1、 第第7 7章章 多媒體技術(shù)及應(yīng)用多媒體技術(shù)及應(yīng)用 7.1 7.1 多媒體技術(shù)概述多媒體技術(shù)概述 7.1.1 7.1.1 多媒體的基本概念多媒體的基本概念 多媒體是指信息表示媒體的多樣化，如數(shù)字、多媒體是指信息表示媒體的多樣化，如數(shù)字、 文字、聲音、圖形、圖像、動(dòng)畫(huà)、視頻。文字、聲音、圖形、圖像、動(dòng)畫(huà)、視頻。 媒體有多種含義，例如，媒體有多種含義，例如， 存儲(chǔ)信息的介質(zhì)存儲(chǔ)信息的介質(zhì)：如：如 磁盤(pán)、光盤(pán)等。磁盤(pán)、光盤(pán)等。 信息的載體：信息的載體： 數(shù)字、文字、圖像、聲音等。數(shù)字、文字、圖像、聲音等。 多媒體技術(shù)中的媒體指后者。多媒體技術(shù)中的媒體指后者。 常見(jiàn)的多媒體信息類型及其特點(diǎn)常見(jiàn)的多媒體

2、信息類型及其特點(diǎn)1. 1. 文本是以文字和各種專用符號(hào)表達(dá)的文本是以文字和各種專用符號(hào)表達(dá)的信息形式。信息形式。2.2. 圖像是通過(guò)掃描儀、數(shù)字照相機(jī)、攝圖像是通過(guò)掃描儀、數(shù)字照相機(jī)、攝像機(jī)等輸入設(shè)備捕捉的真實(shí)場(chǎng)景的畫(huà)面像機(jī)等輸入設(shè)備捕捉的真實(shí)場(chǎng)景的畫(huà)面。圖形是指由外部輪廓線條構(gòu)成的矢量圖形是指由外部輪廓線條構(gòu)成的矢量圖。即由計(jì)算機(jī)繪制的直線、圓、矩形、曲線、圖。即由計(jì)算機(jī)繪制的直線、圓、矩形、曲線、圖表等。圖表等。常見(jiàn)的多媒體信息類型及其特點(diǎn)常見(jiàn)的多媒體信息類型及其特點(diǎn) 4.4. 音頻音頻 音頻包括話語(yǔ)、音樂(lè)以及自然界發(fā)音頻包括話語(yǔ)、音樂(lè)以及自然界發(fā)出的各種聲音。出的各種聲音。 5.5. 視

3、頻視頻 視頻是使用攝像機(jī)獲取的自然人物視頻是使用攝像機(jī)獲取的自然人物和景物，并拍成連續(xù)的幀圖像，并以一定的和景物，并拍成連續(xù)的幀圖像，并以一定的速度連續(xù)進(jìn)行播放。速度連續(xù)進(jìn)行播放。 6.6. 動(dòng)畫(huà)動(dòng)畫(huà) 動(dòng)畫(huà)是由人工或計(jì)算機(jī)繪制出來(lái)動(dòng)畫(huà)是由人工或計(jì)算機(jī)繪制出來(lái)的連續(xù)圖像或圖形。（的連續(xù)圖像或圖形。（人眼人眼“視覺(jué)暫留視覺(jué)暫留”效效應(yīng)應(yīng)） 簡(jiǎn)單地說(shuō)，簡(jiǎn)單地說(shuō)，利用計(jì)算機(jī)綜合處理多媒利用計(jì)算機(jī)綜合處理多媒體信息的技術(shù)。體信息的技術(shù)。多媒體技術(shù)的具體任務(wù)是把多種媒體信息通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)多媒體技術(shù)的具體任務(wù)是把多種媒體信息通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)字化采集、存儲(chǔ)、壓縮與解壓縮、編輯、復(fù)制和傳輸?shù)刃袛?shù)字化采集、存儲(chǔ)、壓

4、縮與解壓縮、編輯、復(fù)制和傳輸?shù)燃庸ぬ幚恚僖詥为?dú)或合成的形式表現(xiàn)加工處理，再以單獨(dú)或合成的形式表現(xiàn)出來(lái)。出來(lái)。 多媒體信息處理的關(guān)鍵技術(shù)多媒體信息處理的關(guān)鍵技術(shù)1 1. . 壓縮與解壓縮技術(shù)壓縮與解壓縮技術(shù)2. 2. 多媒體輸入輸出技術(shù)多媒體輸入輸出技術(shù)3. 3. 多媒體信息存儲(chǔ)技術(shù)多媒體信息存儲(chǔ)技術(shù)4. 4. 多媒體專用芯片技術(shù)多媒體專用芯片技術(shù)5. 5. 多媒體系統(tǒng)軟件技術(shù)多媒體系統(tǒng)軟件技術(shù) 多媒體技術(shù)主要特征多媒體技術(shù)主要特征1. 1. 數(shù)字化數(shù)字化 數(shù)字化是指文字、數(shù)字、圖形、圖像、動(dòng)畫(huà)、數(shù)字化是指文字、數(shù)字、圖形、圖像、動(dòng)畫(huà)、音頻、視頻等多種媒體都是以二進(jìn)制數(shù)字的形式進(jìn)行存音頻、視頻

