1、 第第7 7章章 多媒體技術及應用多媒體技術及應用 7.1 7.1 多媒體技術概述多媒體技術概述 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、動畫、視頻。文字、聲音、圖形、圖像、動畫、視頻。 媒體有多種含義，例如，媒體有多種含義，例如， 存儲信息的介質存儲信息的介質：如：如 磁盤、光盤等。磁盤、光盤等。 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。 多媒體技術中的媒體指后者。多媒體技術中的媒體指后者。 常見的多媒體信息類型及其特點常見的多媒體

2、信息類型及其特點1. 1. 文本是以文字和各種專用符號表達的文本是以文字和各種專用符號表達的信息形式。信息形式。2.2. 圖像是通過掃描儀、數(shù)字照相機、攝圖像是通過掃描儀、數(shù)字照相機、攝像機等輸入設備捕捉的真實場景的畫面像機等輸入設備捕捉的真實場景的畫面。圖形是指由外部輪廓線條構成的矢量圖形是指由外部輪廓線條構成的矢量圖。即由計算機繪制的直線、圓、矩形、曲線、圖。即由計算機繪制的直線、圓、矩形、曲線、圖表等。圖表等。常見的多媒體信息類型及其特點常見的多媒體信息類型及其特點 4.4. 音頻音頻 音頻包括話語、音樂以及自然界發(fā)音頻包括話語、音樂以及自然界發(fā)出的各種聲音。出的各種聲音。 5.5. 視

3、頻視頻 視頻是使用攝像機獲取的自然人物視頻是使用攝像機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)進行播放。速度連續(xù)進行播放。 6.6. 動畫動畫 動畫是由人工或計算機繪制出來動畫是由人工或計算機繪制出來的連續(xù)圖像或圖形。（的連續(xù)圖像或圖形。（人眼人眼“視覺暫留視覺暫留”效效應應） 簡單地說，簡單地說，利用計算機綜合處理多媒利用計算機綜合處理多媒體信息的技術。體信息的技術。多媒體技術的具體任務是把多種媒體信息通過計算機進多媒體技術的具體任務是把多種媒體信息通過計算機進行數(shù)字化采集、存儲、壓縮與解壓縮、編輯、復制和傳輸?shù)刃袛?shù)字化采集、存儲、壓

4、縮與解壓縮、編輯、復制和傳輸?shù)燃庸ぬ幚?，再以單獨或合成的形式表現(xiàn)加工處理，再以單獨或合成的形式表現(xiàn)出來。出來。 多媒體信息處理的關鍵技術多媒體信息處理的關鍵技術1 1. . 壓縮與解壓縮技術壓縮與解壓縮技術2. 2. 多媒體輸入輸出技術多媒體輸入輸出技術3. 3. 多媒體信息存儲技術多媒體信息存儲技術4. 4. 多媒體專用芯片技術多媒體專用芯片技術5. 5. 多媒體系統(tǒng)軟件技術多媒體系統(tǒng)軟件技術 多媒體技術主要特征多媒體技術主要特征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、動畫、數(shù)字化是指文字、數(shù)字、圖形、圖像、動畫、音頻、視頻等多種媒體都是以二進制數(shù)字的形式進行存音頻、視頻

5、等多種媒體都是以二進制數(shù)字的形式進行存儲和傳播的儲和傳播的。2. 2. 交互性是指用戶可以與計算機的多媒體信息交互性是指用戶可以與計算機的多媒體信息進行交互操作，用戶可以有效控制和使用信息。進行交互操作，用戶可以有效控制和使用信息。3. 3. 多樣化是指計算機所能處理的信息媒體的多多樣化是指計算機所能處理的信息媒體的多樣化樣化。4. 4. 集成性是指以計算機為中心綜合處理多種信集成性是指以計算機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。 多媒體技術的應用領域多媒體技術的應用領域1. 1. 教育與培

6、訓教育與培訓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. 娛樂游戲娛樂游戲5. 5. 電子商務電子商務6. 6. 虛擬現(xiàn)實虛擬現(xiàn)實 7.2.7.2. 多媒體計算機系統(tǒng)多媒體計算機系統(tǒng)（MPC)MPC) 多媒體計算機關鍵設備多媒體計算機關鍵設備 多媒體軟件系統(tǒng)多媒體軟件系統(tǒng)多媒體應用軟件多媒體應用軟件多媒體系統(tǒng)軟件多媒體系統(tǒng)軟件 多媒體驅動軟件多媒體驅動軟件 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)庫系統(tǒng)多媒體數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)程序設計語言程序設計語言多媒體硬件開發(fā)

