大学精品课件：第4章 多媒体技术基础20121107.ppt

1、第第4章章 多媒体技术基础多媒体技术基础 4.1 多媒体的概念 4.2 光盘存储系统 4.3 多媒体音频信号处理 4.4 多媒体图像信息处理 4.5 计算机图形处理技术简介 4.6 多媒体视频信息处理 4.1 多媒体的概念多媒体的概念 本节主要内容本节主要内容 4.1.1 媒体的分类 4.1.2 多媒体与多媒体技术 4.1.3 多媒体计算机系统 重点难点重点难点 媒体和多媒体的定义、多媒体系统组成 第第4 4章章4.14.1节节 4.1.1 媒体的分类媒体的分类 媒体分类媒体分类 （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。 媒质：是指存储信息的实体， 如磁

2、带、磁盘、光盘 媒介：是指信息的表现形式 或载体，如文字、声音、图 形、图像、动画、视频等信 息表现形式。 第第4 4章章4.14.1节节4.1.14.1.1 媒体的五种类型 媒体可以分为5种类型： 感觉媒体（perception）:直接作用于人的感觉器官，使人产 生感觉的媒体。 如：眼睛看到的图形、图像、动画、文本，耳朵听到的语言、 音乐 表示媒体（presentation）：为了加工、处理和传输感觉媒 体而人为研究和构造出来的中间媒体，如语言编码、电报码、 条形码、音频编码、图像及文本编码 显示媒体（Display）：使电信号和感觉媒体之间产生转换 用的媒体 如：输入显示媒体：话筒、摄像机

3、、光笔及键盘 输出显示媒体：发光二级管、扬声器、显示器及打印机 存储媒体（Storage）：用于存储表示媒体的物理介质 如：磁盘、光盘、磁带、半导体存储器、纸张 传输媒体（Transmission）：传输表示媒体的物理载体 如：同轴电缆、光纤、双绞线及电磁波 各种媒体之间的关系 例如：例如：某人从网上下载一个某人从网上下载一个MP3歌曲文件到计算机的硬盘歌曲文件到计算机的硬盘 中，并播放这个中，并播放这个MP3歌曲歌曲 涉及：涉及： MP3歌曲歌曲感觉媒体感觉媒体 MP3文件文件表示媒体表示媒体 互联网的网络传输设备互联网的网络传输设备传输媒体传输媒体 存储存储MP3文件的硬盘文件的硬盘存储媒

4、体存储媒体 播放播放MP3的扬声器的扬声器显示媒体显示媒体 4.1.2 多媒体与多媒体技术多媒体与多媒体技术 1.多媒体定义多媒体定义 通常所指的多媒体就是各种感觉媒体的组合，即声音、 图像、图形、动画、文字、数据、文件等各种媒体的 组合。 2.多媒体技术多媒体技术 利用计算机综合处理（获取、编辑、存储和显示等） 多种媒体信息（文本、图形、图形、音频和视频等） 的技术。 包括数字化信息处理技术、音频和视频技术、计算机 软硬件技术、人工智能和模式识别技术、通信和网络 技术等 第第4 4章章4.14.1节节4.1.24.1.2 3.多媒体技术的主要特性多媒体技术的主要特性 信息媒体的多样性、多种媒

5、体的集成性、处理过程的交互 性 多样性：可以综合处理多种信息，并且将不同类型的信息有机结 合在一起。最主要的特征。 集成性：包括信息媒体的集成和处理这些媒体的设备的集成 交互性：用户可以控制信息的传播、参与信息的组织过程，使人 们获取和使用信息的方式由被动变主动。 各种家电的组合不算是多媒体。 4.多媒体的关键技术多媒体的关键技术 大容量数据存储技术 多媒体数据压缩编码与解码技术 虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术 多媒体数据库技术 智能多媒体技术 多媒体信息检索 4.1.3 多媒体计算机系统多媒体计算机系统 1.多媒体计算机系统的层次结构多媒体计算机系统的层次结构 多媒体计

