第8章-多媒体技术基础课件.ppt
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1、第第8章章多媒体技术基础多媒体技术基础8.1多媒体技术概述多媒体技术概述 8.2 音频信息的处理音频信息的处理 8.3 图像信息的处理图像信息的处理 8.4 视频信息的处理视频信息的处理 8.5 计算机动画技术计算机动画技术 8.6 多媒体创作工具多媒体创作工具 习题自从1984年美国Apple公司推出世界上第一台具有多媒体特性的Macintosh计算机以来,多媒体技术以其强大的生命力在全世界计算机领域蓬勃发展。应用多媒体技术已成为20世纪90年代计算机的时代特征,是计算机、也是信息系统范畴内的一次革命,目前正处于世界性的技术研究和产品开发的热点之中。可以说,多媒体时代的到来,为人们勾勒出了一
2、个多姿多彩的视听世界。8.1多媒体技术概述 8.1.1 多媒体的基本概念 1媒体媒体(media)就是用于传播和表示各种信息的手段。日常生活中接触的报纸、杂志、电视、广播等都是媒体,通过它们了解社会、周游世界、增加知识。在计算机领域,媒体有两种含义: 一是指信息的表示形式信息的表示形式,如文字(text)、声音(audio,也叫音频)、图形(graphic)、图像(image)、动画(animation)和视频(video,即活动影像)。 一是指存储信息的载体存储信息的载体,如磁带、磁盘、光盘和半导体存储器等。多媒体技术中的媒体是指前者信息的表示形式。2多媒体多媒体(multimedia)就是
3、文本、声音、图形、图像、动画和视频等多种媒体成分及其组合,也就是可以听到优美动听的音乐,看到精致如真的图片,欣赏引人入胜的影视动画等。计算机能处理的这些多媒体信息从时效性上又可分为两大类:静态媒体包括文字、图形、图像;时变媒体包括声音、动画、活动影像。3多媒体技术多媒体技术(multimedia technique)可简单地理解为:一种以交互方式将文本、声音、图形、图像、动画和视频等多种媒体信息,经过计算机设备的获取、操作、编辑、存储等综合处理后,以单独或合成的形态表现出来的技术和方法。多媒体技术的应用,突破了单靠键盘和显示器以字符形式交流信息的模式。多媒体技术发展到今天,跟许多技术的进步,如
4、大容量光盘存储器CD-ROM、DVD-ROM、实时多任务操作系统技术、数据压缩技术和大规模集成电路制造技术等紧密相连。所以,多媒体技术可以说是包含了当今计算机领域内最新的硬件和软件技术,它将不同性质的设备和信息媒体集成为一个整体,并以计算机为中心综合地处理各种信息。现在所说的多媒体,通常并不是指多媒体信息本身,主要是指处理和应用它的一套软硬件技术。因此,常说的“多媒体”只是多媒体技术的同义词。4多媒体计算机多媒体计算机 (multimedia personal computer,MPC)一般是指能够综合处理文字、图形、图像、声音、动画和视频等多种媒体信息(特别是传统微机无法处理的音频信息和视频
5、信息),并在它们之间建立逻辑关系,使之集成为一个交互式系统的计算机。它融高质量的视频、音频、图像等多种媒体信息的处理于一身,并具有大容量的存储器,能给人们带来一种图、文、声、像并茂的视听感受。多媒体计算机能处理的媒体中应至少有一种是时变媒体(如声音、动画和活动影像)。5多媒体的特点主要有以下3个方面。(1) 多样性早期的计算机只能处理包含有数值、文字以及经过特殊处理的图形或图像等单一的信息媒体,而多媒体计算机则可以综合处理文本、图形、图像、声音、动画和视频等多种形式的信息媒体。(2) 交互性传统的媒体如影视节目等大都是按照事先编排的顺序从头放到尾,人们只能被动地接受信息,无法干预,人机之间缺乏
6、沟通。而多媒体计算机则可以让人们主动交互,即用户与计算机之间可以双向通讯,通过计算机程序控制各种媒体的播放顺序。 人机交互能力是多媒体技术的重要特征,这也就是为什么一般具有声音、图像、视频的电视机、录像机还谈不上“多媒体”的原因。(3) 集成性指不同媒体信息、不同视听设备及软硬件的有机结合。也就是说,它既能将处理各种信息的高速和并行的CPU系统、大容量的存储设备、适合多媒体输入/输出的外设和接口,以及多媒体操作系统、多媒体信息管理和创作软件集成为一体化;同时还包括多种媒体信息的统一获取、组织和存储,以及多媒体信息的展示和合成等内容。多媒体以其丰富多彩的媒体表现形式、高超的交互能力、高度的集成性
