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最新多媒体计算机技术重要知识点
多媒体计算机技术重要知识点
第一章多媒体计算机技术概论
计算机通信网络技术、面向对象的编程技术、多媒体技术是构成新一代信息系统技术的三大支柱。
多媒体（Multimedia）的概念:
按照CCITT（国际电报电话咨询委员会）的定义以及ITU（国际电联）的TSS（电信标准部）的ITU-TI.374建议，“多媒体”包括以下5种类型：
1．感觉媒体（PerceptionMedium）
2．表示媒体（RepresentationMedium）
3．显示媒体（PresentationMedium）
4．存储媒体也称存储介质（StorageMedium）
5．传输媒体也称传输介质（TransmissionMedium）
1．感觉媒体（PerceptionMedium）
感觉媒体指的是能直接作用于人的感觉器官，能使人产生直接感觉的媒体。
包括人类的语言、音乐、自然界的各种声音、静止和活动的图像、动画、文本等。
2．表示媒体（RepresentationMedium）
表示媒体指的是传输感觉媒体的中间手段，是人为研究出来的媒体。
它包括上述感觉媒体的编码，如文字编码、声音编码、图像编码等。
借助于它，可以有效地把感觉媒体存储或者从一个地方传送到其他地方。
3．显示媒体（PresentationMedium）
显示媒体指的是通信中电信号和感觉媒体间转换所用的媒体，即获取和显示信息的设备。
它包括输入显示媒体和输出显示媒体两种。
输入显示媒体如键盘、鼠标、话筒、扫描仪、光笔、摄像机等。
输出显示媒体包括有各种显示器、扬声器、打印机等。
4．存储媒体也称存储介质（StorageMedium）
存储媒体指的是存储表示媒体的介质，即存储数据的物理设备，如半导体存储器、磁盘、光盘、纸张等。
5．传输媒体也称传输介质（TransmissionMedium）
传输媒体指的是用于传输表示媒体的介质，即一种将表示媒体从一点传输到另一点的物理实体。
如电话线、各种导线、电缆、光纤、无线电波、红外线等。
多媒体计算机技术（MultimediaComputerTechnology）指的是利用计算
机技术来综合处理多种媒体信息，如文字（Text）、声音（Sound）、图形（Graph）、图像（Photo）、动画（Animation）、视频（Video）等，使多种媒体信息建立逻辑联系，有机地集成在一起，成为一个具有交互性的新型的计算机系统的技术。
多媒体计算机系统的三大重要特征
1．集成性
一是指多媒体信息载体的集成
二是指多媒体信息设备的集成
2．交互性
人与人、人与机器、机器与机器间的交互性，即人机对话的能力。
3．数字化
多媒体计算机技术建立在数字化处理的基础上
多媒体计算机系统
软件
多媒体应用软件
多媒体创作工具软件
多媒体数据准备软件
多媒体操作系统
多媒体设备驱动程序
硬件
各种多媒体处理接口及设备
基本的计算机硬件
1．多媒体计算机系统的硬件
基本的计算机硬件系统：
具有高速的CPU、高性能的主板、大容量内存储器和外存储器、高分辨率显示器、键盘、鼠标等外设的一台计算机主机。
各种多媒体处理接口卡及设备，包括有：
声卡、视频卡、图形卡等各种接口卡，以及音频、视频输入输出设备，I/O存储系统、交互界面设备、网络通信设备等。
2．多媒体计算机系统的软件
（1）多媒体设备驱动程序
完成对多媒体设备的初始化、设置、操作、关闭等。
（2）多媒体操作系统
是多媒体计算机系统的基本软件平台，即系统软件的核心。
（3）多媒体数据准备软件
在多媒体系统的工作平台上负责完成多媒体数据的采集。
（4）多媒体创作工具软件
由专业人员开发而成的，是具体面向某一特定应用领域的应用软件
（5）多媒体应用软件
利用创作工具，根据实际应用的要求，将采集的多媒体数据进行组织、编排而制作成的最终多媒体产品。
多媒体系统的分类
从多媒体系统面向的应用对象来分：
1．多媒体技术开发系统
2．多媒体演示系统
3．多媒体教育/培训系统
4．多媒体家庭应用系统
从应用的角度来分，又可以分为以下几类：
1．多媒体信息咨询系统
2．多媒体管理系统
3．多媒体通讯系统
4．多媒体娱乐系统
5．全新的电子出版系统
从技术开发和发展的角度来分：
一类是以计算机为基础的多媒体化系统由计算机生产厂商研制和推出,被称为计算机电视（Compuvision）。