5、等多種媒體都是以二進(jìn)制數(shù)字的形式進(jìn)行存儲(chǔ)和傳播的儲(chǔ)和傳播的。2. 2. 交互性是指用戶可以與計(jì)算機(jī)的多媒體信息交互性是指用戶可以與計(jì)算機(jī)的多媒體信息進(jìn)行交互操作，用戶可以有效控制和使用信息。進(jìn)行交互操作，用戶可以有效控制和使用信息。3. 3. 多樣化是指計(jì)算機(jī)所能處理的信息媒體的多多樣化是指計(jì)算機(jī)所能處理的信息媒體的多樣化樣化。4. 4. 集成性是指以計(jì)算機(jī)為中心綜合處理多種信集成性是指以計(jì)算機(jī)為中心綜合處理多種信息媒體，包括信息媒體的集成和處理這些媒體的硬件、息媒體，包括信息媒體的集成和處理這些媒體的硬件、軟件的集成。軟件的集成。 多媒體技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域多媒體技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域1. 1. 教育與培

6、訓(xùn)教育與培訓(xùn)2. 2. 多媒體信息發(fā)布多媒體信息發(fā)布3. 3. 多媒體電子出版物多媒體電子出版物4. 4. 娛樂(lè)游戲娛樂(lè)游戲5. 5. 電子商務(wù)電子商務(wù)6. 6. 虛擬現(xiàn)實(shí)虛擬現(xiàn)實(shí) 7.2.7.2. 多媒體計(jì)算機(jī)系統(tǒng)多媒體計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（MPC)MPC) 多媒體計(jì)算機(jī)關(guān)鍵設(shè)備多媒體計(jì)算機(jī)關(guān)鍵設(shè)備 多媒體軟件系統(tǒng)多媒體軟件系統(tǒng)多媒體應(yīng)用軟件多媒體應(yīng)用軟件多媒體系統(tǒng)軟件多媒體系統(tǒng)軟件 多媒體驅(qū)動(dòng)軟件多媒體驅(qū)動(dòng)軟件 多媒體操作系統(tǒng)多媒體操作系統(tǒng)多媒體工具軟件多媒體工具軟件多媒體數(shù)據(jù)處理軟件多媒體數(shù)據(jù)處理軟件多媒體創(chuàng)作軟件多媒體創(chuàng)作軟件多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言多媒體硬件開(kāi)發(fā)

7、工具或函數(shù)多媒體硬件開(kāi)發(fā)工具或函數(shù)多媒體編輯軟件多媒體編輯軟件 7.3 7.3 多媒體信息的數(shù)字化多媒體信息的數(shù)字化 什么是數(shù)字化？什么是數(shù)字化？ 簡(jiǎn)單地說(shuō)，簡(jiǎn)單地說(shuō)，多媒體信息的數(shù)字化就是多媒體信息的數(shù)字化就是把模把模擬形式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可以讀取的數(shù)字形擬形式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可以讀取的數(shù)字形式。式。 在數(shù)字化過(guò)程中，將多種形式的模擬信號(hào)在數(shù)字化過(guò)程中，將多種形式的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢远攘康臄?shù)字，再以這些數(shù)字建立起轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢远攘康臄?shù)字，再以這些數(shù)字建立起適當(dāng)?shù)臄?shù)字化模型，把它們轉(zhuǎn)變?yōu)橐幌盗卸M(jìn)適當(dāng)?shù)臄?shù)字化模型，把它們轉(zhuǎn)變?yōu)橐幌盗卸M(jìn)制編碼（數(shù)字信號(hào)），在計(jì)算機(jī)內(nèi)部進(jìn)行統(tǒng)一制編碼（數(shù)字信號(hào)）