7、、灵活多变的适应性得到了广泛的应用。8.1.2 数据压缩数据压缩 n多媒体技术是传统计算机技术的扩充和发展。n 1数据压缩技术n各种数字化的媒体信息,如图像、声音、视频等的数据量通常都很大。例如,一幅640480分辨率的24位真彩色图像,需要1MB字节的存储量;一秒钟的视频画面就要保存15幅到39幅图像,声音存储量也惊人。在多媒体系统中,为了达到令人满意的图像、视频画面和听觉效果,就必须解决音频、视频数据的大容量存储和实时传输的问题,这些都需要使用编码压缩技术。目前,国际上对于音频信息、静态图像和动态图像的压缩/解压缩已经形成一个统一的标准:对于数字化音频的压缩,即CD音乐,已有红皮书、黄皮书
8、和绿皮书标准;而视频资料的处理,主要经过数字化输入、编码压缩/还原和同步显示处理,其中静态图像的压缩编码方案为JPEG(它对单色和彩色图像的压缩比通常为10 1和15 1),全运动视频图像的压缩编码方案为MPEG(压缩比通常为50 1)。2存储管理技术对庞大的多媒体数据信息的管理问题是多媒体的另一个关键技术。两张照片,配合一段背景音乐构成一段简单而完整的多媒体信息,具有直觉和动态的效果,它与基本的文字和数据资料有着显著的区别。而传统计算机系统的数据库功能已不能完成对复杂的多媒体资料的有效管理和存储。目前出现的多媒体数据库,则将以往数据库对单调的文字、数字管理发展成对图像、声音资料进行管理的系统
9、。 3软件发展技术交互式操作界面提供使用者方便的使用环境,是促使多媒体成功的关键之一。近年来,软件的主要方向就是如何扩充图形导向式窗口界面,使其成为能以多媒体信息为交互界面的窗口系统。而在软件设计技术方面,也已逐步采用物件导向式设计,以便达到高扩充性、高重用性和方便易用等优点。再加上超媒体用户界面(hyper media user interface),可达到多维空间及非线性阅览的工作环境。8.1.3 多媒体技术的发多媒体技术的发展与应用展与应用 n 1. 多媒体的产生和发展n在计算机发展的初期,人们只能用数字和文字作为信息的表示形式。从20世纪80年代中后期开始人们致力于研究将声音、图形和图
10、像作为新的信息媒体输入输出计算机。1984年美国Apple公司首先在其Macintosh机上引入位图(bitmap)的概念,并用图标(icon)作为与用户的接口。n1985年前后,美国Commodore公司推出了世界上第一台真正的多媒体系统Amiga,该系统以其功能完备的视听处理能力、大量丰富的实用工具以及性能优良的硬件,使全世界看到了多媒体技术的美好未来。1986年3月,Philips公司和Sony公司,联合推出了交互式紧凑光盘系统CD-I,它将多种媒体信息以数字化的形式存储在650MB的只读光盘上,使用户可以交互地读取光盘中的内容。1987年3月,在Microsoft公司举办的CD-ROM
11、年会上,RCA公司首次演示了它们的交互式数字视听系统(digital video interactive,DVI)。它以计算机为基础,用光盘存储和检索静态图像、活动图像、声音以及其它信息。进入20世纪90年代,随着计算机软硬件技术的不断提高,多媒体时代终于到来。为使多媒体建立适应发展的标准,Philips、Sony和Microsoft等14家厂商组成多媒体市场协会(multimedia PC marketing council),并于1991年10月公布了微机上的多媒体标准MPC 1.0,1996年又公布了MPC 4.0标准,使多媒体计算机既能播放全屏幕视频图像,又能听CD音响级的声音,还支持