6、算机系统一般由多媒体计算机硬件系统和软件系 统组成。通常应包括5个层次结构: 计算机硬件系统 多媒体的软件系统 应用程序接口API（Application Programming Interface） 多媒体创作工具及软件 多媒体应用系统 第第4 4章章4.14.1节节4.1.34.1.3 多媒体计算机系统的组成 最底层为多媒体计算机硬件系统，主要任务是能 够实时地综合处理文、图、声、像信息，实现全 动态视像和立体声的处理。还需对多媒体信息进 行实时的压缩与解压缩。 构成多媒体硬件系统除了需要较高性能的计算机 主机硬件外，通常还需要音频、视频处理设备、 光盘驱动器、各种媒体输入/输出设备等。例

7、如， 摄像机、电视机、话筒、录像机、录音机、视盘、 扫描仪、CD-ROM、高分辨率屏幕、视频卡、声 卡等。 第二层为多媒体软件系统，主要包括多媒体操作系统、多 媒体通信软件。该层软件除驱动、多媒体通信软件主要支 持网络环境下的多媒体信息的传输、交互与控制。 第三层为多媒体应用程序接口API，为上层提供软件接口， 使程序开发人员能在高层通过软件调用系统功能，并能在 应用程序中控制多媒体硬件设备。 第四层是多媒体创作工具及软件。它是在多媒体操作系统 的支持下，利用图形和图像编辑软件、视频处理软件、音 频处理软件等，来编辑、制作、集成多媒体节目素材。 多媒体制作工具软件可缩短多媒体应用系统的开发周期

8、， 降低对设计人员技术方面的要求。 第五层为为多媒体应用系统。该层直接面向用户，满足用 户的各种需求。它要求有较强的交互功能和良好的人-机 界面 2.多媒体计算机的硬件系统多媒体计算机的硬件系统 多媒体计算机硬件系统由主机、多媒体接口卡、外部设备、 光盘存储器、网络接口卡等组成。按功能分为： 输入设备：摄像机、录像机、扫描仪、传真机、数码相机、 话筒等 输出设备：显示器、电视机、打印机、投影仪、音箱等 人机交互设备：键盘、鼠标、触摸屏、绘图板、光笔及手 写输入设备 多媒体接口卡：根据多媒体系统获取、编辑音频或视频的 需要插接在计算机上的硬件卡，以解决各种媒体数据的输 入输出问题，有音频卡、视频

9、卡、图形加速卡、网络接口 卡等 多媒体计算机硬件系统多媒体计算机硬件系统 4.2 光盘存储系统光盘存储系统 本节要点内容本节要点内容 4.2.1 光盘及其特点 4.2.2 光盘的标准与类型 4.2.3 光盘系统记录与读取信息的原理 第第4 4章章4.24.2节节 4.2.1 光盘及其特点光盘及其特点 组成组成 光盘存储系统由光盘和光盘驱动器组成。 优点优点 容量大 耐用 易保存 标准化 CD（Compact Disc）:高密度盘，也称光盘，是近代发 展起来不同于磁性载体的光学存储介质,用聚焦的氢离 子激光束处理记录介质的方法存储和再生信息,又称激 光光盘 。 第第4 4章章4.24.2节节4.

10、2.14.2.1 4.2.2 光盘的标准与类型光盘的标准与类型 按照数据存放格式和类型，光盘可分为不同的类型，光盘通常包括CD-DA、CD- ROM、CD-R、CD-R/W、V-CD、DVD、BD等。 第第4 4章章4.24.2节节4.2.24.2.2 光盘标准 名称 光盘名称 支持的编码格式及存 储类型 容量 CD-DA 标准 数字音乐光盘 音乐 74min CD-ROM 标准 数据光盘 文字、图形、图像、 声音、视频及动画 650700MB Video CD标准 视频光盘 MPEG-1格式音、视 频 650700MB DVD标准 数字通用光盘 MPEG-2格式音、视 频 单层4.7G，4层

