多媒体应用技术基础.docx
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多媒体应用技术基础
第4章多媒体应用技术基础
【教学课题】
4.1概述
4.2声音处理基础
4.3图像处理基础多媒体素材的采集与制作
4.4动画处理基础
4.5视频处理基础
4.6多媒体应用系统制作简介
【教学目的、要求】了解多媒体的基本概念;掌握多媒体素材的采集与制作;掌握计算音频文件、图像文件大小的方法
【教学重点】多媒体的基本概念;多媒体素材的采集与制作
【教学难点】多媒体素材的采集与制作
【教学内容】
4.1.1多媒体的基本概念
v1．媒体与多媒体
▪
（1）媒体的概念与分类
•媒体（Medium）这个术语有两种含义，即媒质和媒介。
一种是指存储信息的介质（媒质），第二种是指信息的表现形式或载体（媒介）。
•根据ITU（国际电信联盟）的定义，媒体可以分为5种类型：
–感觉媒体
–表示媒体
–显示媒体
–存储媒体
–传输媒体
感觉媒体：
指能够直接作用于人的感觉器官，使人产生直接感觉（视、听、嗅、味、触觉）的媒体，如眼睛看到的图形、图像、动画、文本，耳朵听到的语言、音乐等都属于感觉媒体。
表示媒体：
指为了加工、处理和传输感觉媒体而认人为研究和构造出来的中间媒体，包括各种编码，如语言编码、电报码、条形码、音频编码、图像编码以及文本编码等，都属于表示媒体。
显示媒体：
指使电信号和感觉媒体之间产生转换用的媒体。
显示媒体又可分为两类，一类是输入显示媒体，如话筒，摄像机、光笔以及键盘等，另一种为输出显示媒体，如扬声器、显示器以及打印机等。
存储媒体：
指用于存储表示媒体的介质，如磁盘、光盘、磁带、半导体存储器、纸张等。
传输媒体：
指传输表示媒体的物理载体，例如同轴电缆、光纤、双绞线以及电磁波等都是传输媒体。
▪
（2）多媒体
•多媒体（multimedia）是融合两种以上媒体的人—机交互式信息交流和传播媒体。
•“多媒体”一词可以从两个方面来理解：
一方面是指多种信息媒体的表现和传播形式，另一方面是指人们利用计算机技术处理多媒体信息的方法和手段。
v2．多媒体技术及其特性
▪
（1）多媒体技术的定义
•多媒体技术是指计算机综合处理多媒体信息（文本、声音、视频、图形、图像等）的技术，它使多种信息建立逻辑连接，集成为一个具有交互性的系统。
▪
（2）多媒体技术的主要特性
•①多样性：
是最主要的特征，多媒体可以综合处理文字、声音、图形、动画、图像、视频等多种信息，并将这些不同类型的信息有机地结合在一起。
•②集成性：
不仅集成了多种媒体，还集成了多种技术，包括计算机技术、通信技术、电视技术和其他音像处理技术。
•③交互性：
是多媒体技术的关键特征之一。
交互性使用户更加有效地控制和使用多媒体信息。
▪（3）多媒体的关键技术
•由于多媒体系统需要将不同的媒体数据表示成统一的结构码流，然后对其进行变换、重组和分析处理，以进行进一步的存储、传送、输出和交互控制。
•数字化技术、数据压缩技术、大规模集成电路（VLSI）制造技术、数据存储技术、实时多任务操作系统、网络与通信技术。
v3．常见媒体元素
▪
（1）文本（text）
•①非格式化文本
•②格式化文本
▪
（2）图像（image）
•图像，也叫位图（Bitmap）图像，本质上是一组像素点阵的记录信息，记载着构成图案的各个像素的颜色和亮度等。
▪（3）图形（graphic）
•图形也称矢量图（vectorgraphic），它们是由诸如直线、曲线、圆或曲面等几何图形（称为图形）形成的从点、线、面到三维空间的黑白或彩色几何图。
