第11章多媒體技術基礎與應用7/12/20232第11章多媒體技術基礎與應用多媒體數據處理的特點及應用聲音處理圖形圖像處理多媒體視頻與動畫本章小結11.1多媒體數據處理的特點及應用11.1.1多媒體與多媒體技術媒體（medium）是信息表示和傳輸的載體。媒體在計算機領域有兩種含義：一是指媒質，即存儲信息的實體，如磁盤、光盤、磁帶、半導體存儲器等；二是指傳遞信息的載體，如數字、文字、聲音、圖形和圖像等。7/12/20234多媒體（Multimedia）是指能夠同時獲取、處理、編輯、存儲和展示兩種以上不同類型信息媒體的技術。這些信息媒體包括文字、聲音、圖形、圖像、動畫與視頻等。多媒體技術：計算機綜合處理文本、圖形、圖像、音頻與視頻等多種媒體信息，使多種信息建立邏輯連接，集成為一個系統并且具有交互性。7/12/2023511.1.2多媒體信息的類型1.文本（Text）計算機中基本的信息表示方式，包含了字母、數字以及各種專用符號。文本分為非格式化文本和格式化文本。

2.圖形（Graphics）一般是指通過繪圖軟件繪制的由直線、圓、圓弧、矩形、任意曲線和圖表等組成的畫面。常用的矢量圖形文件格式有.3ds（用于3D造型）、.

dxf（用于計算機輔助設計CAD）及.wmf（用于桌面出版）等。7/12/202363.圖像（Image）通過掃描儀、數字照相機、攝像機等輸入設備捕捉的真實場景畫面，或以數字化形式存儲的任意畫面。圖像文件在計算機中的存儲格式常用的有：.bmp、.tif、.gif及.jpg等。

4.音頻（Audio）包括話語、音樂以及各種動物和自然界（如風、雨、雷等）發出的各種聲音。常見的文件格式有.wav、.mid、.mp3、.ra等。7/12/202375.視頻（Video）視頻圖像來自錄像帶、攝像機、影碟機等視頻信號源的影像，是對自然景物的捕捉，數字化后以視頻文件格式存儲。常見的文件格式有.avi、.mpg、.mov等。

6.動畫（Animation）利用了人眼的視覺特性所得到的，當一系列形或像的畫面按一定的時間在人的視線中經過時，人腦就會產生物體運動的印象。常見的文件格式有.flc、.mmm等。7/12/2023811.1.3多媒體信息處理的關鍵技術多媒體數據壓縮技術多媒體數據存儲技術集成電路制作技術

多媒體輸入/輸出技術多媒體通信技術虛擬現實技術多媒體數據庫技術7/12/2023911.1.4多媒體系統的組成具有多媒體功能的微型計算機系統習慣上被人們稱為“多媒體個人計算機”（MPC）。1.多媒體個人計算機標準“多媒體個人計算機市場協會（Multimedia

PCMarketing

Council）”對個人計算機的多媒體技術進行規范化管理而制定了相應標準。MPC1標準公布于1991年，1993年5月公布MPC2標準，1995年6月又推出了MPC3。MPC3標準內容如表所示。7/12/2023107/設備與軟件配置標準中央處理器Pentium或兼容CPU系統時鐘75MHz內存8MB硬盤540MB鼠標2鍵鍵盤101鍵接口串行接口、并行接口、游戲棒接口MIDI接口具備MIDI合成與混音功能的MIDI輸入輸出接口顯示模式VGA或更高等級顯示模式，分辨率為640×480，65536（64K）色光盤驅動器4倍速CD-ROM，數據傳輸率600KB/s，平均訪問時間<250ms600KB/s傳輸時，CPU占用量<=40%；300KB/s傳輸時，CPU占用量<=20%音頻16位數字聲音，波表合成功能，MIDI回放視頻回放支持MPEG1視頻文件播放（硬件或軟件）12操/2作02系3