11、 17G Blue ray Disk 蓝光光盘 VC-1、MPEG-2、 H.264/MPEG-4等 单层25G，双层 50G，4层100G 光盘标准分类表 按光盘的读写性能分类： 只读型光盘存储器只读型光盘存储器 用户只能读取上面的数据，而不能写入或修改光盘中的数据 包括VCD、CD-DA，CD-ROM、DVD-ROM，最常见的只读光盘为 CD-ROM光盘。 一次可写光盘存储器一次可写光盘存储器 只可以写入一次，不可抹去；但允许往光盘未刻写的光道上追加数据， 知道盘写满为止。 包括CD-R、DVD-R和BD-R，常见的为CD-R（Recordable）光盘。 多次可擦写光盘存储器多次可擦写光

12、盘存储器 可以多次写入，允许用户存储、移动、修改光盘上的数据 包括CD-RW、DVD-RW、DVD+RW、DVD-RAM和BD-RE 4.2.3 光盘系统记录与读取信息光盘系统记录与读取信息 的原理的原理 光盘系统由光盘驱动器和光盘盘片组成。光盘驱动器 的读写头由半导体激光器和光路系统组成，记录介质 采用磁光材料，驱动器采用一系列透镜和反光镜，将 微细的激光束引导至一个旋转光盘的微小区域。 第第4 4章章4.24.2节节4.2.34.2.3 光盘数据读取原理 CD-ROM光盘读取过程光盘读取过程 1、激光二极管产生的激光束聚焦在旋转的CD-ROM盘片 上 如果照在平面（lands）上，大部分光

13、束会放射回来， CD读取头顺利读取到反射信号 如果照在凹坑（pits）上，造成激光散射，CD读取头 收到反射信号很弱 2、将反射信号解读为数字信号，成千上万、或者数以百 万计的“ 1”和“0”又被电脑或激光唱机恢复成音乐、 文件或程序 CD-ROM的剖面结构的剖面结构 标签层，印有光盘的名称及制造商的商标 保护层 反射层，提高盘片的反射率 记录层：压制出的凹痕光道记录数据 聚碳酸脂透明基底 CD-ROM的剖面结构 CD-ROM、CD-R和和CD-RW构造的区别构造的区别 CD-ROM光盘是利用机械方法来压制凹坑，从而记录数 据，因此只能读取光盘上的数据，而不能把数据写到盘片 上。 CD-R光盘

14、上增加了一层有机染料来作为记录层。当写入 激光束聚焦到记录层上时，染料在加热后被烧溶，形成代 表信息的凹坑，永久性的保持现状，因此只可以写入一次。 CD-RW光盘在记录层上镀了一层结晶层（碳性物质，通 过改变碳性物质的极性），呈现出结晶与非结晶的状态。 在激光照射的作用下，两种状态相互转换，产生信号，因 此既可以读也可以写。 4.3 多媒体音频信号处理多媒体音频信号处理 本节要点内容本节要点内容 4.3.1 音频信号的形式 4.3.2 音频的数字化过程 4.3.3 数字音频的文件格式 4.3.4 语音信号处理技术 重点难点重点难点 音频的数字化过程 第第4 4章章4.34.3节节 4.3.1

15、音频信号的形式音频信号的形式 音频（音频（Audio） 语音信号：语音是语言的物质载体，包含了丰富的语言内 涵，是人类进行信息交流的形式。 非语音信号：简单、信息量低，例如音乐。 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，不能由计算机直接处理。 模拟音频信号的两个重要参数模拟音频信号的两个重要参数 频率：每秒钟波峰的数目，体现声音音调的高低，单位Hz、 kHz。 频率范围为20Hz20kHz的信号称为音频（Audio）。 幅度：基线到波峰的距离，体现声音的强弱，单位dB。 第第4 4章章4.34.3节节4.3.14.3.1 1、对声音进行A/D转换，将连续的声音波形转变为离散

16、的 数字量。 2、对数字化声音信号进行压缩编码，使其成为一串二进制 数字序列传输、存储。 3、播放时，经解码器将二进制编码恢复成原来的声音信号 播放。 4.3.2 音频的数字化过程音频的数字化过程 第第4 4章章4.34.3节节4.3.24.3.2 声音的采样声音的采样 按一定的时间间隔将声音波形在时间轴上进行分 割，把时间和幅度上都是连续的模拟信号转化成 时间上离散、幅度连续的信号。 该时间间隔称为采样周期、其倒数为采样频率 标准的采样频率为：语音效果11.025kHZ、音乐 效果22.05kHZ、高保真效果44.1kHz。 奈奎斯特采样定理：采样频率应大于人耳所能听 到的最高频率的两倍。

