《多媒体技术与应用》电子教案

21世纪高等院校规划教材多媒体技术与应用周朋红主编刘锡东鹿莉霞副主编中国水利水电出版社www.waterpub.com.cnISBN7-5084-2920-6第1章多媒体技术概论本章要点多媒体的定义、特性和分类多媒体的定义、特性和分类多媒体技术发展的关键技术多媒体系统的组成多媒体的应用领域多媒体的概念多媒体：文本、声音、图形、图像和动画等信息的载体，其中两个或者多于两个的组合构成了多媒体。多媒体技术：就是指运用计算机综合处理多媒体信息（文本、声音、图形、图像等）的技术，包括将多种信息建立逻辑连接，进而集成一个具有交互性的系统等等。多媒体系统：利用计算机技术和数字通信网技术来处理和控制多媒体信息的系统多媒体技术的特性集成性实时性交互性高质量多媒体技术的分类基于功能的分类：基于应用的分类：开发系统演示系统培训系统家庭系统多媒体信息咨询系统多媒体管理系统多媒体辅助教育系统多媒体通信系统多媒体技术发展的关键技术存储技术：CD-ROM、大容量硬盘解决了多媒体信息的存储问题；网络传输技术：高速计算机网络可以传送多媒体信息；处理技术：高速位处理技术、专用集成电路技术和亚微米集成电路技术的发展，为多媒体技术提供了高速处理的硬件环境；多媒体压缩技术人机交互技术分布式处理技术多媒体系统的组成多媒体计算机硬件多媒体实时压缩与解压缩多媒体I/O控制及接口创作系统应用系统多媒体的应用领域娱乐教育与培训多媒体办公系统通信系统医疗影像及诊断系统各种咨询服务和广告宣传方面多媒体电子出版物方面第2章多媒体信息的表示本章要点多媒体数据的特性和表现形式文字的表示音频的概念、表示、数字化、音频格式图像和图形的概念、数字化、图像和图形的比较视频的相关概念、彩色电视信号制式、彩色空间变换、视频的数字化、视频文件的类型动画的相关概念、实现动画的主要技术和方法多媒体数据的特性和表现形式数据量巨大数据类型多数据类型间区别大多媒体数据的输入和输出复杂文字的表示西文西文采用ASCII码表示。ASCII是美国信息交换标准代码（AmericanStandardCodeforInformationInterchange）的英文缩写汉字汉字的输入编码•数字编码•拼音码•字型编码汉字内码汉字字模码音频的概念、表示音频（Audio）指的是在20Hz~20kHz的频率范围内的声音，在日常生活中，音频（Audio）信号可分为两类：语音信号和非语音信号。包括:1．波形声音2．语音3．音乐音频数字化、音频格式一个音频信号转换成在计算机中的表示过程如下：1．选择采样频率，进行采样；2．选择分辨率，进行量化；3．形成声音文件在多媒体技术中，存储音频信息的文件格式主要有：WAV文件、VOC文件和MP3文件等。图像与图形图的分类：1.可见的图像：例如照片、图纸和人们创作的各种美术作品等2.图形：用数学公式或者模型描述的图的数字化方法：1.存储图形信息的矢量图文件，称为图形，2.存储图像信息的位图文件，称为图像图的数字化图像的数字化过程分为采样、量化与编码三个步骤矢量图形是用一个指令集合来描述的。这些指令用来描述构成一幅图的所包含的直线、矩形、圆、圆弧、曲线等图形元素，每一个图形元素成为一个自成一体的实体。它具有如颜色、形状、轮廓、大小和屏幕位置等属性，整个作品基本由各种直线、曲线、面以及填充这些线、面之间的丰富的色彩构成。视频的相关概念、彩色电视信号制式•按照处理方式的不同，视频分为模拟视频和数字视频。•彩色电视信号制式：1．NTSC制2．PAL制3．SECAM彩色空间变换、视频的数字化、视频文件的类型彩色空间1．RGB模型2．YUV模型3．RGB与YUV彩色空间变换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为计算机可处理的数字信号。1．视频信号的采样2．量化视频文件的类型：1．AVI2．MOV3．MEPG4．