第六章 多媒体技术基 础 第六章 多媒体技术n6.1 多媒体技术概述n6.2 多媒体计算机系统n6.3 多媒体信息的数字化和压缩技术 6.1多媒体技术概述 6.1.1 多媒体 媒体 存储信息的物理实体，如磁盘、光盘等 信息的表现形式或载体,如文字、图形、图像、动画、声音等多媒体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，使用的媒体包括文字、图形、图像、声音、动画和电视图像。 多媒体技术 是一种基于计算机的综合技术，包括数字化信息的处理技术、 音频和视频技术、计算机硬件和软件技术、人工智能和模式识 别技术、通信和图像技术等，是一门跨学科的综合技术。6.1.3 多媒体技术的特点(1) 集成性两个方面: 信息媒体的集成，即将各种不同的媒体信息有机地同步，集成为一个完整、协调的多媒体信息；是各种不同的显示或表现媒体设备的集成。(2)交互性多媒体计算机除了可以播放各种媒体信息外，还可以与使用者进行信息交换。(3)实时性声音和活动视频图像的实时同步处理，使声音和图像在播放时不出现停滞。6.1.4 多媒体信息处理的关键技 术 1. 多媒体数据压缩技术节省存储空间，提高通信介质的传输效率，使计算机实时处 理和播放视频、音频信息成为可能。 2. 多媒体数据存储技术数字化数据存储的介质有：硬盘、光盘和磁带等。 3. 集成电路制作技术多媒体处理涉及大量计算,软件通过硬件实现,提高处理速度. 4.多媒体数据库技术 v 研究多媒体信息的特征、建立多媒体数据模型； v 有效地组织和管理多媒体信息； v 多媒体信息的检索和统计。5. 虚拟现实技术 利用计算机生成一种模拟环境，通过多种传感设备，使人能够 沉浸在计算机生成的虚拟境界中，并能够通过语言、手势等自 然的方式与之进行实时交互，创建了一种适人化的多维信息空 间。6. 多媒体网络与通信技术 多媒体通信技术支持是保证多媒体通信实施的条件。6.2 多媒体计算机系统 多媒体系统:具有强大的数据处理能力和数字化媒体设备整合能力，能综合处理多种媒体信息，并提供多媒体信息的输入、编辑、存储和播放等功能 软件 系统多媒体应用系统 多媒体创作工具 多媒体素材制作工具多媒体操作系统 外部设备驱动程序 硬件 系统多媒体外部设备 计算机基本配置1. 多媒体计算机硬件系统话 筒 声 卡音响设备 MIDI设备主机显示器显卡电视机模拟摄像机视频卡USB 口 扫描仪 打印机 数码相机 数码摄像机摄 像头1394口数字摄像头 光驱多媒体接口卡（1）声卡作用：实现模/数、数/模（A/D、D/A）的转换基本功能：录制与播放声音文件。编辑与合成音乐文件。MIDI音乐的合成。性能指标：采样频率、采样的位数。 （2）显卡显示器适配卡，连接主机与显示器的接口卡作用：主机的输出信息转换成字符、图形和颜色 等信息 显示主芯片（GPU）：图像运算和内部控制工作 显示缓存：储存显示芯片涉及的数据 数字模拟转换器（RAMDAC）:数模转换输出接口主要有：VGA 视频图形阵列接口 作用：是将转换好的模拟信号输出到CRT或者LCD显示器中。DVI 数字视频接口，无需转换 DVI-D接口：只能输出数字信号。DVI-I接口：它可输出模拟或数字信号。HDMI高清晰多媒体接口作用：将多媒体数字信息输出到液晶电视机或数字投影仪。（3）视频卡作用：支持视频信号的输入和输出，实现对语音和 活动图像的采集、量化成数字信号，然后压缩编 码成可供编辑处理的视频数据文件。主要是视频采集卡 ：模拟信号采集数字信号采集卡（DV卡或1394卡 ） 2. 