工程硕士计算机课程辅导课件-多媒体.ppt

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1、多媒体技术基础,多媒体个人计算机(MPC)仍是冯.诺依曼计算机(参见图)的一种，其体系结构与其它计算机系统的体系结构在原则上是相同的，只是由于考虑了多媒体的特性在系统结构各层次的内容而有所不同。,6.1 多媒体技术基础知识,冯诺依曼式计算机的基本部件,MPC组成,MPC=PC基本配置+多媒体部件PC基本配置包括：CPU、内存RAM、硬 盘HD、软盘、显卡、键盘、鼠标、显 示器、机箱及电源 多媒体部件包括：光驱、声卡、音箱、视频卡、话筒,媒体(Medium)的含义,含义一：指用以存储信息的实体。例如：磁带、磁盘、光盘和半导体存储器；含义二：指传递信息的载体。例如：数字、文字、声音、图像和图形。多

2、媒体技术中的媒体是指后者。,多媒体技术的相关概念,文字,多媒体,多媒体,多媒体,中的媒体,多媒体技术,教学进程,如何学好多媒体？,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,FRAME 01 FRAME 02 FRAME 03 FRAME 04 FRAME 05 FRAME 06 FRAME 07,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

3、频,音频+视频Audio Vedio Information,视频对象,END,视频数字信号AVI、压缩视频信号MPG,多媒体的概念,定义：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。“多”-多种媒体的表现，多种感官的作用，多 种的设备、多学科的交汇、多领域的应用。“媒”-人与客观世界的中介。“体”-综合、集成的一体化。,多媒体技术的相关概念,“多媒体”一词源自“Multimedia”,Multiple多重、复合,medium的复数形式media介质、媒介和媒体,多媒体技术的概念,利用计算机综合处理多媒体信息-文本、图形、图像、声音等，使多种信息建立逻辑连接，集成为一个系统并

4、具有交互性的技术。,多媒体技术的相关概念,多媒体技术是计算机技术与通信及传媒等结合的技术,计算机,0，1,通 信,大众传媒,文 本,图象图形,声音,视频,MPC,邮 政,电 报,电 话,数字网,ISDN,信息高速,报 纸,广 播,电 影,电 视,HDTV,ITV,多媒体时代,高清晰度电视,交互式 电视,综合业务数字网,6.1.1 多媒体技术的相关概念,6.1.2 媒体的分类,教学进程,6.1.3 多媒体技术的特点,集成性：多媒体技术是多种媒体的有机 集成。集成性主要体现在两个方面：1.多媒体信息的集成。2.操作这些媒体信息的软件工具 和硬件设备的集成。,交互性：通过各种媒体信息、使参与的各方都

5、可以进行编辑、控制和传递。协同性：每一种媒体都有其自身规律，各种媒体之间必须有机地配合才能协调一致。集成性与交互性是多媒体技术特性的精髓！,6.1.4 多媒体的研究内容,图形与图像处理技术 研究如何借助数学的方法和硬件技术的支持，在计算机中生成、处理、编辑、显示图形与图像的一门技术。代表软件：Photoshop,图6-1原始风景图像,图6-2 将图6-1进行仿制处理,多媒体的研究内容,音频与视频处理技术 数字化技术，压缩编码技术、存储技术、传输技术。例：一个馒头引发的血案 胡戈：将很多影片和歌曲进行剪辑而成。代表软件：Premiere,多媒体的研究内容,多媒体通信与分布式处理技术 主要内容包括

6、网络标准的制定、流媒体的传输、超文本技术和实时技术等。流媒体：是目前流行的多媒体技术，是指通过Internet网络传送媒体的技术总称。相对于传统的下载-回放方式而言一种新的从Internet上获得音频和视频等媒体数据的方式，这种方式支持多媒体数据流的实时传输和实时播放，客户可以边接收边播放，使延时大大减少。,多媒体的研究内容,多媒体数据库技术 在多媒体系统中存在着文本、图形、图像、动画、音频和视频等多种媒体信息，那么如何对多媒体数据库对象进行定义、多媒体数据库数据的存取，多媒体数据库的建立、运行、组织、管理和维护是多媒体技术必须解决的关键技术之一。,6.2 图形与图像技术,图形与图像是人类视觉