▪（4）音频（audio）
•音频有时也泛称声音，除语音、音乐外，还包括各种音响效果。
▪（5）视频（video）
•视频是电视专用的图像信息，计算机中的数字视频就是数字化的电视信号。
▪（6）动画（animation）
•动画是由多幅连续的、上下关联的画面序列构成，序列中的每幅画面称为一“帧（frame）”。
4.1.2多媒体系统组成
v多媒体系统是指利用计算机技术和多媒体技术来处理和控制多媒体信息的系统。
v1．多媒体硬件
▪多媒体硬件系统由多媒体计算机主机、多媒体接口卡、多媒体外部设备、光盘存储器等组合而成。
一个常见的多媒体硬件系统如图4-2所示。
▪
（1）音频卡
•音频卡（audiocard）是计算机进行声音处理的适配器，它用于处理音频信号，又称为声音卡或简称为声卡。
声卡的作用是实现声波和数字音频信号的相互转换。
•声卡上有模数转换芯片（ADC），可以把来自话筒、收录音机、激光唱机等设备的语音、音乐等声音变成数字信号交给电脑处理，并以文件形式存储。
•声卡的主要部件有：
音频输入/输出接口、Wave和MIDI合成器、DSP数字信号处理器和混音器组成。
▪声卡的技术指标有：
•采样频率和量化位数
•MIDI合成方式
•DSP数字信号处理器
•音频压缩
▪声卡与外部音频设备的连接如图4-4所示。
▪声卡后面一般有以下几个插孔：
•线路输入插孔（LINEIN）
•麦克风输入插孔（MICIN）
•扬声器输出插孔（SPKOUT）
•线路输出插孔（LINEOUT）
•游戏柄接口/乐器数字接口插座（MIDI）
▪
（2）视频卡
•视频卡是一种对模拟视频进行捕捉并转换为数字视频的部件，是多媒体视频信号处理平台,它的主要功能是对实时视频图像作数字化、冻结、存储、输出处理。
•视频采集卡的功能是连接摄像机、影碟机、TV等设备，以便获取、处理和表现各种动画和数字化视频媒体。
▪（3）光盘存储器
•光盘（Compactdisc，CD）意为高密度盘，是一种大容量信息存储介质，它通过光学方式来记录和读取二进制信息。
•光盘驱动器用于读取和写入光盘片中的信息，其核心部件是半导体激光器和光路系统组成的光学头。
•常用的光盘存储器类型：
–①CD-ROM
–②CD-R和CD-RW
–③DVD-ROM
–④DVD刻录机
•光盘分类
▪（4）扫描仪
•扫描仪是除键盘和鼠标之外被广泛应用于计算机的输入设备，它是常用的静态照片、文字、工程图输入设备。
•扫描仪是光机电一体产品，主要由光学成像部分、机械传动部分和转换电路部分集成。
•①扫描仪的工作步骤
–将欲扫描的原稿正面朝下铺在扫描仪的玻璃板上，原稿可以是文字稿件或者图纸照片。
–开始扫描时，扫描仪内部的可移动光源和扫描头与图稿进行相对运动来完成扫描。
–照射到原稿上的光线经反射后穿过一个很窄的缝隙，形成横向光带，又经过一组反光镜，由光学透镜聚焦并进入分光镜，经过棱镜和红绿蓝三色滤色镜得到的RGB三条彩色光带，分别照到各自的CCD上。
•②扫描仪的主要技术指标
–分辨率
–色彩数
–灰度级
–扫描速度
v2．常用多媒体软件
▪
（1）文字处理软件：
Word/WPS
▪
（2）图像处理软件：
PhotoShop/Fireworks/PageMaker/Windows画图
▪（3）图形制作软件：
AutoCAD/CorelDRAW
▪（4）动画制作软件：
Flash/3DSStudioMax/MAYA/Cool3D
▪（5）音频处理软件：
CoolEditPro/GoldWave/Windows录音机
▪（6）视频处理软件：
Premiere/UleadMediaStudio/WindowsMovieMaker