17、采样采样 量化量化 把采用后在幅度上连续取值的每一个样本转换为离 散值表示。 量化等级（量化级数）：音频幅度的划分的等级 个数。 量化位数：为获得量化等级所需的二进制位数 量化等级=2n,n为量化位数 相同的采样频率下，量化位数越大，音质越细腻， 声音的质量越好，所需的存储空间越多。 编码编码 按照一定的格式把经过采样和量化后得到的离散数据记录下来，并在 有用的数据中加入一些用于纠错、同步和控制的数据。 采用一定的压缩编码算法进行压缩，减少数据量 数字化音频文件的存储容量数字化音频文件的存储容量 Size（存储量）（字节）= 采样频率（HZ）量化位数/8声道数时间（秒） 声道数：一次采样记录产

18、生的声音波形个数 常用声道有：单声道、双声道（立体声）和六声道（5.1立体环绕声） 例：用44.1kHz的采样频率进行采样，量化位数 选用16位，录制1分钟的立体声节目，计算波形 文件的大小 Size=4410016/8260=10584000B 10MB 4.3.3 数字音频的文件格式数字音频的文件格式 格式是数码信息的组织方式。 常见的声音文件格式常见的声音文件格式 WAV格式格式 按照声波的实际振动的波形进行存储 还原的音质较好，但未经压缩，所需存储空间较大 扩展名为.wav CD-DA 格式格式 将音频数字信号直接写在盘片上，经激光读出信息，再通过D/A转换成模 拟音频 扩展名为.cd

19、a MPEG音频文件音频文件MP3 音质优美、压缩比高 扩展名.mp3 VOC格式格式 其他格式其他格式：WMA（.wma）、Real audio(.ra/.rm)、 AIFF(.AIF/.AIFF)等 第第4 4章章4.34.3节节4.3.34.3.3 4.3.4 语音信号处理技术语音信号处理技术 语音信号处理是研究用数字信号处理技术对语音信号进行 处理的一门新兴学科。 语音编码 语音合成 语音识别 语音增强 第第4 4章章4.34.3节节4.3.44.3.4 4.4 多媒体图像信息处理多媒体图像信息处理 本节主要内容本节主要内容 4.4.1 计算机图像处理的基本概念 4.4.2 颜色模型

20、4.4.3 图像的数字化过程 4.4.4 图像的压缩与编码 4.4.5 图像文件格式 重点难点重点难点 颜色模型、图像的数字化过程 行程编码 第第4 4章章4.44.4节节 4.4.1 计算机图像处理的基本计算机图像处理的基本 概念概念 包括包括 可见图像 不可见光范围内借助于适当转换装置转换成人眼可见 的图像 视觉无法观察的其他物理图像和空间物体图像 由数学函数和离散数据描述的连续或离散图像 研究内容研究内容 对连续图像取样、量化产生数字图像 对数字图像做的各种变换 对图像中的无用噪声的滤除 对图像数据的压缩 第第4 4章章4.44.4节节4.4.14.4.1 4.4.2 颜色模型颜色模型

21、各个应用领域常常采用不同颜色模型表示图像的颜色。 RGB模型模型 基色：互为独立的单色，任一基色都不能由其他两种 基色混合产生。 自然界常见的各种颜色，都可以由红（Red）、绿 （Green）、蓝（Blue）三种颜色光按不同比例相配 而成。 大多数颜色光可以分解成红、绿、蓝三种色彩，人眼 对这三种色光最为敏感，三种颜色相配得到的彩色范 围最广。 所有图像处理软件都可以直接设置RGB数值。CRT 显示器、液晶显示器的色彩表示都基于RGB模型 第第4 4章章4.44.4节节4.4.24.4.2 RGB模型模型 R（255,0,0） G（0,255,0） B（0,0,255） Y（255,255,0

