第三章第三章多媒体技术基础多媒体技术基础n本章要点本章要点多媒体的概念多媒体的概念光盘存储系统光盘存储系统多媒体音频信号处理多媒体音频信号处理多媒体图象信息处理多媒体图象信息处理计算机导论补充3.1 多媒体的概念多媒体的概念 计算机中信息的表达最初只能用二进制数0、1表示，它的目的纯粹为了计算。后来引入ASCII码等，计算机的功能才逐渐增强。 多媒体技术起源于20世纪80年代初期 90年代得到了迅猛的发展计算机导论补充媒体在计算机领域有两种含义： 一是指存储信息的实体，如磁盘等，中文常译为媒质；二是指传递信息的载体，如数字、文字、声音、图形、图像等，中文常译为媒介。 多媒体技术中的媒体指后者。 3.1 多媒体的概念多媒体的概念 返回目录返回目录计算机导论补充在信息科学，用于储存和传递信息的载体就称为在信息科学，用于储存和传递信息的载体就称为“媒体媒体”。媒体有多种类型：媒体有多种类型：n感觉媒体、感觉媒体、The Perception Medium, 回答回答“人如人如何感知？何感知？”n表示媒体、表示媒体、Representation “计算机信息如何计算机信息如何编码？编码？”n表达（显示）媒体，表达（显示）媒体，Presentation “计算机通过什么计算机通过什么输入输入/输出？输出？”n存储媒体：存储媒体：Storage“信息存放在哪里？信息存放在哪里？”n传输（交换）媒体：传输（交换）媒体：Transmission“不同地方间传输不同地方间传输信息的载体信息的载体”计算机导论补充多媒体技术与系统多媒体技术与系统多媒体技术多媒体技术是指能同时获取、处理、编辑、是指能同时获取、处理、编辑、存储和展示两个以上不同类型信息的媒体存储和展示两个以上不同类型信息的媒体技术。技术。多媒体系统多媒体系统的定义：的定义：n被计算机控制的、集成的产品；被计算机控制的、集成的产品；n独立媒体的处理、表现、存储和通信；独立媒体的处理、表现、存储和通信；n至少包含一个连续媒体（时间依赖）和一至少包含一个连续媒体（时间依赖）和一个离散媒体（时间独立）。个离散媒体（时间独立）。计算机导论补充n多媒体的（严格）定义：多媒体的（严格）定义：多媒体系统中必须包含连续媒体多媒体系统中必须包含连续媒体n多媒体的（广义）定义：多媒体的（广义）定义：能处理单独的图像和文本，虽然没有连能处理单独的图像和文本，虽然没有连续媒体。续媒体。多媒体系统多媒体系统的主要特性的主要特性:交互性、网络性、独立性、集成性 计算机导论补充3.2 光盘存储系统光盘存储系统n光盘存储系统由光盘和光盘驱动器组成光盘片的直径一般是光盘片的直径一般是5.25英英寸。目前一般用户使用的光寸。目前一般用户使用的光盘是盘是CDROM。CDROM驱动器的速度通常以驱动器的速度通常以数据传输率来衡量，数据传数据传输率来衡量，数据传输率以输率以150KB/S为一倍速。为一倍速。光驱是对光盘上存储的信息光驱是对光盘上存储的信息进行读写操作的设备。光驱进行读写操作的设备。光驱由光盘驱动部件和光盘转速由光盘驱动部件和光盘转速控制电路、读写光头和读写控制电路、读写光头和读写电路、聚焦控制、寻道控制、电路、聚焦控制、寻道控制、接口电路等部分组成。接口电路等部分组成。计算机导论补充光存储技术原理：光存储技术原理：光盘上用光盘上用“平地平地”和和“凹坑凹坑”来表示二进来表示二进制信息，通过激光的制信息，通过激光的反射来读出其中存储反射来读出其中存储的信息。光盘上无论的信息。光盘上无论是是“平地平地”上还是上还是“凹坑凹坑”内都表示数字内都表示数字“0”，而在凹凸变化，而在凹凸变化之处才表示数字之处才表示数字“1”。光存储技术原理光存储技术原理返回目录返回目录计算机导论补充3.3多媒体音频信号处理多媒体音频信号处理n频率：每秒钟波峰所发生的数目，单位用赫兹（Hz）或千赫兹（kHz）表示日常说话的语音信号频率范围：3003000Hz亚音（subsonic）：频率小于20Hz的信号音频（Audio）：频率范围为20Hz20kHz的信号超音频（ultrasonic）：高于20kHz的信号n周期：信号在两个峰点或谷底之间的相对时间n幅度：从信号的基线到当前波峰的距离计算机导论补充3.3多媒体音频信号处理多媒体音频信号处理计算机导论补充n采样：是指用每隔一定时间的信号样值序采样：是指用每隔一定时间的信号样值序列来代替原来在时间上连续的信号，即在列来代替原来在时间上连续的信号，即在时间上将模拟信号离散化。