另一类是计算机化的家用电器产品由家用电器制造厂商开发和推出被称为电视计算机（Teleputer）
多媒体技术的发展
多媒体是计算机技术发展的必然结果
多媒体技术使计算机更能满足人们实际应用的需要，
计算机及相关技术的高速发展为多媒体技术奠定基础。
多媒体技术的发展对计算机技术产生巨大的影响
改变了现代化社会的信息处理和传播的方式
使计算机更加贴近人类的观念
提供了更方便的使用方法
扩大了计算机系统的应用领域
多媒体计算机技术的发展
音频（Audio）和视频（Video）的表现和处理技术是伴随着一系列科技发明创造而诞生的，它也是今天多媒体技术的基础。
多媒体计算机技术的发展始于20世纪80年代初期,在其发展过程中，著名的IBM、Intel、Apple、Microsoft等计算机公司和Sony、Philips、JVC等家电公司都做出很大的努力和贡献。
1984年Apple公司推出了具有图形功能的Macintosh计算机,首次推出了窗口操作系统、鼠标器、图标（Icon）的概念，构筑了图形用户界面（GUI）。
1985年美国Commodore公司推出了世界上第一台多媒体个人计算机系统Amiga，采用了自行设计的专用芯片，分别用于动画制作、音响处理、图形处理（Denise8362）等。
1986年4月家电制造商Philips和Sony公司联合推出交互式紧凑光盘系统CD-I系统（CompactDiskInteractive）,公布了CD-ROM光盘的文件格式。
1987年美国RCA（无线电）公司推出了交互式数字影像系统DVI（DigitalVideoInteractive），在个人计算机上实现对数字视频、音频、图像和计算机图形的综合。
1990年11月在Microsoft公司主持下，由Philips、NEC等14家著名的厂商共同组成了多媒体PC机市场协会（MultimediaPersonalComputerMarketingCouncil）。
制定并公布了第一个多媒体PC机的标准MPC1.0标准。
多媒体技术发展史上有影响的公司和系统
1．Commodore公司的Amiga系统
2．Philips/Sony公司的CD-I系统（CompactDisc-Interactive）
3．Apple公司的Macintosh及HyperCard系统
4．Intel和IBM公司的DVI系统
除此以外，还有SGI公司的Indigo多媒体工作站、IBM公司的PS/2多媒体个人计算
机等，也都是非常有影响的产品。
多媒体计算机系统的关键技术
各种媒体信息的处理技术和信息压缩技术
多媒体计算机技术（硬件、软件）
多媒体网络通信技术
普通计算机变成多媒体计算机要解决关键技术是:
①视频音频信号的获取技术
②多媒体数据压缩编码和解码技术
③视频音频数据的实时处理和特技
④视频音频数据的输出技术
第二章数字图像处理技术
图像的数字化:
将亮度连续变化的模拟图像转化为用一系列离散数值所表示的数字图像的过程
图像的数字化的过程
1．采样，又称抽样
对连续变化的模拟图像函数f（x,y）的空间连续坐标（x,y）进行离散化处理的过程称为采样。
采样的作法：
设定一定的采样间隔，在水平和垂直方向上将图像分割成矩形点的网状结构若每行有m个点，每列n个点，则每幅图像成为由m×n个像素构成的离散像素点的集合。
2．量化
在采样后，把连续变化的图像函数f（x,y）的每个离散点（像素）的亮度（颜色）值用数字量来表示的过程称为量化。
量化的作法：
对图像函数，在采样时，把取值空间划分为若干个子区间，同一区间的不同亮度（颜色）值都用这个子区间的某一确定值代替。
进行量化时，把每个亮度（颜色）的取值用若干位数的二进制数码来表示。
量化后的二进制数称为信号的编码，也称为脉冲编码调制信号PCM（PulseCodeModulation）。
图像数字化的技术中的名词术语：
量化级数：
数字化时，取值的个数即子区间的个数称为量化级数。
量化字长：
数字化时，每个像素点的亮度或颜色值所取的二进制位数称为量化字长。
PCM信号：
（PulseCodeModulation）
量化后的信号称为脉冲编码调制信号。
这是数字化后，直接得到的数据，没有经过压缩、变换等处理。
数字图像的表示方法
（1）二值图像：
在图像点阵中，每个像素点的内容只有两种情况：
“0”和“1”
（2）黑白灰度图像：
图像像素点阵中每个像素点的亮度值是用指定位数的二进制数来表示的。