22、） M（255,0,255） C（0,255,255） CMYK模型模型 色彩的产生不是直接来自于光线的色彩,而是由 照射在颜料上放射回来的光线。 减色法：颜料吸收一部分光线，未吸收的光线 反射出来，称为视觉判定颜色的依据。 理论上CMY三原色（青、粉红、黄）按一定比 例混合可以制作出所需要的各种色彩，但实际 上同量的CMY混合并不能产生完善的黑色或灰 色，所以印刷时加上一个黑色，故称为CMYK 模式。 RGB模型与模型与CMYK模型模型 CMYK模式模式 4.4.3 图像的数字化过程图像的数字化过程 现实中的图像是一种模拟信号，图像数字化就是把真实的图像转变成 计算机能够接受的显示和存储格式

23、。 图像的采样图像的采样 图像采样：将二维空间上连续的图像用许多等距的水 平线和竖直线分割成网状的过程。 分辨率：被分割的图像若水平方向有M个间隔，垂直方 向有N个间隔，则该分辨率为MN，包括MN 个离 散像素点。 像素点：网状中的每个小方形区域，组成数字图像的 基本元素，是计算机生产和再现图像的基本单位。 第第4 4章章4.44.4节节4.4.34.4.3 采 样 行 采 样 列 像 素 行 间 隔 采 样 间 隔 采样示意图采样示意图 灰度值 即亮度，图像从暗到亮的变化值，色彩的深浅程度。 通过像素点的灰度值来表示图像。对于一副图像，用（x, y） 表示图像中任一像素的二维平面位置，函数f

24、( x, y) 表示相应位 置上像素的灰度。连续的二维图像就可以用函数离散值表示出 来。 设连续图像经数字化后，可以用一个离散量f( x, y)组成的矩 阵（即二维数组）来表示。 (0,0)(0,1)(0,1) (1,0)(1,1)(1,1) (1,0)(1,1)(1,1) fffn fffn g f mf mf mn 采样密度：图像上单位长度所包含的采样点数。采样密度 的倒数是采样间隔。采用间隔决定采样后图像是否能真实 地反映原图像的程度。一般来说，原图像的画面越复杂， 色彩越丰富，采样间隔应越小。 采样频率：是指一秒钟内采样的的次数。采样频率越高， 丢失的信息越少，采样出的样本细腻逼真图像

25、的质量好， 但要求的存储量越大。要从采样样本中精确地复原图像， 采样的频率必须大于等于原图像最高频率分量的2倍。 不同采样频率获得的图像效果不同采样频率获得的图像效果 图像的量化图像的量化 量化：把采样后得到的像素点的灰度值离散化为整数值，即用有限 的离散数值量来代替无限的连续模拟量。 1）将采样后的样本值范围分为有限个段 2）把落入某段中的所有样本值用同一个值来表示 量化等级（级数）：图像量化时所确定的离散取值的个数 量化字长（位数）：为得到量化等级所需的二进制位数，如8位、 16位、32位 量化级数=2量化位数 量化位数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。量

26、化位数越多，图像色彩越丰富、越逼真，图像 的质量越好，存储容量也就越大。 不同量化字长的灰度图像效果不同量化字长的灰度图像效果 1bit(2色色) 3bit(8色色) 6bit(64色色) 真彩色图真彩色图 将RGB 8:8:8，即颜色深度为24位的图像称为真彩色图 特点：色彩丰富、存储量大 图像存储容量（字节）= 水平方向的像素数垂直方向的像素数颜色深度/8 例如：800 600像素的真彩色图像，存储容量为： 800 600 24/8=1440000（B） 1.37MB 4.4.4 图像的压缩与编码图像的压缩与编码 图像信息为什么能压缩图像信息为什么能压缩 图像数据量的庞大,在存储、传输、处