7、所感受到的一种形象化的信息，其最大特点是直观可见、形象生动。,用计算机指令来描述和绘制的画面一组描述点、线、面等几何图形的大小、形状及其位置、维数的指令集合,能够描绘出物体的轮廓、形状或外部的界限。,图形与图像的概念,1.图形,图形文件只记录生成图的算法和图上的某些特征点，也称矢量图。绘图程序（软件）：CoreDraw、Freehand、Illustrator,图形与图像的概念,1.图形,WMF（Windows Metafile Format）是Windows中常见的一种图元文件格式 DXF（Autodesk Drawing ExchangeFormat）是AutoCAD中的矢量文件格式 3D

8、S3D Studio 的动画原始图形文件,1.图形的常用格式,图形与图像的概念,图像是指由输入设备捕捉的实际场景面，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亮度与颜色等信息，又称为点阵图像或位图图像。,2.图像,图形与图像的概念,2.图像,图形与图像的概念,图像像点,图形与图像的区别,1.图形的常用格式,6.2.3 图像格式,文件,用途,.GIF,GIF格式主要用来交换图片，是Web页上使用最广泛的图标动画格式,.BMP,用于Windows环境下的任何场合,.TIF,用于专业印刷,是平面设计作品的最佳表现,.JPG,

9、可调节图像质量，允许用不同的压缩比对文件进行压缩，表现自然.多用于网络传输。,Photoshop标准格式，支持通道，图层等特征，是非压缩的原始档保存格式,.PSD,6.3 多媒体音频技术,风声、雨声、读书声，声声入耳,声音是携带信息的极其重要的媒体之一，人们日常处理的信息中有20%左右来自声音。,声音：由物体的振动而产生的，通过空气等介质传播的一种连续的波，称为声波。介质：是指空气、液体、固体和电磁波等。,6.3.1 声音,幅振,周期,声音的三个重要指标：振幅、频率和音色。振幅频率音色,6.3.1 声音,以中央台最具影响力的新闻和报纸摘要节目为例，60年代，每分钟播出约185个字；80年代，2

10、00220字；90年代240260字；近几年，每分钟250270字，最快时达到每分钟300多字。成人的一般语速是180250字/分，教育学要求的标准语速为200250字/分。,声音的数字化,采样：每隔一个时间间隔在模拟声音波形上取一个幅度值。量化：即把某一幅度范围内的电压用一个数字表示。编码：即编辑，把量化数据写成计算机的数据格式，即二 进制格式。,作为多媒体计算机必备的硬件 组成部分之一就是处理音频信 息适配器的声卡。声卡(Sound Card)，也叫音频 卡，插在计算机主板的扩展槽口上，是计算机进行声音处理的硬件设备。,1.声卡,6.3.4 音频处理设备,声音适配器,主机箱,主板,音箱,音

11、频信号,音箱,音乐合成发音功能；混音器（Mixer）功能和数字声音效 果处理器（DSP）功能；模拟声音信号的输入和输出功能。,2.声卡的基本功能,6.3.4 音频处理设备,以创新公司的Sound Blaster 16声卡为例，卡面上有一个IDE接口和CD音频接口，同时一般声卡有五个外接接口，分别为扬声器输出(Speaker)、线性输出(Line out)、线路输入(Line in)、麦克风输入(Mic)和MIDI或游戏接口。,3.声卡的外部接口,6.3.4 音频处理设备,Microsoft公司开发的一种音频文件格式，由于Windows本身的影响力，这个格式已经成为了事实上的通用音频格式。通常我

12、们使用WAV格式都是用来保存一些没有压缩的音频。不适于传播和用作聆听，支持的编码技术大部分只能在Windows平台下使用。适合于音频原始素材保存。,1WAV,常见的音频文件格式,MIDI（Music Instrument Digital Interface）就是音乐设备的数字化接口，也称为“数字音序”。MIDI技术本来不是为了电脑发明的，MIDI仅仅是一个通信标准，该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。不过随着在电脑里面引入了支持MIDI合成的声音卡之后MIDI才正式地成为了一种音频格式。MIDI音频数据由乐器的演奏特性控制，通常不带有音频采样。在没有波表硬件或软件配合时

13、，播放出来的声音效果不佳。通常应用与电子乐器的数据交互，乐曲创作等。目前大多数手机铃声都是MIDI音频格式。,2MIDI,常见的音频文件格式,MP3（MPEG-1 Audio Layer 3）是一种在高保真前提下实现的高效压缩技术。它通过对音频数据的有损压缩来实现对文件体积的大幅度缩小，同时也是为数甚少的高音质高压缩率的算法之一。它在运算时剔除了人耳听不到的太高（超过20kHz）或者太低（低于20Hz）频率的声音特性，最后形成具有较高压缩比的MP3文件，在低至64kbps的比特率下提供接近CD音质的音频质量，所以一般的用户很难分辨出高比特率的MP3和CD音质的差别。但专利费用较高，支持的软件和