▪（7）多媒体平台软件：
Authorware/Director/Toolbook/方正奥思
4.1.3多媒体技术的应用
v1．教育与培训
▪教育与培训是多媒体技术的一个重要应用领域，多媒体技术的应用改进了传统的教学与培训模式。
▪实践已证明多媒体教学系统有如下效果：
•
（1）学习效果好；
•
（2）说服力强；
•（3）教学信息的集成使教学内容丰富，信息量大；
•（4）感官整体交互，学习效率高；
•（5）各种媒体与计算机结合可以使人类的感官与想象力相互配合，产生前所未有的思维空间与创造资源。
v2．多媒体电子出版物
▪中国国家新闻出版署对电子出版物定义为“电子出版物，是指以数字代码方式将图、文、声、像等信息存储在磁、光、电介质上，通过计算机或类似设备阅读使用，并可复制发行的大众传播媒体。
”
▪电子出版物具有传统媒体无法比拟的优点，它具有交互性强、存储信息量大、图文声并茂、易于交流与携带、利于共享等特点，因而得到迅速的普及。
v3．娱乐
▪多媒体应用于声光艺术品和游戏产品中，使音乐、电视、电影和游戏发生了革命性的变化，如三维游戏、虚拟现实、数字音乐以及数字视频DVD等，都是娱乐中应用多媒体的例子。
v4．多媒体通信
▪信息点播有桌上多媒体通信系统和交互电视ITV。
4.2.1声音信号数字化
v声音是一种在时间和幅度上都是连续的波形，是一种模拟信号，它不能由计算机直接处理。
v这种声音信号数字化过程需要三个步骤：
采样、量化和编码。
v对模拟音频信号进行采样量化编码后，得到数字音频，数字音频的质量取决于采样频率，量化位数和声道数三个因素。
▪采样频率是指一秒钟时间内采样的次数，采样频率越高，即采样的间隔时间越短，则在单位时间内计算机得到的声音样本数据就越多，对声音波形的表示越精确，声音的保真度也越好，所要求的存储空间也越大。
▪量化位数是描述每个采样点样值的二进制位数，也称“量化精度”，表示的是声音振幅的量化精度，以位（bit）为单位。
▪反映数字音频质量的另一个因素是声道（或通道）个数，是指一次采样所记录产生的声音波形个数。
▪采样频率、量化位数、声道数的值越大，形成的数字音频文件也就越大。
4.2.2常见的声音文件格式
v1．WAV格式
▪它基本上是按照声波的实际振动的波形进行存储，是数字音频技术中最常用的格式，还原的音质较好，但它是未经压缩的格式，所需存储空间较大。
v2．MIDI格式
▪MIDI文件记录的是一系列指令而不是数字化后的波形数据，所以它占用存储空间比WAV文件要小很多；同时MIDI采用命令处理声音，容易编辑，因此受到音乐家和作曲家的广泛接受和使用。
v3．MP3格式
▪MP3可以将高保真的CD声音以10～12倍的比率压缩，并基本保持其音质不失真。
▪因为MP3是经过压缩产生的文件，因此需要专门的播放软件进行还原，互联网上提供许多MP3播放软件可供下载，比较出色的有Foobar2000、Winamp、千千静听等。
v4．WMA格式
▪WMA在压缩比上进行了优化，使其在相同音质条件下文件体积可以变得更小，压缩速度也更快。
v5．CD-DA格式
▪常见的CD唱片是数字音频录制的，它用凹坑来表示二进制信息0和1，将信息直接写在盘片上，重现时用激光读出这些信息，再通过数/模转换成模拟音频。
v6．其他格式
▪被认为是网络灵魂的文件格式Realaudio（*.RA/*.RM）和苹果公司开发的，被Macintosh平台和应用程序所支持的文件格式AIFF（*.AIF/*.AIFF）等。
▪在多媒体制作中，选择数字音频格式可从三方面综合考虑：