RAM动画的相关概念、实现动画的主要技术和方法动画：是指运动的画面。关键帧动画路径动画变形动画过程动画、粒子动画和群体动画人物动画技术运动捕捉三维扫描技术第3章多媒体数据压缩编码技术本章要点多媒体数据压缩编码的重要性和分类常用压缩编码算法的基本原理及实现技术，预测编码、变换编码（K-L变换、DCT变换）、统计编码（Huffman编码、算术编码）。量化的基本原理和量化器的设计思想静态图像压缩编码的国际标准（JPEG）原理、实现技术，以及动态图像压缩编码的国际标准（MPEG）的基本原理。多媒体数据压缩编码的重要性多媒体数据量巨大存储器的存储容量面临压力信道传输率面临压力计算机的处理速度面临压力所以，应以压缩形式存储和传输多媒体数据压缩编码的分类多媒体数据压缩方法根据不同的分类标准而不同根据质量有无损失可分为：无损压缩和有损压缩。按照其作用域在空间域或频率域上分为：空间方法、变换方法和混合方法。根据是否自适应分为自适应性编码和非适应性编码，一般来说，每一个编码方法都有其相应的自适应算法。按其原理分类也可分为：预测编码、变换编码、量化与矢量量化编码、信息熵编码、分频带编码、结构编码和基于知识的编码。常用压缩编码算法的基本原理及实现技术预测编码：根据离散信号之间存在着一定的相关性，利用前面的一个或多个信号对下一信号进行预测，对实际值和预测值的差进行编码。量化器逆量化器预测器8位PCM样本+)(kSPCM样本+)1(kSe+)1(kSe)(kdq)(kSrkd)(kI常用压缩编码算法的基本原理及实现技术变换编码：先对信号进行某种函数变换，从信号的一种表示空间变换到信号的另一种表示空间，然后在变换后的域上，对变换后的信号进行编码映射变换量化编码存储或传输解码逆变换输入信号恢复数据变换编码的工作过程常用压缩编码算法的基本原理及实现技术统计编码：基于信息统计特性，根据信息出现的概率，采用不同的位数表示信息。包括：哈夫曼编码算术编码形成编码静态图像压缩编码的国际标准（JPEG）原理、实现技术JPEG（JointPhotographicExpertsGroup）是一个通用的静态图像压缩标准JPEG编码的原理简化框图如下图所示：压缩的图象数据表说明表说明编码器①把图像分成8×8的块②DCT正变换③量化器④熵编码器JPEG的工作原理如下图所示恢复图像信道DCT变换量化器熵编码器量化表熵编码表IDCT逆变换逆量化器熵解码器量化表熵编码器源图像数据88块•量化（查表）•熵编码（查表）•传输或存储•解码•逆量化•离散余弦逆变换（IDCT）动态图像压缩编码的国际标准（MPEG）的基本原理MPEG（MotionpictureExpertsGroup）是运动图像专家小组的英文缩写MPEG标准主要有MPEG-l、MPEG-2、MPEG-4和正在制定的MPEG-7等MPEG和JPEG两种压缩方式有哪些相同点，有哪些不同点？•帧内图像数据压缩•帧间图像数据压缩第4章多媒体卡本章要点声卡发展的历史、工作原理、功能、分类及性能指标视频采集系统的组成及视频采集卡的工作原理、性能指标等视频输出卡、MPEG卡、电视接受卡等视频卡的工作原理、功能声卡发展的历史、工作原理1．ADLIB——最早的声卡2．Creative声卡系列声卡采用大规模集成电路设计，即将音频技术范围的各类电路以专用芯片形式集成在声卡上，并可直接插入计算机的扩展槽中使用声卡的功能、分类及性能指标功能：音频的录制与播放；编辑与合成；MIDI接口；文语转换；CD－ROM接口；游戏接口等。分类：根据数据采样量化的位数对声卡进行分类，一般分为8位和16位两种。位数越高，音质越好。声卡的性能指标:1．音频技术指标2．MIDI音频3．声道数4．多音频流输出5．I／O设备接口6．系统参数的可调性7．声卡软件8．总线结构视频采集系统的组成及视频采集卡的工作原理、性能指标等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视频采集卡是安装在计算机扩展槽上的一个硬卡视频采集卡的性能指标:1．