时间上将模拟信号离散化。n量化：是用有限个幅度值近似原来连续变量化：是用有限个幅度值近似原来连续变化的幅度值，把模拟信号的连续幅度变为化的幅度值，把模拟信号的连续幅度变为有限数量的有一定间隔的离散值。有限数量的有一定间隔的离散值。n编码：是按照一定的规律，把量化后的值编码：是按照一定的规律，把量化后的值用二进制数字表示。用二进制数字表示。 3.3多媒体音频信号处理多媒体音频信号处理返回目录返回目录计算机导论补充什么是图像什么是图像光学图像卫星光学图像16000miles/h大脑断层图像 3.4多媒体图像信号处理多媒体图像信号处理计算机导论补充 3.4.1 图像的数字化处理过程图像的采样 图像量化 计算机导论补充n矢量图n矢量图使用直线和曲线来描述图形，这些图形的元素是一些点、线、矩形、多边形、圆和弧线等等，它们都是通过数学公式计算获得的。 n由于矢量图形可通过公式计算获得，所以矢量图形文件体积一般较小。n矢量图形最大的优点是无论放大、缩小或旋转等不会失真；n最大的缺点是难以表现色彩层次丰富的逼真图像效果。 n矢量图形设计软件 ：Adobe公司的IllustratorCorel公 司的CorelDRAW Flash MX制作的动画也是矢量图形动画 3.4.2 矢量图与位图计算机导论补充3.4 多媒体图像信息处理多媒体图像信息处理n位图n位图图像，亦称为点阵图像或绘制图像，是由称作像素（图片元素）的单个点组成的。这些点可以进行不同的排列和染色以构成图样。当放大位图时，可以看见赖以构成整个图像的无数单个方块。扩大位图尺寸的效果是增多单个像素，从而使线条和形状显得参差不齐。然而，如果从稍远的位置观看它，位图图像的颜色和形状又显得是连续的。由于每一个像素都是单独染色的，您可以通过以每次一个像素的频率操作选择区域而产生近似相片的逼真效果，诸如加深阴影和加重颜色。缩小位图尺寸也会使原图变形，因为此举是通过减少像素来使整个图像变小的。同样，由于位图图像是以排列的像素集合体形式创建的，所以不能单独操作（如移动）局部位图。n 常用软件：Photoshop 计算机导论补充3.4 多媒体图像信息处理多媒体图像信息处理n位图n位图是由许许多多的像素组合而成的平面点阵图。其中每个像素的颜色、亮度和属性是用一组二进制像素值来表示的。右图给出了经过放大的一个亮度或颜色值仅为两个等级的二值（黑白）点阵图像的示例 计算机导论补充nBMP(Bitmap)*.bmp是Windows中的标准图像文件格式，已成为PC机Windows系统中事实上的工业标准，有压缩和不压缩两种形式。它以独立于设备的方法描述位图，可用非压缩格式存储图像数据，解码速度快，支持多种图像的存储，常见的各种PC图形图像软件都能对其进行处理。在PhotoShop中，最多可以使用16M的色彩渲染bmp图像。nPCXnTIFFnGIFnJPEGnMAC PAINTnPHOTOShop格式3.4.3 图像文件格式计算机导论补充3.4.4计算机图形处理与图像处理的区别与联系计算机图形处理与图像处理的区别与联系n图形是由计算机软件生成或数学公式计算生成（形状、大小及色彩）。图像是一种模拟信号（像素点的色彩、灰度）。 计算机导论补充3.4.4计算机图形处理与图像处理的区别与联系计算机图形处理与图像处理的区别与联系n计算机图形处理的概述n图形分类：基于线条信息表示的，用于刻画形状的点、线、面、体等几何要素反映物体表面属性或材质的灰度颜色等几非何要素n图形处理包括：几何变换曲线和曲面拟合建模或造型隐藏线隐藏面消除阴暗处理纹理处理渲染计算机导论补充3.4.4计算机图形处理与图像处理的区别与联系计算机图形处理与图像处理的区别与联系n图形与图像的区别与联系n一般来说，图像所表现的显示内容是自然界的真实景物，或利用计算机技术逼真地绘制出的带有光照、阴影等特性的自然界景物，而图形实际上是对图像的抽象，组成图形的画面元素主要是点、线、面或简单立体图形等，与自然界景物的真实感相差很大。 