統Windows3.11和DOS6.0

112．多媒體系統的組成多媒體個人計算機包括硬件和軟件兩個方面。（1）硬件音頻設備：錄放音設備、MIDI合成器、高性能的聲卡、話筒、耳機等；圖像設備：掃描儀、數碼相機、數字化儀、打印機；視頻設備：視頻播放機、視頻采集卡、視頻編輯卡、動態壓縮卡、數字錄像機、數字攝像機、投影儀等；存儲部分：光盤、光盤驅動器、光盤刻錄機等。7/12/202312（2）多媒體系統的軟件組成系統軟件：包括多媒體操作系統、多媒體設備驅動程序、多媒體素材制作軟件、多媒體編輯與創作工具等。應用軟件：如多媒體課件、多媒體演示系統、多媒體模擬系統、多媒體導游系統等。7/12/20231311.1.5多媒體技術的特點集成性交互性實時性7/12/20231411.1.6多媒體技術的應用和發展多媒體技術的應 用多媒體演示系 統多媒體網絡數字電視應用多媒體技術的發 展智能化立體化7/12/20231511.2聲音處理11.2.1聲音的特性聲音是由空氣中分子的振動而產生的。自然界的聲音是一個隨時間而變化的連續信號，通常用模擬的連續波形描述聲波的形狀。基線是測量模擬信號的基準點。振幅A，表示聲音信號的強弱程度，即反映音量。周期T，周期的倒數1/T即為頻率f，以赫茲（Hz）為單位。周期及頻率反映出聲音的音調。7/12/202317基線振幅周期單一頻率聲波7/12/202318單音，振幅和頻率不變的聲音信號。一般只能由專用電子設備產生。帶寬，聲音信號的頻率范圍。聲音按頻率可分為：次音信號—頻率小于20Hz的信號，或稱為亞音信號；音頻信號—頻率范圍為20Hz～20kHz的信號；話音信號—音頻范圍內，人的發音器官發出的聲音頻率大約是80～3400Hz，人說話時信號頻率通常為

300～3000Hz，稱為話音信號；超音頻信號—高于20kHz的信號，或稱超聲波信號。7/12/20231911.2.2聲音信號的數字化1.聲音信號的數字化數字化的過程由聲卡中的模擬/數字（A/D）轉換功能來完成。一般經過聲音的采樣、量化和編碼三個階段。聲音的模擬信號量化采樣編碼聲音的數字信號7/12/2023202.數字音頻的技術指標采樣頻率：單位時間內的采樣次數，通常用赫茲（Hz）表示。量化位數：存放采樣點振幅值的二進制位數。

聲道數：聲音產生的波形個數。單聲道只記錄和產生一個波形；雙聲道產生兩個波形，即立體聲。記錄每秒鐘存儲聲音容量的公式為：采樣頻率×采樣精度（位數）×聲道數÷8=字節數例如，采樣頻率為44.1kHz，采樣精度16位的立體聲聲音，其1秒鐘聲音的數據量為：

44100×16×2÷8=176400（字節）7/12/20232111.2.3常用的聲音文件格式WAVE文件格式（擴展名為.wav）MPEG文件MIDI文件（擴展名是.mid）RA文件CD-DA7/12/20232211.2.4聲音的錄制與播放打開“錄音機”程序執行“開始|所有程序|附件|娛樂|錄音機”命令。錄制聲音刪除聲音文件中的一部分在當前文件中插入另一個聲音文件用錄音機程序混合聲音文件此外，使用“效果”菜單中的命令，還可以進行“加速”、“減速”、“添加回音”和“反向”等編輯。7/12/20232311.2.5音量的控制執行“開始|所有程序|附件|娛樂|音量控制”命令或：雙擊任務欄右鍘“音量”圖標，可以打開

“主音量”窗口，如圖所示。7/12/20232411.3圖形圖像處理11.3.1圖形/圖像的獲取與輸入1.用圖形工具軟件生成利用Paint

Brush、Photoshop等圖形軟件創作圖形。2.圖像掃描利用圖像掃描儀對圖紙之類平面圖像的采集。3.數字攝像輸入利用電視攝像機或數碼照相機，把照片、藝術作品甚至實際場景輸入計算機從而獲得一幅數字圖像。4.利用錄像機和電視機捕獲圖像對錄像機和電視機的視頻輸出進行采集，通過視頻卡和有關軟件生成數字圖像。5.從圖片庫中獲取在已有的各類圖片庫中選擇。7/12/20232611.3.2圖像的色彩模式常見的有RGB模式、CMYK模式、灰度模式和索引模式等。如果圖像僅用于顯示，則應用RGB（紅、綠、藍）模式；如果圖像用于印刷輸出，則常用CMYK（青、品紅、黃、黑）模式；索引模式則常用在GIF格式的WEB圖像。7/12/20232711.3.3圖像的數字化數字化—把連續圖像變成數字圖像的過程。