这个位数就是前面所说的量化字长。
（3）彩色图像
根据色度学的基本原理—三基色原理，每个像素点的数据包括R（红）、G（绿）、B（蓝）三部分组成，由这三基色按不同的亮度值组合而成。
（4）活动图像
活动图像是由一系列按时间序列排列的静止图像画面组成，图像画面的连续播放就会产生运动的视觉效果。
活动的数字图像在计算机中又是时间的函数。
常见数字图像类型描述
类别
描述形式
图像
二值图像
F（Xi,Yj）=0，1其中：
i=1,2,3……,m;j=1,2,3……,n
文字、图形、指纹等
黑白灰度图像
F（Xi,Yj）其中：
i=1,2,3……,m;j=1,2,3……,n
0
F（Xi,Yj）≤2r–1（r为量化字长）
黑白灰度照片、图像等
彩色图像
{Fk（Xi,Yj）}其中i=1,2,3……,m;j=1,2,3……,n
k=R,G,B（三基色）
彩色图片等
活动图像
{Ft（Xi,Yj）}其中i=1,2,3……,m;j=1,2,3……,nt=t1,t2,……tn
动态视频图像、动画等
分辨率的概念
（1）像素：
像素指的是组成屏幕图像的基本点，也即显示画面的最小元素。
英文词为Pixel，它是Pictureelement（图形元素）的缩写。
像素的点距：
以mm为单位表示像素的距离。
显然，点距越小，分辨率越高。
（2）屏幕分辨率：
指的是在某一种显示方式下，计算机屏幕上最大的显示区域，以水平的和垂直的像素数来表示。
（3）图像分辨率：
图像分辨率指数字化图像的大小，以水平的和垂直的像素数来表示。
图像深度
图像深度也称图像颜色深度，或图像的颜色数，指的是位图中每个像素所占的位数，这些位存放相关的颜色信息。
例如:
图像深度为1,通常称为单色图像或二值图像。
图像深度8位，能表示256种颜色，通常称为伪彩色图像（pseudocolor）
伪彩色是指每个像素的颜色不是由每个基色分量的数值直接决定，而是把整个像素值当作彩色查找表（colorlook-uptable，CLUT）的表项入口地址，去查找一个显示图像时使用的R，G，B强度值，用查出的R，G，B强度值产生的彩色。
CLUT是一个事先做好的表，表项入口地址也称为索引号。
原始图像本身的像素数值（灰度或彩色）和CLUT索引号有一个变换关系（这个关系根据不同的需要自行定义）。
使用查找得到的数值显示的彩色并不是图像本身真正的颜色。
图像深度24位时,能表示224即16M种颜色，通常称为真彩色图像（Truecolor）
真彩色是指图像中的每个像素值都分成R、G、B三个基色分量，每个基色分量直接决定其基色的强度。
数字图像中彩色的表示方法
彩色是外界光波刺激作用于人的视觉器官而产生的感觉
从物理学角度看，光波是电磁波的一部分，可见光的波长从380nm～780nm。
颜色是和波长有关，不同波长的光呈现不同的颜色
可见光范围内，按波长从大到小，光的颜色依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。
颜色与波长之间的对应关系
彩色的三个要素
（1）亮度：
彩色光所引起的人眼对明暗程度的感觉。
亮度和被观察物体的发光强度或反射能力有关，与人类视觉系统的
函数有关。
（2）色调：
指光呈现的颜色，它反映颜色的种类。
取决于颜色的波长，是光的各光谱成分作用于人眼的综合效果。
（3）饱和度:
指的是颜色的深浅程度，也就是某种波长彩色光的纯度，
掺入白光越多饱和度越低（颜色越浅）。
即混入白光的数量。
三基色（RGB）原理
◆自然界常见的各种颜色光都可由红（R）、绿（G）、蓝（B）三种颜色光按不同比例相配而成。
◆三基色的三种颜色必须是独立的，即任何一种颜色都不能由其他两种颜色合成。
一般选红（R）、绿（G）、蓝（B）为三基色，也称三原色。
CIE推荐：
红光的波长为700nm,绿光的波长为546.1nm，蓝光的波长为435.8nm。
RGB彩色空间
用三基色红（R）绿（G）蓝（B）构成的三维彩色空间
F=r[R]+g[G]+b[B]
其中：
r,g,b为三色系数r[R]、g[G]、b[B]为色光F的三色分量
用RGB彩色空间表示时，R、G、B三分量各占用一定的比特（位）数，反映每个像素点的颜色值。
例如，在24bit模式时，分别用一个字节（8bit）表示一个颜色分量。
组成16M（256×256×256=16,777,216）种不同的颜色。
HSI彩色空间
