电视一样，都是视觉原理，也称视觉暂留现象。医学已证明，人类具有“视觉暂留”的特性，就是说人的眼睛看到一幅画或一个物体后，在1/24秒内不会消失。2.动画的分类（1）传统动画：利用了电影原理，即人眼的视觉暂留现象，将一张张逐渐变化的并能清楚地反映一个连续动态过程的静止画面，经过摄像机逐帧地拍摄编辑，再通过电视的播放系统，使之在屏幕上活动起来。（2）计算机动画：计算机动画的关键技术体现在计算机动画制作软件及硬件上。（3）全动画：全动画是指在动画制作中，为了追求画面的完美、动作的细腻和流畅，按照每秒播放24幅画面的数量制作的动画。全动画对花费的时间和金钱在所不借，迪斯尼公司出品的大量动画产品就属于这种动画。（4）半动画：半动画又叫“有限动画”，采用少于每秒24幅的绘制画面来表现动画，常见的画面数一般为每秒6幅。5.4.2计算机动画1.计算机动画的分类（1）按动画制作的原理分类1）二维动画。二维动画是平面动画，它是用二维空间来模拟真实三维空间效果，做成一幅一幅的图片然后连续起来成为动画。2）三维动画。三维动画是采用计算机技术，使用相关的软件来模拟真实空间，画中的景物有正面、侧面和顶面，调整三维空间的视点，能够看到不同的内容。设计过程中，首先对设计对象进行三维造型，然后再进行对象运行或变形轨迹分析。三维动画具有前后（纵深）的运动效果，所以增加了立体感和空间感。其画面效果真实感强。（2）按运动的控制方法分类1）关键帧动画。在动画画面相邻部分形状或内容变化不大的情况下，制作两个关键帧，利用电脑采用补偿内插生成中间帧序列。关键帧以及背景画面，可以用摄像机、扫描仪、数字化仪直接实现数字化输入，这大大改进了传统动画画面的制作过程。如Flash软件中，帧、关键帧和空白关键的使用。2）算法动画。算法动画又称为实时动画，它是采用各种算法来实现运动物体的运动控制或模拟摄像机的运动控制，为了用户利用计算机制作动画方便，一般动画制作软件对于光照效果和水的波纹等特效都有相应的算法在支持，一般适用于三维动画，一个动画制作软件的好坏主要取决于该软件所具有算法功能的强弱。（3）按动画设计方法分类1）帧动画。帧动画是由一幅幅位图组成的连续画面，这是产生各种动画的最基本方法。通过计算机来处理传统动画，画面是通过逐帧图像的更替造成的运动效果。很适合于表演细腻的动画。2）造型动画。造型动画是对每一个运行的对象分别进行设计，并构造每一个对象的特征，然后用这些对象组成完整的画面，并可以进行实时变换，从而生成视觉动画。在造型设计上，要求动画人物“形象生动、动态夸张、表情风趣、结构准确、并始终围绕叙事要求和情节需要”，应具有本民族的美术欣赏习惯和文化元素或者精神面貌的代表性。5.5视频5.5.1视频的基本知识1.视频的概念视频是实时获取的自然对象。视频信号有模拟信号和数字信号之分，模拟视频信号就是常见的电视信号和录像机信号，采用模拟方式对图像进行还原处理，这种图像被称为“视频模拟图像”。5.6多媒体数据压缩5.6.1数据压缩的必要性和可能性1.数据压缩的必要性多媒体数据包含文本、数字、图形、图像、动画、音频和视频等。在多媒体系统中图像和动态视频信息数据量非常之巨大，所需要的存储空间是十分巨大和惊人的。为了存储和传输这些数据，对其进行有效压缩将是多媒体发展中必须要解决的最关键的技术之一。2.数据压缩的可能性1）人的听觉和视觉等具有有限性和不敏感性。2）存在各种数据冗余5.6.2数据压缩的技术指标衡量一种多媒体数据压缩方法的好坏主要有如下的性能指标：1）压缩比。指原始数据量与压缩后的数据量之比。2）压缩算法的复杂程度。指实现多媒体数据压缩的算法要简单。3）压缩与解压缩速度。指解压速度快，尽可能地做到实时压缩和解压。4）解压缩后的恢复效果。指解压缩后的效果要好，要尽可能的完全恢复原始数据。5.6.3数据压缩的方法分类1.无损压缩无损压缩是指对压缩后的多媒体数据进行解压缩,解压缩后的多媒体数据与原来的多媒体数据完全相同，不存在多媒体数据丢失的压缩算法。因此，无损压缩具有可逆性和可恢复性。2.有损压缩有损压缩是指对压缩后的多媒体数据进行解压缩，解压缩后的多媒体数据与原来的数据有所不同,但不会让人对原始资料表达的信息产生误解的压缩算法。因此，有损压缩具有不可逆性和可恢复性。