7、工具或函數(shù)多媒體硬件開發(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？ 簡單地說，簡單地說，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)轉換為計算機可以讀取的數(shù)字形擬形式的數(shù)據(jù)轉換為計算機可以讀取的數(shù)字形式。式。 在數(shù)字化過程中，將多種形式的模擬信號在數(shù)字化過程中，將多種形式的模擬信號轉變?yōu)榭梢远攘康臄?shù)字，再以這些數(shù)字建立起轉變?yōu)榭梢远攘康臄?shù)字，再以這些數(shù)字建立起適當?shù)臄?shù)字化模型，把它們轉變?yōu)橐幌盗卸M適當?shù)臄?shù)字化模型，把它們轉變?yōu)橐幌盗卸M制編碼（數(shù)字信號），在計算機內部進行統(tǒng)一制編碼（數(shù)字信號）

8、，在計算機內部進行統(tǒng)一處理。處理。例如，數(shù)字化后的照片就是我們通常說例如，數(shù)字化后的照片就是我們通常說的數(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)字化的音樂格式?；囊魳犯袷健?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畫面（如照圖像數(shù)字化是指將一幅真實畫面（如照片）轉變成計算機能夠接受的數(shù)字形式。其數(shù)片）轉變成計算機能夠接受的數(shù)字形式。其數(shù)字化過程為：字化過程為： 采樣采樣 量化量化 編碼編碼 圖像的數(shù)字化過程圖像的數(shù)字化過程 圖像采樣就是將時間和空間上連續(xù)的圖像圖像采樣就是將時間和空間上連續(xù)的圖像轉換成離散點的過程，其實質就是用若干個像轉換成離

9、散點的過程，其實質就是用若干個像素點來描述這一幅圖像，稱為圖像的分辨率素點來描述這一幅圖像，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）濃淡的連續(xù)變化值離散化為整數(shù)值（即灰度級）的過程，從而實現(xiàn)圖像的數(shù)字化的過程，從而實現(xiàn)圖像的數(shù)字化。 圖像編碼是指在滿足一定質量的條件下，以圖像編碼是指在滿足一定質量的條件下，以較少的比特數(shù)表示圖像較少的比特數(shù)表示圖像的技術。的技術。 聲音的數(shù)字化聲音的數(shù)字化 將模擬音頻轉換為將模擬音頻轉換為數(shù)字音頻，形成聲音文件，數(shù)字音頻，形成聲音文件，也要經過采樣、量化及編也要經過采

10、樣、量化及編碼的過程。碼的過程。音頻波形的音頻波形的PCMPCM編碼編碼 采樣點采樣點 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)字化后產生的數(shù)據(jù)量是極大的多媒體信息數(shù)字化后產生的數(shù)據(jù)量是極大的： 例例1 1 存儲存儲3 3分分3030秒的秒的CDCD音質立體聲歌曲音質立體聲歌曲 44.1kHz2B2210 =

11、37044KB = 36.2M 例例2 2 存儲一幅分辨率為存儲一幅分辨率為352352288288的靜態(tài)寫真彩色圖像的靜態(tài)寫真彩色圖像 3522883B=304.13kB 例例3 3 存儲存儲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)對于數(shù)據(jù)的存儲、傳輸以及加工均帶來了巨海量的數(shù)據(jù)對于數(shù)據(jù)的存儲、傳輸以及加工均帶來了巨大的壓力，因此必須對多媒體數(shù)據(jù)進行有效的壓縮，去掉數(shù)大的壓力，因此必須對多媒體數(shù)據(jù)進行有效的壓縮，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數(shù)息，在數(shù)字化表示后存在著大量的重復數(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?？s提供了可能性。 數(shù)據(jù)壓縮技術的目的就是盡量消除數(shù)據(jù)壓縮技術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)壓縮技術數(shù)據(jù)壓縮技術是是多多媒體技術中的關鍵技媒體技術中的關鍵技術。通過數(shù)據(jù)壓縮手段把龐大的信息數(shù)據(jù)量術。通