14、硬件不多。一般应用于,3mp3,常见的音频文件格式,高保真聆听。,WMA（Windows Media Audio）是Windows Media格式中的一个子集，和以往的音频文件编码不同，WMA支持防复制功能，使用方便，支持无失真、有失真、语音压缩方式。在只有64kbps的码率情况下，WMA可以达到接近CD的音质，目前所有的音频播放软件和编辑软件都支持这一格式，并将该格式作为默认文件保存格式之一。WMA并不是针对的个人计算机应用，它应用于音频档案级别保存，网络音频流传输。,4WMA,常见的音频文件格式,6.4 多媒体动画与视频技术,动态图像（动画、视频）是连续渐变、内容相关的静态图像或图形序列按

15、规定的时间次序进行显示，从而构成运动错觉的媒体。同时，人的眼睛有“视觉暂留”的生理现象，利用这一现象，将一系列画面中的物体移动或形状改变很小的图像，以足够快的速度连续播放，人眼就会感觉画面变成了连续流动的影像。,动画就是以每秒1520帧的速度顺序播放静止的图像，每幅图像只是前一幅图像上略有变化，以达到连续的动态效果。著名动画艺术家John Halas指出：“运动是动画的本质”。,6.4.1 动画和视频的基本概念,视频就是指连续地随时间变化的一组图像，有时将视频称为流动图像或运动图像。在视频中，一幅单独的图像称为帧（Frame），每秒钟连续播放的帧数称为帧率，典型的帧率有24帧/秒、25帧/秒和

16、30帧/秒。,6.4.1 动画和视频的基本概念,视频是由实时获取的自然对象，视频信号有模拟信号和数字信号；动画是由人工绘制或计算机等硬件设备产生的图像组成，无模拟信息。此外，生成视频和动画的软件工具也不同。,6.4.1 动画和视频的基本概念,3.动画和视频的区别,计算机动画是指借助于计算机工具生成一系列图像画面并可动态实时播放这些画面的计算机技术。计算机动画是采用连续播放静止图像的方法产生物体运动的效果。,6.4.2 计算机动画,特技加入前,特技加入后,按动画的制作原理分类 1）二维动画 2）三维动画,6.4.2 计算机动画,计算机动画的分类,按运动的控制方法分类 1）关键帧动画2）算法动画,

17、6.4.2 计算机动画,计算机动画的分类,按动画设计方法分类 1）帧动画 2）造型动画,6.4.2 计算机动画,计算机动画的分类,1、GIF动画GIF（Graphics Interchange Format）文件尺寸较小，它可以将大量的被存储的静止图像转化为连续的动画。目前Internet上采用的彩色动画图标文件多为这种格式的GIF文件。2、FLIC动画FLIC（FLC和FLI的统称）动采用的彩色动画文件格式。它被广泛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。,6.4.3 常见的动画文件格式,3、SWF格式SWF是Micromedia公司的产品Flash的矢量动画格式，SW

18、F格式能够与HTML文件充分相容，还能够增添MP3音乐，因而网页上的动画格式就大量选用这种格式，这是成为一种“准”流式媒体文件。它是采用曲线方程来描述运动补偿和形状补偿，所以说缩放动画时画面不会失真，对于描述由几何图形组成的动画非常实用。,6.4.3 常见的动画文件格式,4、AVI格式AVI是对视频、音频文件采用的一种有损压缩方式，该方式的压缩率较高，并可将音频和视频混合到一起，缺点就是画面质量比较差。AVI格式目前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。5、MOV、QT格式MOV、QT都是QuickTime的

19、文件格式，提供了150多种视频效果和200多种MIDI兼容音响和设备的声音效果，能够通过Internet提供实时的数字化信息流、工作流与文件回放，国际标准化组织(ISO)最近选择QuickTime文件格式作为开发MPEG4规范的统一数字媒体存储格式。,6.4.3 常见的动画文件格式,6.4.4 视频处理设备,3.视频卡的功能,(1)将CPU传过来的数字化视频数据，转化成显示器可以接受的格式，再送到显示屏上形成视频。(2)将视频输入接口接收的模拟视频信号送到多制式数字解码器进行解码得到Y、U、V数据，经过A/D变换，转换为数字化视频数据，并以压缩格式保存为数字化视频文件，以便将来进行视频编辑。,