8、，在計(jì)算機(jī)內(nèi)部進(jìn)行統(tǒng)一處理。處理。例如，數(shù)字化后的照片就是我們通常說(shuō)例如，數(shù)字化后的照片就是我們通常說(shuō)的數(shù)碼照片，而的數(shù)碼照片，而MP3MP3格式就是一種常用的數(shù)字格式就是一種常用的數(shù)字化的音樂(lè)格式。化的音樂(lè)格式。 圖像的數(shù)字化圖像的數(shù)字化 圖像數(shù)字化是指將一幅真實(shí)畫(huà)面（如照?qǐng)D像數(shù)字化是指將一幅真實(shí)畫(huà)面（如照片）轉(zhuǎn)變成計(jì)算機(jī)能夠接受的數(shù)字形式。其數(shù)片）轉(zhuǎn)變成計(jì)算機(jī)能夠接受的數(shù)字形式。其數(shù)字化過(guò)程為：字化過(guò)程為： 采樣采樣 量化量化 編碼編碼 圖像的數(shù)字化過(guò)程圖像的數(shù)字化過(guò)程 圖像采樣就是將時(shí)間和空間上連續(xù)的圖像圖像采樣就是將時(shí)間和空間上連續(xù)的圖像轉(zhuǎn)換成離散點(diǎn)的過(guò)程，其實(shí)質(zhì)就是用若干個(gè)像轉(zhuǎn)換成離

9、散點(diǎn)的過(guò)程，其實(shí)質(zhì)就是用若干個(gè)像素點(diǎn)來(lái)描述這一幅圖像，稱為圖像的分辨率素點(diǎn)來(lái)描述這一幅圖像，稱為圖像的分辨率。 量化是在圖像離散化后，將表示圖像色彩量化是在圖像離散化后，將表示圖像色彩濃淡的連續(xù)變化值離散化為整數(shù)值（即灰度級(jí)）濃淡的連續(xù)變化值離散化為整數(shù)值（即灰度級(jí)）的過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)圖像的數(shù)字化的過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)圖像的數(shù)字化。 圖像編碼是指在滿足一定質(zhì)量的條件下，以圖像編碼是指在滿足一定質(zhì)量的條件下，以較少的比特?cái)?shù)表示圖像較少的比特?cái)?shù)表示圖像的技術(shù)。的技術(shù)。 聲音的數(shù)字化聲音的數(shù)字化 將模擬音頻轉(zhuǎn)換為將模擬音頻轉(zhuǎn)換為數(shù)字音頻，形成聲音文件，數(shù)字音頻，形成聲音文件，也要經(jīng)過(guò)采樣、量化及編也要經(jīng)過(guò)采

10、樣、量化及編碼的過(guò)程。碼的過(guò)程。音頻波形的音頻波形的PCMPCM編碼編碼 采樣點(diǎn)采樣點(diǎn) t1t1t2t2t3t3t4t4t5t5t6t6t7t7. 幅值幅值 00110011 01010101 01110111 10011001 10111011 11011101 11101110.7.4 7.4 多媒體數(shù)據(jù)的編碼與壓縮多媒體數(shù)據(jù)的編碼與壓縮 7.4.1 7.4.1 數(shù)據(jù)壓縮的必要性數(shù)據(jù)壓縮的必要性 多媒體信息數(shù)字化后產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量是極大的多媒體信息數(shù)字化后產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量是極大的： 例例1 1 存儲(chǔ)存儲(chǔ)3 3分分3030秒的秒的CDCD音質(zhì)立體聲歌曲音質(zhì)立體聲歌曲 44.1kHz2B2210 =

11、37044KB = 36.2M 例例2 2 存儲(chǔ)一幅分辨率為存儲(chǔ)一幅分辨率為352352288288的靜態(tài)寫(xiě)真彩色圖像的靜態(tài)寫(xiě)真彩色圖像 3522883B=304.13kB 例例3 3 存儲(chǔ)存儲(chǔ)1 1分鐘視頻分鐘視頻 （每秒（每秒2525幀）幀） 304.13kB2560=456195kB=456.2M 海量的數(shù)據(jù)對(duì)于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、傳輸以及加工均帶來(lái)了巨海量的數(shù)據(jù)對(duì)于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、傳輸以及加工均帶來(lái)了巨大的壓力，因此必須對(duì)多媒體數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的壓縮，去掉數(shù)大的壓力，因此必須對(duì)多媒體數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的壓縮，去掉數(shù)據(jù)中的冗余信息。據(jù)中的冗余信息。 。 7.4.2 7.4.2 數(shù)據(jù)壓縮的可能性數(shù)據(jù)壓縮的可能性