用H（Hue）色调，S（Saturation）饱和度，I（Intensity）光的强度三个参数描述颜色特性
色调H（Hue）指光呈现的颜色，它反映颜色的种类。
饱和度S（Saturation）指的是颜色的深浅程度，也就是某种波长彩色光的纯度，
即混入白光的数量。
亮度（光强）I（Intensity）是彩色引起的人眼对明暗程度的感觉。
即彩色光的强度。
实际上表示的是彩色光的能量特征。
CMYK彩色空间（亦称CMY-KCMY）
C（Cyan）青、M（Magenta）紫红、Y（Yellow）黄、K（blacK）黑，
这四种颜色称为CMYK彩色空间。
基于印刷处理的颜色模式。
红色+绿色=黄色红色+蓝色=紫红绿色+蓝色=青色
黄色、紫红色、青色也分别称其为红、绿、蓝三色的补色
YUV彩色空间
Y是亮度信号，U和V是彩色色差信号：
U=B-YV=R-Y
特征是将亮度和色度信号（色调和饱和度）分开表示。
是彩色电视的视频信号在PAL制式中所采用的彩色空间。
YUV和RGB的转换关系如下：
Y=0.301R+0.586G+0.113B
U=B-Y=-0.301R-0.586G+0.887B
V=R-Y=+0.699R-0.586G-0.113B
反之，R=Y+V
G=Y-0.19U-0.51V
B=Y+U
国际照明委员会（CIE）制定的CIEXYZ和CIELAB彩色空间。
数字图像的类型
1．位图
即位映射图像。
由描述图像中各个像素点的亮度与颜色的数位集合而成。
位图适合表现比较细致、层次和色彩比较丰富、包含大量细节，具有复杂的颜色、灰度或形状变化的图像。
它的优点是非常逼真．
由于位图需要记录每个像素点的数据，每个像素点又有若干位的图像深度，因此位图要求计算机系统的存储器容量要足够大。
位图文件数据量的大小：
位图文件的字节数=（图像分辨率×图像深度）/8
设：
图像分辨率为水平方向m像素,垂直方向n像素，图像深度为k位
则：
该幅图像所需数据存储空间L的大小为下列公式：
L=（m×n×k）/8单位：
字节（Byte）
例如：
一幅图像分辨率为640×480，图像深度为8位
则：
位图文件大小为：
L=（640×480×8）/8=307200B
2．矢量图形
矢量图形是用一个指令集合的形式来描述图形。
这些指令描述构成该图的所有的直线、圆、圆弧、矩形、曲线等的位置、维数和大小、颜色、形状。
矢量图形在显示时，需使用专门的软件来读取这些指令
矢量图形需要的存储量很少
图形的矢量化使图形的变换更加灵活
显示时，图形的产生需要进行计算，所以占用时间多
数字图像文件的格式
1．静态图像文件格式
ØBMP文件:
是Windows系统下的标准格式
ØPSD文件:
图像处理软件Photoshop的专用格式
ØJPEG文件:
压缩静态数字图像的国际标准（也有的用.JPG一样的）
ØGIF文件:
是一种Web上常用的图像格式
ØTIFF文件:
是由Aldus和微软联合开发，最初是出于跨平台存储扫描图像的需要
而设计的。
它的特点是图像格式复杂、存贮信息多。
ØPCX文件:
是ZSOFT公司在开发图像处理软件Paintbrush时开发的一种格式
ØDXF文件:
是AutoCAD中的矢量文件格式
ØWMF文件:
是Windows中常见的一种图元文件格式，属于矢量文件格式
ØTGA文件:
属于一种图形、图像数据的通用格式
ØPNG文件:
是一种新兴的网络图像格式，它汲取了GIF和JPG二者的优点并将之
发挥得淋漓尽致
ØSVG文件:
是基于XML的可伸缩矢量图形
2．动态图像文件的格式
ØMPG文件:
压缩动态数字图像的国际标准
ØAVS文件:
DVI系统的动态图像文件格式。
ØAVI文件:
是VideoforWindows中使用的文件
ØFLC文件:
是动画FLIC文件格式
ØMMM文件:
是Microsoft公司多媒体影像文件
ØDIR文件:
Macromedia公司使用的多媒体著作工具软件Director产生的电影文件格式。
数字图像的处理方法
图像处理的目的
利用一系列特定的操作使图像更加清晰或者具有某种特殊效果，也包含从图像中提取某些特定的信息的操作。
在计算机中，图像处理的工作实际是对像素进行特定的数字化处理。
不同的数学模型和算法，就可以完成不同的处理。
因此，对多媒体计算机系统的运算速度和存储器的容量有一定的要求。
（1）对比度：
（contrast）
是指图像中的明暗变化或亮度大小的差别。