返回目录返回目录计算机导论补充计算机导论补充歧义歧义计算机导论补充计算机导论补充计算机导论补充计算机导论补充图形与图像的比较图形与图像的比较 page.102Image ProcessingComputer Graphics分析分析合成合成逆逆正正不确定不确定确定确定信号处理信号处理制图制图图形图形图像图像GraphImage，Picture抽象抽象具体具体数学数学物理物理计算机导论补充补充补充:计算机动画计算机动画用计算机图形工具来生成动画的视觉效用计算机图形工具来生成动画的视觉效果。果。n视觉效果可以是物体位置（运动状态）、视觉效果可以是物体位置（运动状态）、形状、颜色、透明度、结构及纹理的变化，形状、颜色、透明度、结构及纹理的变化，以及光线、镜头位置方向及焦距的改变。以及光线、镜头位置方向及焦距的改变。传统动画已自成体系而且对计算机动画有非常大的传统动画已自成体系而且对计算机动画有非常大的影响，但是，传统动画制作的许多阶段又非常适影响，但是，传统动画制作的许多阶段又非常适合计算机的参与。合计算机的参与。计算机导论补充n输入过程：图案的数字化。最好直接用绘图软件输入过程：图案的数字化。最好直接用绘图软件创作关键帧（描述运动物体的特征位置），也可创作关键帧（描述运动物体的特征位置），也可以用扫描仪或数字化板将人工绘制的图案数字化。以用扫描仪或数字化板将人工绘制的图案数字化。扫描输入的还需要进行栅格图像到矢量图形的转扫描输入的还需要进行栅格图像到矢量图形的转换。换。 n合成阶段：使用图像合成技术加入图像的前景和合成阶段：使用图像合成技术加入图像的前景和背景，并生成最终使用的每一帧。将动画以低分背景，并生成最终使用的每一帧。将动画以低分辨率形式存放在一个矩形数组中，使用帧缓存可辨率形式存放在一个矩形数组中，使用帧缓存可以获取一幅图像的特定部分并将其放大到整个屏以获取一幅图像的特定部分并将其放大到整个屏幕。如果对缓冲中的几帧图像连续快速地做这个幕。如果对缓冲中的几帧图像连续快速地做这个操作，就可以产生连续的动画效果。操作，就可以产生连续的动画效果。 计算机导论补充动画的基本概念动画的基本概念n插补过程：通过在关键帧之间插入一系列中间位置的中间帧来完成插补过程：通过在关键帧之间插入一系列中间位置的中间帧来完成从一个位置到另一个位置的运动。插补在计算机动画中是通过插值从一个位置到另一个位置的运动。插补在计算机动画中是通过插值来完成的。插补主要包括位置插补、形状插补。来完成的。插补主要包括位置插补、形状插补。n位置插补：在初始位置和终止位置之间进行，比如线性插值，位置插补：在初始位置和终止位置之间进行，比如线性插值， （a a）关键位置）关键位置 （b b）线性插值的结果）线性插值的结果使用样条以使插值更为平滑，样条可以使任一参数随时间光滑变化，但不能使用样条以使插值更为平滑，样条可以使任一参数随时间光滑变化，但不能完全解决插补问题。完全解决插补问题。n形状插补形状插补:形状改变的插值。形状改变的插值。关键帧插值目前仍然是个难题。关键帧插值目前仍然是个难题。 Motion Capture Sys. 运动捕捉系统运动捕捉系统.n颜色变换：使用颜色变换：使用CLUT或双缓冲技术或双缓冲技术计算机导论补充3.5 多媒体视频信息处理多媒体视频信息处理运动的图像运动的图像图像内容随时间变化图像内容随时间变化伴随画面的声音伴随画面的声音(Audio)，音像同步。，音像同步。模拟与数字视频（模拟与数字视频（Video）n模拟视频：电视模拟视频：电视nNTSC（National Television System Committee 1952美日韩台）美日韩台）525线，线，30帧帧/秒，秒，隔行扫描隔行扫描nPAL（PhaseAlternateLine德中）德中） 625行，行，25帧帧/秒，隔行扫描秒，隔行扫描nSECAM（SEquentialCouleurAvecMemoire 法苏）法苏）计算机导论补充n数字视频数字视频nRGB, YIQ,YUV 等颜色模型等颜色模型n视频的数字化视频的数字化采样比例采样比例Y:U:V 4:2:2n数字视频压缩标准数字视频压缩标准MPEG1,2,4,7,21H.263,H.264(MPEG4Part10)计算机导论补充