接口2．实时压缩功能3．采集分辨率及帧频4．驱动和应用程序视频输出卡、MPEG卡、电视接受卡等视频卡的工作原理、功能TVCoder的功能是把计算机显示器上显示的内容实时地转换为模拟视频信号并输出到电视机或录像机上，还可以把多媒体演示的内容记录到磁带上。MPEG压缩卡用于将视频影像压缩成MPEG的格式。电视卡其工作原理相当于一台数字式电视机。第5章常用多媒体设备本章要点扫描仪的工作原理、分类、性能指标及图像扫描软件CRT、LCD（液晶）投影机的工作原理及性能指标数字视频展示台工作原理及应用彩色打印技术、数码相机、数字摄像机、数字摄像头、语音输入系统等多媒体输入、输出设备的工作原理及应用扫描仪的工作原理、分类、性能指标及图像扫描软件扫描仪是一种计算机输入设备，它可以将各种图片、图纸等资料输入到计算机，转换成数字化图像数据保存和使用图像扫描仪一般分为平板式、胶片式、手持式和滚筒式四种。图像于扫描仪的性能指标主要有分辨率、色彩位数和扫描速度等。OCR软件扮演了—个重要的角色，有些扫描软件中直接集成了OCR功能，同时配合双分辨率功能，使扫描仪的易用性大大提高。因为用户不必再在遇到文字时单独启动OCR软件进行文字部分的扫描，扫描仪会自动对文字部分采用合适的分辨率进行扫描。CRT投影机的工作原理及性能指标CRT（阴极射线管）作为成像器件，它是实现最早、应用最为广泛的一种显示技术。这种投影机可把输入信号源分解成R（红）、G（绿）、B（蓝）3个CRT管投射到荧光屏上，荧光粉在高压作用下发光，经系统放大和会聚，最终在大屏幕上显示出彩色图像。光学系统与CRT管组成投影管，通常所说的三枪投影机就是3个投影管组成的投影机，由于使用内光源，也叫主动式投影方式。CRT技术成熟，显示的图像色彩丰富，还原性好，具有丰富的几何失真调整能力。LCD（液晶）投影机的工作原理及性能指标LCD投影机本身不发光，它使用光源来照明LCD上的影像，再使用投影镜头将影像投影出去。利用液晶的光电效应，即液晶分子在电场作用下排列发生变化，影响其液晶单元的透光率或反射率，从而影响它的光学性质，产生具有不同灰度层次及颜色的图像。LCD投影机分为液晶板和液晶光阀两种数字视频展示台工作原理及应用视频展示台实际上是—个图像采集设备，它的作用是将摄像头拍下来的景物，通过与外部输入、输出设备的配套使用，如通过多媒体投影机、大屏幕背投电视、普通电视机、液晶监视器等设备演示出来。数字视频展示台的应用范围：1．展示实物2．电视会议3．教育教学彩色打印技术的工作原理及应用计算机里，图像上每一个点的色彩都需要用若干二进制位表示的RGB（红／绿／蓝）信息存储起来。屏幕上的RGB颜色并不能直接打印出来，这是因为发光设备（例如计算机显示器）是通过一个使用红、绿、蓝三原色的附加过程产生色彩的，而色彩显示过程则是把各种波长的色彩以不同的比例叠加起来，进而产生各种不同的颜色。数码相机的工作原理及应用数码相机在工作时，外部景物通过镜头将光线会聚到感光器件CCD（电荷耦合器件）上，CCD由数千个独立的光敏元件组成，这些光敏元件通常排列成与取景器相对应的矩阵外界景象所反射的光透过镜头照射在CCD上，并被转换成电荷，每个元件上的电荷量取决于其所受到的光照强度。由与CCD上每一个电荷感应元件最终表现为所拍摄图像的一个像素，因此CCD内部所包含的电荷感应元件集成度越高，像素就越多，最终图像的分辨率自然就会越高。数字摄像头、数字摄像机的工作原理及应用数字摄像头是一种依靠软件和硬件配合的多媒体计算机附属设备。其成像使用CCD或CMOS图像传感器、A/D器件进行，模拟图像到数字图像的转换等部分与数码摄像机是一样的，只是其光电转换器件分辨率差一些。对数字图像的数据压缩和存储等处理工作，则交给计算机系统去做摄像按照摄像机的记录介质和方式可划分