20、1AVI格式AVI(Audio Video Interleaved)是1992年Microsoft公司开发的音频视频交错数字视频格式。AVI格式允许视频和音频交错在一起同步播放，支持256色和RLE压缩。这种视频格式的优点是图像质量好，可以跨多个平台使用，但是其缺点是体积过于庞大，而且压缩标准不统一。目前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断。,6.4.5 常见的视频文件格式,2MPEG格式MPEG（Moving Picture Expert Group）文件格式是运动图像、音频和数据压缩算法的国际标准，具有很

21、好的兼容性，在视频处理过程中，它采用有损压缩方法减少运动图像中的冗余信息，同时保证每秒30帧的图像动态刷新率，几乎所有的计算机软件平台都支持该格式。MPEG的最高压缩比可达2001，压缩效率非常高，同时图像和音响的质量也非常好，并且在微机上有统一的标准格式。目前MPEG格式有三个压缩标准，分别是MPEG-1、MPEG-2、和MPEG-4，另外，MPEG-7与MPEG-21仍处在研发阶段。,6.4.5 常见的视频文件格式,MPEG-1 针对1.5Mbps以下数据传输率的数字存储媒体运动图像及其伴音编码而设计的国际标准。也就是我们通常所见到的VCD制作格式。这种视频格式的文件扩展名包括Mpg、Ml

22、v、Mpe、Mpeg及VCD光盘中的Dat文件等。MPEG-1也被用于数字电话网络上的视频传输，如非对称数字用户线路(ADSL)，视频点播(VOD)，以及教育网络等。同时，MPEG-1也可被用做记录媒体或是在Internet上传输音频。,6.4.5 常见的视频文件格式,(2)MPEG-2 这种格式主要应用在DVD/SVCD的制作（压缩）方面，同时在一些HDTV（高清晰电视广播）和一些高要求视频编辑、处理上面也有相当的应用。MPEG-2还可用于为广播，有线电视网，电缆网络以及卫星直播提供广播级的数字视频。这种视频格式的文件扩展名包括Mpg、Mpe、Mpeg、M2v及DVD光盘上的Vob文件等。,

23、6.4.5 常见的视频文件格式,(3)MPEG-4 是为了播放流式媒体的高质量视频而专门设计的，它可利用很窄的带度，通过帧重建技术，压缩和传输数据，以求使用最少的数据获得最佳的图像质量。MPEG-4最有吸引力的地方在于它能够保存接近于DVD画质的小体积视频文件。这种视频格式的文件扩展名包括Asf、Mov和DivX、Avi等。,6.4.5 常见的视频文件格式,人们通过计算机处理多媒体信息，那就必须将获取的连续多媒体信息用离散的数字化表示，而数字化后的多媒体信息量通常称为海量数据。由于受计算机硬件功能及网络带宽的限制，使计算机对这些多媒体信息的处理与传输非常困难，解决的最佳方法就是将这些数字化后的

24、多媒体信息进行压缩处理。,6.5 多媒体数据压缩技术,数据压缩就是在无失真或允许一定失真的情况下，利用信号的相关性和成熟的数学算法去除源信号中的冗余度，做到以尽可能少的数据表示信源所发出的信号。,6.5.1 数据压缩的概念,1.存储的需要 2.传输的需要,6.5.2 数据压缩的必要性,图像 640 x480 x24=7.03Mbit/帧=0.88MB/帧视频 PAL制式,每秒25帧,数据量为:7.03x25 Mbit/s=22MB/s NTSC制式,每秒30帧,数据量为:7.03x30 Mbit/s=26MB/s声音 44.1x16x2 bit/s=172KB/s,1.图像、音频和视频这些媒体

25、具有很大的压缩潜力，数据存在冗余。2.人的听觉和视觉等具有有限性和不敏感性是多媒体数据压缩提供了另外一种可能性。在不影响或不严重影响多媒体数据所表达的信息的情况下，数据压缩就是利用数据的连续性和相关性，减少数据的冗余量。,6.5.3 数据压缩的可能性,多媒体数据压缩的目的，简单地说就是为了方便多媒体信息的传播和交流，减少多媒体数据占有的存储空间，减少多媒体数据传输所需信道的带宽，最有效地利用有限资源。,6.5.4 数据压缩的目的,压缩比。指原始数据量与压缩后的数据量之比。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。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。解压缩后的恢复效果。指解压缩后的果要好，要尽可能的完全恢复原始数据。,6.5.5 数据压缩的性能指标,1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。,6.5.6 多媒体数据压缩方法,（1）瀑布法（2）螺旋法,6.6.1 两种典型的多媒体应用软件开发模型,