12、 數(shù)據(jù)冗余數(shù)據(jù)冗余是指在數(shù)據(jù)中存在的多余是指在數(shù)據(jù)中存在的多余成分。多媒體數(shù)據(jù)，尤其是音頻和圖像信成分。多媒體數(shù)據(jù)，尤其是音頻和圖像信息，在數(shù)字化表示后存在著大量的重復(fù)數(shù)息，在數(shù)字化表示后存在著大量的重復(fù)數(shù)據(jù)，由于數(shù)據(jù)冗余的存在，這就為數(shù)據(jù)壓據(jù)，由于數(shù)據(jù)冗余的存在，這就為數(shù)據(jù)壓縮提供了可能性。縮提供了可能性。 數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)的目的就是盡量消除數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)的目的就是盡量消除這些冗余，大大減少多媒體信息的數(shù)據(jù)量這些冗余，大大減少多媒體信息的數(shù)據(jù)量。 數(shù)據(jù)冗余的幾種類型數(shù)據(jù)冗余的幾種類型。 數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)是是多多媒體技術(shù)中的關(guān)鍵技媒體技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)。通過(guò)數(shù)據(jù)壓縮手段把龐大的信息數(shù)據(jù)量術(shù)。通

13、過(guò)數(shù)據(jù)壓縮手段把龐大的信息數(shù)據(jù)量降下來(lái)，以壓縮形式存儲(chǔ)和傳輸。降下來(lái)，以壓縮形式存儲(chǔ)和傳輸。 壓縮處理一般是由兩個(gè)過(guò)程組成：一是壓縮處理一般是由兩個(gè)過(guò)程組成：一是過(guò)程，即將原始數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)編碼進(jìn)行過(guò)程，即將原始數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)編碼進(jìn)行壓縮壓縮，以便存儲(chǔ)與傳輸；二是以便存儲(chǔ)與傳輸；二是過(guò)程，稱為過(guò)程，稱為解壓解壓，就是把編碼數(shù)據(jù)還原為可以使用的數(shù)據(jù)。因就是把編碼數(shù)據(jù)還原為可以使用的數(shù)據(jù)。因此，數(shù)據(jù)壓縮方法也稱為編碼方法。此，數(shù)據(jù)壓縮方法也稱為編碼方法。 7.4.3 7.4.3 數(shù)據(jù)壓縮與編碼技術(shù)數(shù)據(jù)壓縮與編碼技術(shù) 按照壓縮方法是否產(chǎn)生失真分類按照壓縮方法是否產(chǎn)生失真分類, , 數(shù)據(jù)壓縮數(shù)據(jù)壓縮可分為三種類型

14、：可分為三種類型： 1. 1. 壓縮后的文件通過(guò)解壓，得到的文件同壓縮后的文件通過(guò)解壓，得到的文件同 壓縮前完全一致。壓縮前完全一致。 2. 2. 壓縮后的文件通過(guò)解壓，得到的文件會(huì)壓縮后的文件通過(guò)解壓，得到的文件會(huì) 有信息的某些損失。有信息的某些損失。 3. 3. 利用各種單一壓縮的長(zhǎng)處，以求在壓縮比、利用各種單一壓縮的長(zhǎng)處，以求在壓縮比、 壓縮效率及保真度之間取得最佳折中。壓縮效率及保真度之間取得最佳折中。 無(wú)損壓縮無(wú)損壓縮 無(wú)損壓縮是對(duì)文件本身的壓縮，和其它數(shù)無(wú)損壓縮是對(duì)文件本身的壓縮，和其它數(shù)據(jù)文件的壓縮一樣，是對(duì)文件的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式據(jù)文件的壓縮一樣，是對(duì)文件的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)數(shù)

15、據(jù)信息中重復(fù)的內(nèi)容只存儲(chǔ)一進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)數(shù)據(jù)信息中重復(fù)的內(nèi)容只存儲(chǔ)一次，文件可以完全還原，不會(huì)影響文件內(nèi)容，次，文件可以完全還原，不會(huì)影響文件內(nèi)容，對(duì)于數(shù)碼圖像而言，也就不會(huì)使圖像細(xì)節(jié)有任對(duì)于數(shù)碼圖像而言，也就不會(huì)使圖像細(xì)節(jié)有任何損失。何損失。 我們常用的我們常用的WinRARWinRAR、WinZipWinZip等壓縮軟件都等壓縮軟件都是無(wú)損壓縮軟件。是無(wú)損壓縮軟件。 有損壓縮有損壓縮 所謂有損壓縮是利用了人類對(duì)圖像或所謂有損壓縮是利用了人類對(duì)圖像或聲波中的某些頻率成分不敏感的特性，允聲波中的某些頻率成分不敏感的特性，允許壓縮過(guò)程中損失一定的信息；雖然不能許壓縮過(guò)程中損失一定的信息；雖然不能完