多媒体计算机软件系统n多媒体操作系统多媒体数据和多媒体设备的管理和控制功能n多媒体驱动程序完成设备的初始化，控制各种设备操作 n多媒体素材制作软件图像、图形、动画和声音等素材的制作 常用多媒体素材制作软件 多媒体元素典型产品文字记记事本、写字板、Word、WPS图图形AutoCAD、FreeHand、CorelDRAW图图像画图图、PhotoShop、Fireworks、Painter动动画二维维Flash、Toon Boom Studio、 Animator Pro三维维3DS MAX、Maya、Cool 3D声音录录音机、Cool Edit Pro、Audition、Wave Edit 视频视频Movie Marker、Premiere、Ulead Media Studio 常用多媒体创作工具典型产产品特点 Authorware基于图标图标 和流程图为图为 基础础的编辑编辑 工具，常用 于制作课课件。 Director基于通道和时间轴为时间轴为 基础础的编辑编辑 工具，通用 性强。 Tool Book基于描述语语言、以页页面为为基础础的编辑编辑 工具。PowerPoint多媒体教学、演示的工具软软件6.3多媒体信息的数字化和压缩技术 6.3.1数字音频 1.基本概念复杂的声波由许许多具有不同振幅和频率的正弦波组成。 周期T:重复出现的时间间隔; 振幅A:波形相对基线的最大位移, 表示音量的大小;频率f:信号每秒钟变化的次数,即1/T以赫兹(Hz)为单位。2.模拟音频的数字化用计算机对音频信息处理，就要将模拟信号（如语音、音乐 等）转换成维数字信号。采样 每隔一定时间间隔对模拟波形上取一个幅度值。量化 将每个采样点得到的幅度值以数字存储。编码 将采样和量化后的数字数据以一定的格式记录下来模拟信号采样量化编码数字信号振幅频率 1/T采样点T振幅1/TT3.数字音频的技术指标 采样频率、量化位数和声道数采样频率： 每秒钟的采样次数量化位数(采样精度) ：存放采样点振幅值的二进制位数。通常 量化位数有8位、16位，分别表示有28、216个等级。声道数 ：声音通道的个数 ，立体声 为双声道。每秒钟存储声音容量的公式为：采样频率采样精度声道数/8=字节数例如，用44.10 kHz的采样频率，16位的精度存储，则录制1秒钟的 立体声节目，其WAV文件所需的存储量为：44 100162/8=176 400（字节）采样频率和量化参数比较4.数字音频的文件格式 Wave格式文件（. Wav）记录了真实声音的二进制采样数据，通常文件较大。 MIDI格式文件（.MID）数字音乐的国际标准. 记录的是音符数字，文件小。 MPEG音频文件（.MP1/.MP2/.MP3）采用MPEG音频压缩标准进行压缩的文件。 RA格式文件（.ra）RA（Real Audio）是Real Network公司制定的音频压缩规 范，有较高的压缩比，采用流媒体的方式在网上实时播放。 6.3.2数字图像 1.基本概念 图形和图像 图形：由点、线等组成的有边界画面，文件中存放描述图形的指令。 图像：由图像设备输入的无边界画面，数字化后以位图形式存储。 图形与图像的数字化 分辨率（行、列）和颜色深度真彩色每个像素点占3个字节，224=16777216 种颜色。计算存储一秒图像公式：列数行数像素的颜色深度/8 帧/秒=字节数例：12801024分辨率的“真彩色”电视图像， 按每秒30帧计算，显示1分钟，则需要：1280102433060 6.6 GB2.图像的数字化n采样用多少个像素点的“列数行数”表示，分辨率越高，图像越清晰，存 储量也越大。n量化量化是在图像离散化后，将表示图像色彩浓淡的连续变化值离化为整 数值的过程。 把量化时所确定的整数值取值个数称为量化级数,也称 为颜色深度. 图像 采样 量化 数字图像颜色深度黑白图 图像的颜色深度为1，则用一个二进制位1和0表示纯白、纯黑两种情况； 灰度图 图像的颜色深度为8，占一个字节，灰度级别为256级。