13、過數(shù)據(jù)壓縮手段把龐大的信息數(shù)據(jù)量降下來，以壓縮形式存儲和傳輸。降下來，以壓縮形式存儲和傳輸。 壓縮處理一般是由兩個過程組成：一是壓縮處理一般是由兩個過程組成：一是過程，即將原始數(shù)據(jù)經過編碼進行過程，即將原始數(shù)據(jù)經過編碼進行壓縮壓縮，以便存儲與傳輸；二是以便存儲與傳輸；二是過程，稱為過程，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)壓縮與編碼技術數(shù)據(jù)壓縮與編碼技術 按照壓縮方法是否產生失真分類按照壓縮方法是否產生失真分類, , 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. 壓縮后的文件通過解壓，得到的文件同壓縮后的文件通過解壓，得到的文件同 壓縮前完全一致。壓縮前完全一致。 2. 2. 壓縮后的文件通過解壓，得到的文件會壓縮后的文件通過解壓，得到的文件會 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處，以求在壓縮比、利用各種單一壓縮的長處，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。 無損壓縮無損壓縮 無損壓縮是對文件本身的壓縮，和其它數(shù)無損壓縮是對文件本身的壓縮，和其它數(shù)據(jù)文件的壓縮一樣，是對文件的數(shù)據(jù)存儲方式據(jù)文件的壓縮一樣，是對文件的數(shù)據(jù)存儲方式進行優(yōu)化，對數(shù)

15、據(jù)信息中重復的內容只存儲一進行優(yōu)化，對數(shù)據(jù)信息中重復的內容只存儲一次，文件可以完全還原，不會影響文件內容，次，文件可以完全還原，不會影響文件內容，對于數(shù)碼圖像而言，也就不會使圖像細節(jié)有任對于數(shù)碼圖像而言，也就不會使圖像細節(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損壓縮軟件。是無損壓縮軟件。 有損壓縮有損壓縮 所謂有損壓縮是利用了人類對圖像或所謂有損壓縮是利用了人類對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，允許壓縮過程中損失一定的信息；雖然不能許壓縮過程中損失一定的信息；雖然不能完

16、全恢復原始數(shù)據(jù)，但是所損失的部分對完全恢復原始數(shù)據(jù)，但是所損失的部分對理解原始圖像的影響較小，卻換來了大得理解原始圖像的影響較小，卻換來了大得多的壓縮比。有損壓縮廣泛應用于語音，多的壓縮比。有損壓縮廣泛應用于語音，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)壓縮技術的三個重要指標數(shù)據(jù)壓縮技術的三個重要指標 。 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，其特點是：術，其特點是： 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音樂的音質且能較好的保持原來音樂的音質。 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，它記錄了對實際聲音格式，稱為波形文件，它記錄了對實際聲音進行采樣的數(shù)據(jù)，能重現(xiàn)各種聲音，但文件進行采樣的數(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)圖像圖像壓縮標準壓縮標準 JPEGJPEG是一個適用范圍很廣的靜態(tài)圖像數(shù)據(jù)是一個適用范圍很廣的靜態(tài)圖像數(shù)據(jù)壓縮標準，既可用于灰度圖像又可用于彩色圖壓縮標準，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，變換、哈夫曼編碼等技術，既實現(xiàn)了高壓縮比，又可達到圖像的高質量既實現(xiàn)了高壓縮比，又可達到圖像的高質量。 2. 2.MPEG MPEG - 動態(tài)圖像（視頻）壓縮標準動態(tài)圖像（視頻）壓縮標準 MPEG MPEG是關于運動圖像的一系列壓縮標準。是關于運動圖像的一系列壓縮標準。 其壓縮原理為：其壓縮原理為： 動態(tài)圖像是由一系列靜態(tài)圖像構成的，每動態(tài)圖像是由一系列靜態(tài)圖像構成的，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的壓縮算法來壓縮，則壓縮后的數(shù)的壓縮算法來壓縮，則壓縮后的數(shù)據(jù)總量相當巨大，所以，采用的方法是用據(jù)總量相當巨大，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。 在使用計算機的過程中經常需要對計算機在使用計算機的過程中經常需要對計算機中的一些大文件或不經常用到的文件進行打包中的一些大文件或不經常用到的文件進行打包壓縮，再保存。這樣，既