27、理时非常困难,因此 图像数据的压缩就显得非常重要。 减少表示数字图像时需要的数据量，去除冗余数据，保留 不确定信息，去除确定的信息。 数据压缩的目的就是通过去除这些数据冗余来减少表示数 据所需的比特数，将图像信息压缩到最小，但又有足够信 息保证能复制出与原图近似的图像 图像数据的冗余主要表现为：图像中相邻像素间的相关性 引起的空间冗余；图像序列中不同帧之间存在相关性引起 的时间冗余；不同彩色平面或频谱带的相关性引起的频谱 冗余。 第第4 4章章4.44.4节节4.4.44.4.4 数据压缩与编码分类数据压缩与编码分类 数据压缩方法 无损压缩 数据在压缩或解压缩过程中不会改变或损失，没 有任何失

28、真，解压缩产生的数据是对原始对象的 完整复制。 对于如绘制的技术图、图表或者漫画优先使用无 损压缩 医疗图像或者用于存档的扫描图像等这些有价值 的内容的压缩也尽量选择无损压缩方法。 有损压缩 解压缩后的数据与压缩前的数据不一致，只要这种损失被 限制在允许的范围内，有损压缩就是可接受的。 有损方法非常适合于自然的图像，主要的应用领域在影像 节目、可视电话会议和多媒体网络主要由音频、彩色图像 和视频组成的多媒体应用。 经典压缩编码经典压缩编码 预测编码 变换编码 统计编码 新的编码方法包括分形编码、小波变换图像压缩编码 行程编码行程编码RLE（Run Length Encoding） 对于一幅具有

29、许多颜色相同图块图像，在这些图块中，许 多行上又具有相同的颜色，或一行上有许多连续的像素都 具有相同的颜色值，将行中颜色值相同的相邻像素用两个 字节来表示， 第一个字节是一个计数值， 用于指定像素 重复的次数； 第二个字节是具体像素的值。 具有相同颜色并且是连续的像素数目称为行程长度。 译码时按照与编码时采用的相同规则进行, 还原后得到的 数据与压缩前的数据完全相同。因此, RLE 是无损压缩技 术。 RLE所获得的压缩比，主要取决于图像本身。图像中具有 相同颜色的图像块越大，图像块数目越少，压缩比越高。 该压缩编码技术相当直观和经济，运算也相当简单，因此 解压缩速度很快。RLE压缩编码尤其适

30、用于计算机生成的 图形图像，对减少存储容量很有效。 一个好的压缩方法必须满足：一个好的压缩方法必须满足： 1、压缩比大 2、实现压缩的算法简单，压缩、解压缩的速度快 3、恢复效果好，失真度小 混合压缩混合压缩 在压缩比、压缩率和保真度之间的折中 4.4.5图像文件格式图像文件格式 图像文件格式图像文件格式 BMP位图格式 只能应用在单机上，bmp文件都不压缩 JPEG格式 压缩率较高 GIF格式 用于压缩复杂并极富变化的图像 PSD格式 文件体积较大 TIFF格式 扫描仪和多数图像处理软件都支持，移植性好 PNG格式 存储形式丰富，无损压缩 第第4 4章章4.44.4节节4.4.54.4.5

31、4.5 计算机图形处理基础简介计算机图形处理基础简介 本节主要内容本节主要内容 4.5.1 计算机图形处理的概述 4.5.2 计算机图形处理包括的内容 4.5.3 图形与图像处理技术的区别与联系 4.5.4 矢量图和位图的比较 第第4 4章章4.54.5节节 4.5.1 计算机图形处理的概述计算机图形处理的概述 计算机图形处理概念计算机图形处理概念 计算机图形处理是指利用由概念或数学描述所表示物体的几何数 据或几何模型，用计算机进行显示并存储，并可以进行修改、完 善以及有关操作的过程。 图形的分类图形的分类 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，如工程图、等高线地图、曲

32、面的线框图等 反映物体表面属性或材质的灰度颜色等非几何要素，重点在于根 据给定的物体描述模型、光照及摄像机的成像几何，生成一幅图 像的过程。 主要应用领域主要应用领域 计算机辅助设计和制造（CAD、CAM）、计算机教育、计算机艺术、 计算机模拟、计算机可视化、计算机动画和虚拟现实 第第4 4章章4.54.5节节4.5.14.5.1 4.5.2 计算机图形处理包括的内计算机图形处理包括的内 容容 几何变换，如评议、旋转、缩放、透视和投影 等 曲线和曲面拟合 建模或造型 隐藏线隐藏面消除 纹理产生 渲染 第第4 4章章4.54.5节节4.5.24.5.2 4.5.3 图形与图像处理技术的区图形与图