1.圖像數字化的過程采樣量化編碼7/12/2023282.圖像的屬性參數圖像的分辨率組成一幅圖像的像素密度的度量方法，通常使用單位打印長度上的圖像像素的數目多少，即用每英寸多少點（DPI）表示。掃描分辨率對圖像采樣時單位距離內采樣的點數，掃描分辨率用每英寸點數（DPI）表示。顯示分辨率確定顯示圖像的區域大小。7/12/202329圖像深度也稱圖像的位深，是指描述圖像中每個像素的數據所占的二進制位數。真彩色在組成一幅彩色圖像的每個像素值中，有R、G、B共3個基色分量，每個基色分量直接決定顯示設備的基色強度，這樣產生的彩色稱為真彩色。7/12/20233011.3.4常用圖像文件格式BMP（擴展名.bmp）GIF（擴展名.gif）JPEG格式（擴展名為.jpg）WMF（擴展名為.wmf）PCXPICTPSDPDF7/12/20233111.4多媒體視頻與動畫視頻技術將一幅幅獨立的圖像組成的序列按一定的速

率連續播放，利用人類的視覺暫留現象在眼

前形成連續運動的畫面，每幅獨立的圖像稱

為一幀，通常每秒鐘播放25幀（PAL制，中國、歐洲用）或30幀（NTSC制，北美用）。視頻分類模擬視頻、數字視頻。7/12/2023333.描述視頻信息時常用的技術參數幀速每秒鐘播放的靜止畫面數，用幀/秒表示；數據量一個未經過壓縮的視頻數據量是每幀圖像的數據量乘以幀速；畫面質量與原始圖像質量有關，也和視頻數據的壓縮比有關。7/12/20233411.4.1視頻的編輯與處理數字化視頻圖像數據的獲取直接選用數字化的視頻圖像；利用數字攝像機獲得數字視頻圖像；利用攝像機、視頻采集卡捕獲圖像。視頻圖像的數字化對于視頻采集，需要把模擬信號轉換成計算機能處理的數字信號。圖像的數字化過程也采用采樣、量化、編碼3個步驟進行。7/12/202335視頻圖像的實現策略 設計數字信號處理器 傳真視頻圖像技術壓縮和解壓縮的非對稱性可縮放性技術視頻的編輯與處理實現數字視頻文件的創作步驟：捕獲、編輯、修飾、壓縮7/12/20233611.4.2主流視頻文件的格式1.影像視頻文件格式

AVI（擴展名.avi）MOV（擴展名.mov）MPG/MPEG。DAT（擴展名.dat）2.流媒體文件RealMedia簡稱RM，主要包括RA（RealAudio）、RV（RealVideo）和RF（RealFlash）三部分。QuickTimeASF7/12/20233711.4.3動畫技術基礎動畫就是在一定時間內連續顯示的一系列圖像或幀。其中每一幀都會較前一幀有輕微的變化，當這些幀被連續、快速地播放時，就會產生運動的視覺效果。7/12/2023381.動畫分類分為二維動畫與三維動畫。二維動畫制作軟件，常用的有Ulead

GifAnimator、Photoshop、Firework、MacromediaFlash、Animo

PEGS等。二維動畫被大量用于卡通片的制作，而且也是目前網頁動畫的主流。三維動畫制作軟件，目前世界上公認的三大軟件分別是3D

MAX、SoftImage

3D與Maya。三維動畫逼真，被廣泛用在影視、廣告、游戲、教育等領域。7/12/2023392.動畫與視頻異同點相同點：視頻和動畫都是由一系列的“幀”（Frame）組成的，相鄰幀的畫面很相似，但并不相同。當以一定的幀速率將這些幀播放出來時，畫面就產生了動感。幀速率越大，動態圖像就越平滑，圖像的質量也就越高。多媒體中視頻最高幀速率達到30f/s（幀/秒）。多媒體視頻和動畫都需要很強的計算能力，都需要足夠的內存和處理速度以及性能良好的顯示系統；7/12/202340不同點：視頻是由攝像