多媒体集成软件是否支持该格式、文件长度和保真性等。
4.2.3声音文件的获取与处理
v目前声音文件的获取方式可归纳为两种基本类型：
一种是自己创建的，另一种是利用现成的素材。
v1．WindowsXP自带的“录音机”
▪WindowsXP附件程序“娱乐”项中提供的“录音机”软件功能基本上与生活中使用的录音机相同。
它只可以录制、编辑和播放WAV格式文件，效果一般。
▪2．多轨音频编辑软件CoolEditPro2.0
•CoolEditPro2.0是由美国Syntrillium软件公司推出的一款功能强大的多轨音频软件，能高质量地完成录音、编辑、合成等多种任务。
4.3.1图像信息数字化
v图像的采样是指把空间上连续的图像用许多等距的水平线与竖直线分割开来，转换成离散点的过程，也就是用空间上部分点的灰度值来表示图像。
v在量化时所确定的离散取值个数称为量化级数，为表示量化后各像素的色彩值所需的二进制位数称为量化位数（或颜色深度），一般常用8位、16位、24位和32位来表示图像的颜色，它决定了彩色图像中可出现的最多颜色数，或者灰度图像中的最大灰度等级数。
v量化位数越多，图像色彩越丰富、越逼真。
v图像文件的大小与图像的分辨率和图像颜色深度有关。
一幅未经压缩的图像文件的存储容量可以按照下面的公式进行估算：
▪图像存储容量（字节）=图像水平方向的像素数×垂直方向的像素数×颜色深度/8
4.3.2分辨率
v1．显示器分辨率
▪显示器分辨率是指计算机显示器本身的物理分辨率，对CRT显示器而言是指屏幕上的荧光粉点，对LCD显示器来说是指显示屏上的像素，这是在生产制造时加工出来的。
▪显示器分辨率通常用“水平像素数×垂直像素数”的形式表示，如640×480、1024×768等，也可以用规格代号表示，如VGA、XGA和SXGA等。
v2．屏幕分辨率
▪屏幕分辨率是指实际显示图像时计算机所采用的分辨率，用户可在“控制面板”的“显示”属性的“设置”下根据需要设置“屏幕分辨率”，它必须小于或等于显示器分辨率，而显示器分辨率描述的是显示器自身的像素点数量，则是固有的不可改变的。
v3．图像分辨率
▪图像分辨率是指在计算机中保存和显示一幅数字图像所具有的分辨率，它和图像的像素有直接的关系，图像分辨率表示的是图片在长和宽上占的点数的单位。
▪图像分辨率决定图像的质量，对于同样尺寸的一幅图，如果图像分辨率越高，则组成该图的图像像素数目就越多，像素点也越小，图像越清晰、逼真。
▪图像分辨率与显示器分辨率是两个不同的概念，显示器分辨率用于确定显示图像的区域大小，而图像分辨率用于确定组成一幅图像的像素数目。
4.3.3图形和图像
v数字图像指图形和静态图像两种，它们是构成动态图像的基础，关于动态图像后面将予以介绍。
v图形也称为矢量图是指用计算机绘图工具绘制的画面，图形中通常包括直线、曲线、圆、方框、图表等成分，是以数学方法描述的、通过计算机指令来表示的图形。
▪矢量图形不受分辨率影响，可以对图形的各个成分进行任意移动、缩放、旋转和扭曲等变换操作和以任意分辨率在输出设备上打印出来，都不失真或不遗漏细节。
矢量图形不需存放大量数据，文件规模小。
▪静态图像亦称为位图指的是由扫描仪、数码相机等图像采集设备捕捉实际的画面产生的数字图像，是由像素点阵构成的点阵图。
▪矢量图与位图的主要区别如表4-2所示。
4.3.4常见的图像文件格式
v1．BMP位图格式
▪最典型的应用BMP格式的程序就是Windows的画笔。
它的颜色存储格式有1位、4位、8位及24位，该格式是当今应用比较广泛的一种格式。
v2．GIF格式