33、像处理技术的区 别与联系别与联系 计算机图形学时指将点、线、曲面等实体生产物体的 模型，然后模型存放在计算机里，并可修改、合并、 改变模型和选择观点来显示模型的一门学科。 主要应用于CAD、物理实体建模、可视化、虚拟现实， 以及计算机动画、游戏等领域。 图像处理技术是采用计算机外部辅助设备（如扫描仪、 视频采集装置等）输入的图像像素数据进行处理、压 缩、传输的一门计算机技术。 就存储方式而言，图像是指计算机内以位图形式存在 的灰度或彩色信息图形的几何属性。 第第4 4章章4.54.5节节4.5.34.5.3 4.5.4 矢量图和位图的比较矢量图和位图的比较 矢量图矢量图 把图形元素（图形对象）

34、当作矢量来处理 每个对象都是一个自成一体的实体，如直线、曲线、 圆、方框、图表等，每个对象都有颜色、形状、轮廓、 大小和屏幕位置等属性，通过计算机指令来绘制 可以多次移动和改变它的属性，不会影响图形中的其 他对象。 优点：编辑方便、可以任意放大、缩小而不变形失真， 不受分辨率影响，精度高、灵活性大。 缺点：当图形复杂时，显示速度较慢，复杂的彩色的 照片，很难用矢量图来表示。 第第4 4章章4.54.5节节4.5.44.5.4 位图（位图（bitmap） 静态图像亦称为位图，它指的是由扫描仪、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。 优点：位图的表现力强

35、，可适于任何自然图像，表现细腻、 层次多、色彩丰富。 矢量图 位图 4.6 多媒体视频信号处理多媒体视频信号处理 本节主要内容本节主要内容 4.6.1 视频的定义 4.6.2 视频的分类 4.6.3 电视信号制式 4.6.4 YUV彩色模型 4.6.5 视频的数字化过程 4.6.6 数字电视系统 4.6.7 H.264 视频编解码标准 4.6.8 常见的视频文件格式 第第4 4章章4.64.6节节 4.6.1 视频的定义视频的定义 视频（Video）又叫作运动图像或活动图像，是由一幅幅 连续的图像帧序列构成，沿时间轴若一帧图像保持一个时 间段，利用人眼的视觉暂留作用，可行程连续运动图像的 感觉

36、。 视频的本质是内容随时间变化的一组动态图像。 动画与视频的区别： 动画的帧图像画面是采用计算机图形技术，借助于编程或动画制 作软件生成 视频的动态图像帧是使用摄像设备捕捉到的 图像与视频 静止的图片称图像，运动的图像称为视频 图像是离散的视频，视频是连续的图像 第第4 4章章4.64.6节节4.6.14.6.1 4.6.2 视频的分类视频的分类 第第4 4章章4.64.6节节4.6.24.6.2 按照处理方式不同，分为：模拟视频与数字视频 模拟视频（Analog Video） 模拟视频是一种用于传输图像和声音的并且随时间连续变 化的电信号。它的每一帧图像是实时获取的自然景物的真 实图像信号，

37、在时间和空间上都是连续的。如电视、电影。 特点：成本低、还原性好成本低、还原性好 不适合网络传输 长时间存放后视频质量会降低 多次复制后画面会失真 数字视频（Digital Video） 克服了模拟视频的局限性，大大降低视频的传输和存储费 用、增加交互性及带来精确再现真实情景的稳定图像 可以无失真的进行无限次的复制，可以利用计算机进行创 作型的编辑处理。 DVD光盘、数字摄像机、网络视频会议、可视电话、数字 电视 4.6.3 电视信号制式电视信号制式 电视的制式也称为电视信号的标准，即用来实现电视图像 或声音信号所采用的一种技术标准 。主要分为： NTSC制 美国、墨西哥、日本、台湾、加拿大等