通过调整黑白两色的程度（称颜色灰度）来有效地显示单色图像；RGB 24位真彩色 彩色图像显示时，由红、绿、蓝三基色通过不同 的强度混合而成，当强度分成256级（值为0255），占24位， 就构成了224=16777216种颜色的“真彩色”图像。灰度图彩色图图像的分辨率和像素位的颜色深度决定了图像文件的大小，计算公式为：列数行数颜色深度8=图像字节数例8.2 当要表示一个分辨率为640480的“24位真彩色”图像，则需要：6404802481MB由此可见，数字化后的图像数据量十分巨大，必须采用编码技术来压缩信息。它是图像传输与存储的关键。2.常用图像文件格式BMP和DIB格式文件与设备无关的位图格式文件，Windows环境中经常使用.GIF格式文件Internet上的重要文件格式之一，最大不超过64 KB，256色以内，压缩比较高，与设备无关。JPEG格式文件（.JPG） 利用JPEG方法压缩, Internet上重要文件格式之一，适用于处理256色以上、大幅面图像。WMF格式文件 位图与矢量图的混合体, Windows中许多剪贴画图像是以该格式存储的。广泛应用于桌面出版印刷领域。 6.3.3 视频 视频是将一幅幅独立图像组成的序列按照 一定的速率连续播放，利用视觉暂留现象 在人的眼前呈现出连续运动的画面。 模拟视频常用两种标准： NTSC制式(30帧/秒，525行/帧) PAL制式（25帧/秒，625行/帧），我国采用PAL制式。 例1分钟的数字视频容量640480 3 30 60 =1 658 880 000字节分辨率帧/秒采样深度 时间常用视频文件格式AVI（Audio-Video Interleaved）文件将视频与音频信息交错地保存在一个文件中，较好地解决了音频 与视频的同步问题，已成为Windows视频标准格式文件。MOV文件利用它可以合成视频、音频、动画、静止图像等多种素材。MPG(.mpg)文件是按照MPEG标准压缩的全屏视频的标准文件。DAT文件是VCD专用的格式文件，文件结构与MPG文件格式基本相同。 6.3.4 数据压缩技术 数字化了的视频和音频信号的数量之大是非常惊人的。带来的问题占用存储容量降低通信干线的信道传输率影响计算机的处理速度和播放效果问题的解决：数据压缩数据压缩：一般可以分为有损压缩和无损压缩两种。数据压缩技术的性能指标压缩比: 即压缩前后所需的信息存储之比要大； 恢复效果 即要尽可能恢复到原始数据速度 即压缩、解压缩的速度开销 实现压缩的软、硬件开销要小 1.无损压缩（解压缩后信息不失真，可逆）这类算法主要特点是压缩比较低，为2:15:1，一般用来压缩文本数据或计算机绘制的图像（色彩不丰富）。典型的编码：l 行程编码：对连续出现的符号用一个计数值来表示，能确保解压后 的数据不失真 。例用于文字压缩:AAAAABBBBCCDDDDDD5A4B2C6D2. 有损压缩有损压缩方法是以牺牲某些信息（这部分信息基本不影响对原始数据的理解）为代价，换取了较高的压缩比。 广泛用于语音、图像和视频数据的压缩。3.数据压缩的国际标准 v JPEG标准 适用于连续色调和多级灰度的静态图像v MPEG标准 适用于运动图像、音频信息。包括MPEG视频、MPEG 音频、MPEG系统（视频和音频的同步）。MPEG已制定了MPEG-1、 MPEG-2、MPEG-4和MPEG-7四种。 4. 文件压缩和解压缩软件压缩工具软件（如ARJ、PKZIP 、WinZip、WinRAR等）对原 来的文件进行压缩处理，这种压缩通常是无损压缩。压缩后 所生成的文件称为压缩包，体积只有原来的几分之一甚至更 小。当然，压缩包已经是另一种文件格式了，如果你想使用 其中的数据，需要用压缩软件把数据还原，这个过程称作解 压缩。