16、全恢復(fù)原始數(shù)據(jù)，但是所損失的部分對(duì)完全恢復(fù)原始數(shù)據(jù)，但是所損失的部分對(duì)理解原始圖像的影響較小，卻換來(lái)了大得理解原始圖像的影響較小，卻換來(lái)了大得多的壓縮比。有損壓縮廣泛應(yīng)用于語(yǔ)音，多的壓縮比。有損壓縮廣泛應(yīng)用于語(yǔ)音，圖像和視頻數(shù)據(jù)的壓縮。圖像和視頻數(shù)據(jù)的壓縮。 數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)的三個(gè)重要指標(biāo)數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)的三個(gè)重要指標(biāo) 。 1. 1. MP3MP3 mp3mp3是目前廣泛采用的一種音頻壓縮技是目前廣泛采用的一種音頻壓縮技術(shù)，其特點(diǎn)是：術(shù)，其特點(diǎn)是： 壓縮比高，文件體積小，壓縮比高，文件體積小，且能較好的保持原來(lái)音樂(lè)的音質(zhì)且能較好的保持原來(lái)音樂(lè)的音質(zhì)。 2. 2. WAV WAV wav wav是是Wi

17、ndowsWindows系統(tǒng)所使用的音頻文件系統(tǒng)所使用的音頻文件格式，稱為波形文件，它記錄了對(duì)實(shí)際聲音格式，稱為波形文件，它記錄了對(duì)實(shí)際聲音進(jìn)行采樣的數(shù)據(jù)，能重現(xiàn)各種聲音，但文件進(jìn)行采樣的數(shù)據(jù)，能重現(xiàn)各種聲音，但文件的體積大。的體積大。 1.1.JPEGJPEG - - 靜態(tài)靜態(tài)圖像圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)壓縮標(biāo)準(zhǔn) JPEGJPEG是一個(gè)適用范圍很廣的靜態(tài)圖像數(shù)據(jù)是一個(gè)適用范圍很廣的靜態(tài)圖像數(shù)據(jù)壓縮標(biāo)準(zhǔn)，既可用于灰度圖像又可用于彩色圖壓縮標(biāo)準(zhǔn)，既可用于灰度圖像又可用于彩色圖像。像。JPEG JPEG 圖像文件是目前使用的最廣泛的靜態(tài)圖像文件是目前使用的最廣泛的靜態(tài)圖像文件，圖像文件，JPEG JPEG 采

18、用的是有損壓縮方法，由于采用的是有損壓縮方法，由于它采用了高效的它采用了高效的DCT DCT 變換、哈夫曼編碼等技術(shù)，變換、哈夫曼編碼等技術(shù)，既實(shí)現(xiàn)了高壓縮比，又可達(dá)到圖像的高質(zhì)量既實(shí)現(xiàn)了高壓縮比，又可達(dá)到圖像的高質(zhì)量。 2. 2.MPEG MPEG - 動(dòng)態(tài)圖像（視頻）壓縮標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)圖像（視頻）壓縮標(biāo)準(zhǔn) MPEG MPEG是關(guān)于運(yùn)動(dòng)圖像的一系列壓縮標(biāo)準(zhǔn)。是關(guān)于運(yùn)動(dòng)圖像的一系列壓縮標(biāo)準(zhǔn)。 其壓縮原理為：其壓縮原理為： 動(dòng)態(tài)圖像是由一系列靜態(tài)圖像構(gòu)成的，每動(dòng)態(tài)圖像是由一系列靜態(tài)圖像構(gòu)成的，每一幅靜態(tài)圖像稱為一幀。但若每一幅靜態(tài)圖像一幅靜態(tài)圖像稱為一幀。但若每一幅靜態(tài)圖像都使用都使用J JPEGPEG的壓縮算法來(lái)壓縮，則壓縮后的數(shù)的壓縮算法來(lái)壓縮，則壓縮后的數(shù)據(jù)總量相當(dāng)巨大，所以，采用的方法是用據(jù)總量相當(dāng)巨大，所以，采用的方法是用JPEGJPEG的方式記錄某一幀，在隨后的幀中，僅僅的方式記錄某一幀，在隨后的幀中，僅僅記錄記錄該幀和前一幀不同的地方，相同的則不再記錄。該幀和前一幀不同的地方，相同的則不再記錄。 在使用計(jì)算機(jī)的過(guò)程中經(jīng)常需要對(duì)計(jì)算機(jī)在使用計(jì)算機(jī)的過(guò)程中經(jīng)常需要對(duì)計(jì)算機(jī)中的一些大文件或不經(jīng)常用到的文件進(jìn)行打包中的一些大文件或不經(jīng)常用到的文件進(jìn)行打包壓縮，再保存。這樣，既