38、国和地区采用 PAL制 德国、中国、香港、英国、意大利、荷兰、中东一带等国 和地区采用 SECAM制 法国、前苏联及东欧和非洲各国采用 第第4 4章章4.64.6节节4.6.34.6.3 4.6.4 YUV 彩色模型彩色模型 在PAL彩色电视制式中采用YUV模型来表示彩色图像， YUV彩色模型来源于RGB模型，其中Y表示亮度，U、V表 示色差，是构成彩色的两个分量。 YUV模型的优点之一是亮度信号和色差信号是分离的，即 Y、U、V相互独立，容易使彩色电视系统与只对亮度敏感 的黑白电视机亮度信号兼容 第第4 4章章4.64.6节节4.6.44.6.4 4.6.5 视频的数字化过程视频的数字化过程

39、 视频数字化 将模拟视频信号经模数转换和彩色空间变换转为计算机 可处理的数字信号，与音频信号数字化类似，计算机对输 入的模拟视频信息进行采样与量化、编码使其成为数字化 图像。 现在通过数字摄像机摄录的信号本身已是数字信号 视频编码技术主要包括MPEG与H.26x 第第4 4章章4.64.6节节4.6.54.6.5 【例例】每帧电视图像由3105个像素组成，所有像素独立 变化，每一个像素又取128个不同的亮度电平，所有亮度 电平等概率出现。问每帧图像含有多少信息量？ 平均每个像素携带的信息量为： h (X）=log 128=7 比特 每帧图像含有的信息量为： H(X)= 31057=2.1106

40、比特 【例例】对于电视画面的分辨率800600的真彩色图像，每 秒30帧，试计算一秒钟的视频数据量是多少？1张 650MB的光盘可以存放多长时间未经压缩的视频数据？ 一秒钟的视频数据量为: size=8006002430/841MB 650/41 16秒 所以，1张650MB的光盘可存放大约16秒的未经压缩的 视频 4.6.6 数字电视系统数字电视系统 数字电视系统包括前端系统、传输网络和接收终端，是一 个从节目采集、节目制作、节目传输知道用户端都以数字 方式处理信号的端到端的系统。 数字电视主要包括四种形式：数字电视地面传输系统、数 字有线电视系统、数字卫星电视系统、IP数字电视系统、 第第

41、4 4章章4.64.6节节4.6.64.6.6 标清（Standard Definition，SD） 标清是视频垂直分辨率在720 p以下的一种视频格式。 高清（High Definition，HD） 相对于过去的标准清晰度而言的新标准。 1）视频垂直分辨率超过）视频垂直分辨率超过720p或或1080i 2) 视频宽纵比为视频宽纵比为16:9 三种显示格式：720p(1280720p)、 1080i(19201080i)、1080p(19201080p) 其中1080i和1080p称为全高清（FULL HD）,720p称为 标准高清 4.6.7 H.264 视频编解码标准视频编解码标准 H.2

42、64是国际电联视频编解码标准H.26X系列标准中最新的 一种规范，是国际电联和国际标准化组织共同制定的新数 字视频编码标准，同时是MPEG-4高级视频编码标准的一部 分。 优势： 高的数据压缩比率 高质量流畅的图像 需要的带宽少 第第4 4章章4.64.6节节4.6.74.6.7 4.6.8 常见的视频文件格式常见的视频文件格式 本地影像视频 AVI格式：音频视频交错格式 图像质量好，可以跨多个平台使用； 压缩标准不统一，不具有兼容性 MOV格式 高压缩比率、较完美的视频清晰度、跨平台性 MPEG/DAT格式 高压缩比、图像音响的质量好、兼容性好 第第4 4章章4.64.6节节4.6.84.6.8 网络影像视频 FLV格式 当前视频文件的主流格式，如新浪播客、56、土豆、 酷6、youtube等在线视频网站均采用此视频格式。 WMV格式 RM格式 3GP格式：新的移动设备标准格式 文件体积小、移动性强、适合移动设备使用