（2）模糊：
（blur）
是指通过减少相邻像素的对比度来平滑图像。
（3）锐化：
（sharpen）
是指增加像素之间的对比度，以突出图像,提高图像的清晰度。
（4）去噪音：
周围像素进行比较，去掉差别过大的点或小区域,对差别较大的区域
进行柔化处理。
（5）自动色调调节：
自动将色调调至预定义的一组值。
（6）图层：
图像处理中把制作的每个部分置于不同的层里，每一层就好像一张透明的纸，叠放在一起就成为一幅完整的图像．
（7）路径：
图像处理中，路径是屏幕上表现为不可打印、不活动的形状,可以通过路径编辑选择域的轮廓线。
（8）通道：
通道就是用来记录组成彩色空间的各种基色的成分。
常用的图像处理技术
1．图像像质的改善
目的是使图像更加清晰、准确，改善图像的视觉效果．具体措施有：
（1）锐化：
使图像的轮廓信息更加清晰，通过突出图像上灰度突变的各种边缘信息、增大图像对比度实现。
（2）增强：
进行对比度处理、亮度修正、噪声滤除、边缘增强、变换处理、伪彩色处理等。
（3）平滑：
使图像减少或去掉“毛刺”，线条更加流畅、光滑。
是通过抑制图像上的“噪音”来达到的。
（4）校正：
又称修正,图像采集后通过校正，达到几何形状准确的效果。
等．
2．图像的复原
复原又称恢复，目的是恢复图像的本来面目。
图像复原时首先要根据失真的情况，建立一个图像变质的数学模型，然后按其逆过程来恢复图像。
3．图像的识别和分析
也称模式识别，是对图像进行特征抽取、图像分析
图像分析的技术包括有高频增强、边缘与线条的检测、轮廓抽取、图像区域的分割、形状特征测量、纹理分析、图像匹配等。
图像识别在提取图像的几何及纹理特征基础上，利用模式匹配、函数判别、树图匹配等识别理论，对图像分类，结构分析，达到识别的目的。
4．图像的重建
典型的图像重建，如：
应用于医学的CT投影图像重建，测量上用左右视图来生成立体图像的技术等。
5．图像的编辑
图像编辑包括图像的剪裁、图像的旋转、图像缩放、图像修改、图像综合叠加、文字、图形的插入等。
6．图像数据的压缩编码
有两类方法：
无失真压缩方法，或称可逆编码方法。
有失真压缩方法，或称不可逆编码方法。
彩色电视制式
1．PAL制式
逐行倒相正交平衡调幅制（PhaseAlternationLine）
德国、英国以及中国、朝鲜等采用这种制式。
我国采用PAL-D制，它的技术参数如下：
PAL制式采用YUV彩色空间:
Y是亮度信号，U、V是色差信号：
U=B-YV=R-Y
2．NTSC制式
正交平衡调幅制（NationalTelevisionSystemCommittee）
美国、加拿大、中国台湾、日本、韩国等采用这种制式。
它的技术参数如下：
NTSC制式选用YIQ彩色空间:
Y仍为亮度信号
I、Q为色差信号,与U、V正交轴之间有33°夹角
3．SECAM制式
顺序传送彩色与存储制（SequentialColorandMemorySystem）
法国、俄罗斯及东欧、非洲国家采用这种制式
它的技术参数如下：
SECAM制式采用YUV彩色空间,色差信号用调频方式进行调制，分别调频在两个不同频率的副载波上发送。
4．全数字电视（FullDigitalTelevision）
采用数字技术将活动图像和声音等信号进行编码、压缩等处理,经存储或实时广播后,供用户接收、播放的电视系统。
系统的各个环节,包括从演播室节目制作,到传送、存储/传输,直至接收、显示等过程都采用数字技术。
包括有：
高清晰度电视HDTV、标准清晰度电视SDTV
传输过程：
由电视台送出的图像及声音信号,经数字压缩和数字调制后,形成数字电视信号，经过卫星、地面无线广播或有线电缆等方式传送,由数字电视接收后,通过数字解调和数字视音频解码处理还原出原来的图像及伴音。
彩色视频信号的编码过程
彩色视频信号的解码过程
多媒体视频图像的播放
1．视频图像文件的压缩和解压缩技术
（1）硬件解压缩
（2）软件解压缩
2．视频信号与音频信号的同步
3．视频处理的硬件实现—视频卡
一类是视频捕获卡，又称视频采集卡
另一类是视频解压缩卡
再一类是视频转换卡、电视接收卡
计算机显示技术标准
第一代：
MDA（MonochromeDisplayAdapter）单色显示适配器
CGA（ColorGraphicsAdapter）彩色
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