12、DVD。MPC标准的制定,使全世界的计算机制造厂商和软件发行厂商都有了共同的遵循标准,推动了多媒体技术和多媒体计算机在世界范围内的迅速普及和广泛应用。2多媒体技术的应用 (1) 教育培训教育培训 利用多媒体技术将图文、声音和视频信息并用,能产生生动活泼的效果,且具有交互功能,可大大激发学习兴趣,提高学习者的学习主动性。其应用范围有CAI辅助教学、公司员工教育、职业训练和外语训练等。(2) 商业服务商业服务 形象、生动的多媒体技术特别有助于商业演示服务。如在大型超市,顾客可通过多媒体计算机的触摸屏浏览商品、了解其性能、外观和价格。 (3) 过程模拟领域过程模拟领域 在天气预报、天体演化、火山喷发
13、、设备运行等方面,采用多媒体技术模拟其发生的过程。(4) 影视娱乐业影视娱乐业 在影视播放、影视特效制作、动画制作等方面。(5) 出版与图书出版与图书 通常多媒体出版物都是以大容量的光盘(如,CD-ROM或DVD-ROM)的形式发行,它们不但可以存储大量的资料,而且在使用、查找方面特别快捷,很适宜用来代替各种传统的出版物,如各种手册、年鉴、百科全书、音像辞典等。现在越来越多的影视节目也被录制到光盘出版发行。 (6) 视像会议视像会议 视像会议系统是多媒体技术在商务和办公自动化中的一个重要应用,它将计算机的交互性、通信的分布性和电视的真实性融为一体,通过多媒体网络可以使分处不同国家和地区的与会者
14、得到一种“面对面”开会的感觉:人们不仅可以互相交谈,而且还可以在屏幕上彼此看见,共享各种图文资料,其效果远优于一般的电话会议。(7) 虚拟现实虚拟现实 虚拟现实(virtual reality)是一项与多媒体技术密切相关的边缘技术,它通过综合应用计算机图像处理、模拟与仿真、传感、显示系统等技术和设备,以模拟仿真的方式,给用户提供一个真实反映操作对象变化与相互作用的三维图像环境,从而构成一个虚拟世界,并通过特殊的输入输出设备(如头盔式三维显示装置,数据手套等)提供给用户一个与该虚拟世界相互作用的三维交互式用户界面。如,当用多媒体电子百科全书去查找有关原子的内容时,可“进入”原子的世界,并能从不同
15、角度看到电子在其周围飞旋。VR技术发展潜力极大,将大量应用于训练、展示和游戏等方面。(8)通信与网络通信与网络 Web是在因特网上运行的全球性分布式信息系统,支持文本、图像、声音、影视等数据类型。而且使用超文本、超链接技术把全球范围里的信息链接在一起,所以也称为超媒体环球信息系统。展望未来,网络和计算机技术相交融的交互式多媒体将成为21世纪多媒体发展方向。所谓交互式多媒体是指不仅可以从网络上接受信息、选择信息,还可以发送信息,且信息是以多媒体的形式传输的。8.1.4 多媒体系统多媒体系统 n 1多媒体系统的层次结构多媒体硬件系统多媒体硬件系统: :多媒体控制板卡及多媒体控制板卡及I/OI/O电
16、路电路多媒体驱动程序多媒体驱动程序: :用来控制和操纵多媒体硬件用来控制和操纵多媒体硬件多媒体操作系统多媒体操作系统:CD-RTOS(:CD-RTOS(专用专用) ) Windows(Windows(通用通用) )8.2 8.2 音频信息的处理音频信息的处理 n8.2.1 声音的概念 n 声音是通过一定介质传播的一种连续波。振幅振幅:音量的大小:音量的大小周期周期:重复出现的时间间隔:重复出现的时间间隔频率频率:指信号每秒钟变化的次数:指信号每秒钟变化的次数t振幅周期An8.2.2 声音的数字化n 1.声音信号的类型n 模拟信号(自然界、物理)n 数字信号(计算机)n 2.声音数字化过程采样采
17、样量化量化编码编码模拟信号模拟信号数字信号数字信号模拟信号模拟信号数字信号数字信号A/D ADCD/A DACn 5.声音数字化计算公式n 数据量采样频率量化位数 声道数/8(字节/秒)采样频率(kHz)量化位数(bit)数据量(KB/s)单声道立体声11.025810.7721.531621.5343.0722.05821.5343.071643.0786.1344.1843.0786.131686.13172.278.2.4 音频文件格式 1.WAV文件 WAV是Microsoft/IBM共同开发的PC波形文件。因未经压缩,文件数据量很大。 特点:声音层次丰富,还原音质好2.VOC文件 V
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