▪它主要用于在不同平台上进行图像交流和传输，目前大多数图形处理软件都支持GIF文件格式。
GIF格式的文件压缩比高，文件较小，下载速度较快，现在网上的许多动画与网页都用这种方法制作，GIF已成为网络上最流行的图像文件格式之一。
v3．JPEG格式
▪JPEG压缩技术十分先进，它用有损压缩方式去除冗余的图像数据，在获得极高的压缩率的同时能展现十分丰富生动的图像。
v4．TIFF格式
▪TIFF（TagImageFileFormat）称为标记图像文件格式。
它的特点是图像格式复杂、存贮信息多，且适用于多种平台和多种机型。
TIFF是一种通用的图像文件格式，几乎所有的扫描仪和多数图像处理软件都支持这一格式。
▪增加了一些GIF文件格式所不具备的特性，可用于网络图像的传输。
它存储形式丰富，最大色深为48bit，采用无损压缩方案存储。
v6．PSD格式
▪PSD格式可以存储Photoshop中所有的图层，通道、参考线、注解和颜色模式等信息。
v7．其他格式
▪除此之外，还有Office组件专用的WMF剪贴画文件格式（*.wmf）；Kodak照片CD文件格式PCD（*.pcd）；AutoCAD中使用的绘图互换格式DXF（*.dxf）和Zsoft公司推出的PCX文件格式（*.pcx）等。
4.3.5图像文件的获取与处理
v1．WindowsXP自带的“画图”
▪WindowsXP“附件”中提供的“画图”软件是个简单易用的画图工具，可用来创建简单或者精美的图画，并可以存为位图文件。
它可以处理多种格式的图像文件，如.jpg、.gif或.bmp等，并可将其用作桌面背景，甚至还可用“画图”软件查看和编辑扫描好的照片。
v2．常用图像处理软件Photoshop
▪Photoshop提供了强大的图像编辑和绘画功能，利用它，可以完成对扫描图片进行亮度和对比度的调整，
▪可以方便地利用图层功能对多个图像进行合成与编辑，以及利用滤镜功能快速地制作各种艺术效果等。
4.4.1动画的基本概念
v动画利用了人类眼睛的视觉暂留现象，即一幅图像在人的眼里会停留一段时间后才消失，如果快速查看一系列相关的静态图片，那么我们会感觉到这是一个连续的运动。
v逐帧动画也称为帧动画，是指构成动画的基本单位是帧，一幅静态图像称为一帧，很多帧组成一部动画片。
v实时动画也称为算法动画，它是采用各种算法来实现物体的运动控制。
v实时动画特点是存储容量不需要太大，但对计算机处理速度要求较高。
v就动画的表现空间分类，计算机动画又可分为二维动画和三维动画两大类。
4.4.2常见的动画文件格式
v1.GIF格式（GIF动画）
v2.SWF格式（Flash动画）
▪它还是一种“准”流（Stream）形式的文件，可以边下载边播放。
该格式动画主要应用于网页制作和多媒体动画创作领域。
v3.FLIC（FLI／FLC）格式
▪FLI是最初的基于320×200分辨率的动画文件格式，而FLC进一步扩展，它采用了更高效的数据压缩技术，所以具有比FLI更高的压缩比，其分辨率也有了不少提高。
v4.AVI格式
4.4.3动画制作简介
v动画的制作方法主要有三种：
▪1．利用编程实现。
▪2．利用多媒体创作工具软件（如：
Authorware）的动画制作功能。
▪3．专门的动画制作软件。
v计算机动画的关键技术体现在计算机动画制作的软件及硬件上。
▪计算机动画制作的硬件环境要求较高，首先要有一台高性能的多媒体计算机：
足够大的内存、高速CPU、大容量硬盘、较高显示器分辨率的大尺寸彩色显示器和大容量显存的显示卡等。
▪动画制作软件是由计算机专业人员开发的制作动画的工具，使用这种工具不需要用户编程，只需要通过简单的交互式操作就能实现计算机动画的各种功能。
▪Flash是矢量图形编辑和动画创作专业软件，它的作品具有集成性和交互性的特点，用它可以将音乐、声效、动画方便地融合在一起，以制作出高品质的动画。
▪Flash强调交互，可让观众在一定程度上参与动画进行。
4.5.1视频的概念
v计算机动画和视频的主要区别类似于图形与图像的区别，即帧图像画面的产生方式的不同。
计算机动画是采用计算机图形技术，借助于编程或动画制作软件生成的一组连续画面；而视频是使用电视摄像设备捕捉的图像。
v按照视觉效果的不同，视频分为标清（StandardDefinition，简称SD）和高清（HighDefinition，简称HD）两类。
▪标清是视频垂直分辨率在720p以下的一种视频格式。
▪高清，是相对于过去的标准清晰度而言的新标准。
v按照处理方式的不同，视频分为模拟视频和数字视频。
▪模拟视频是指每一帧图像是实时获取的自然景物的真实图像信号，它在时间和空间上都是连续的。
▪数字视频不仅可以无失真地进行无限制的复制，而且可以利用计算机进行创造性的编辑处理。
v视频信息为了能进入计算机进行处理，它首先必须“数字化”，一般采用分量数字化方式，其过程相对复杂一些，也存在不少技术问题，它是以一幅一幅的彩色画面为单位进行的，每幅彩色画面有亮度（Y）和色差（U、V）三个分量，通过三个模/数转换器对三个分量分别进行采样、量化和编码，才能得到一幅数字图像。
4.5.2常见的视频文件格式
v1.本地影像视频
▪
（1）AVI格式
•AVI（AudioVideoInterleaved）即音频视频交错格式。
•AVI格式允许视频和音频交错在一起同步播放，其优点是图像质量好，可以跨多个平台使用，缺点是压缩标准不统一，不具有兼容性。
▪
（2）DV-AVI格式
•目前非常流行的数码摄像机就是使用这种格式记录视频数据的。
它可以通过电脑的IEEE1394端口传输视频数据到电脑，也可以将电脑中编辑好的视频数据回录到数码摄像机中。
▪（3）MOV格式
•它具有较高的压缩比率和较完美的视频清晰度等特点，但是其最大的特点还是跨平台性，即不仅能支持AppleMacOS，同样也能支持Windows系列，目前已成为数字媒体软件技术领域的事实上的工业标准。
▪（4）MPEG/MPG/DAT格式
•MPEG采用有损压缩方法减少运动图像中的冗余信息，从而达到高压缩比（最高可达200∶1）的目的，同时图像和音响的质量也非常好，兼容性相当好。
MPEG标准包括MPEG视频、MPEG音频和MPEG系统三个部分。
▪（5）MTS格式
•常见于索尼高清硬盘摄像机或其他品牌录像机录制的视频格式，分辨率可达到全高清标准1920×1080，或1440×1080，画质极高，也由于画面质量很高，同等时间长度的mts相比于其他普通格式视频体积远远要大，不利于保存。
v2.网络影像视频
▪
（1）ASF格式
•由于它使用了MPEG-4的压缩算法，所以压缩率和图像的质量都很不错。
▪
（2）WMV格式
•WMV格式的主要优点包括：
本地或网络回放、可扩充的媒体类型、部件下载、可伸缩的媒体类型、流的优先级化、多语言支持、环境独立性、丰富的流间关系以及扩展性等。
▪（3）RM格式
•用户可以使用RealPlayer或RealOnePlayer播放器来对符合RealMedia规范的网络音频/视频资源进行实况转播，并且RealMedia可以根据不同的网络传输速率制定出不同的压缩比率，从而实现在低速率的网络上进行影像数据
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