“十三五”高等學校數字媒體類專業規劃教材

數字媒體技術概論

楊磊主編

內容簡介

數字媒體技術涉及文字聲音圖形圖像視頻動畫游戲等諸多媒體在采集編輯分

、、、、、、、、

發傳播存儲管理分析檢索交互版權認證以及內容安全等諸多方面的技術基于上述

、、、、、、、。

內容本書分章全面而概括性地介紹了圖像視頻計算機視覺語音圖形動畫游戲媒體

,15、、、、、、

壓縮集成大數據挖掘信息可視化媒體網絡傳輸人機交互媒體內容安全媒體存

、Web、、、、、、

儲互動業務設計等的原理及最新技術等內容

、。

本書適合作為數字媒體技術藝術網絡工程通信工程電子信息工程廣播電視工程自

/、、、、、

動化等專業本科生的專業基礎教材也可供其他相近專業的高年級本科生和碩士生參考還可

,,

供相關行業的技術人員進行繼續教育和崗位培訓時參考

。

圖書在版編目數據

(CIP)

數字媒體技術概論楊磊主編北京中國鐵

/.—:

道出版社

,2017.9

十三五高等學校數字媒體類專業規劃教材

“”

ISBN9787113235307

數楊數字技術多媒體

Ⅰ.①…Ⅱ.①…Ⅲ.①

技術高等學校教材

Ⅳ.①TP37

中國版本圖書館數據核字第號

CIP(2017)200601

十三五高等學校數字媒體類專業規劃教材

書名:“”

數字媒體技術概論

作者:楊磊主編

策劃:吳楠

責任編輯:吳楠馮彩茹讀者熱線:

(010)63550836

封面設計:劉穎

責任校對:張玉華

責任印制:郭向偉

出版發行:中國鐵道出版社北京市西城區右安門西街號

(100054,8)

網址::////

http51eds

印刷:中煤北京印務有限公司

()

版次:年月第版年月第次印刷

201791201791

開本:印張字數千

787mm×1092mm1/16:18.5:505

書號:

ISBN9787113235307

定價:元

50.00

版權所有侵權必究

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,,。:(010)63550836

打擊盜版舉報電話

:(010)51873659

“十三五”高等學校數字媒體類專業規劃教材

編委會

主任:曹三省

副主任:吳和俊

委員:(按姓氏漢語拼音音序排列)

崔亞娟何光威黃艾

黃丹紅劉憲蘭秦緒好

孫博文王斌王克敏

許志強楊磊袁邈桐

周欣

秘書:吳楠

FOREWORD序言

自世紀后期,數字技術迅速與以音/視頻為代表的多媒體信息領域結合以來,

20

數字媒體經歷了誕生、成長與滲透性普及的發展階段,時至今日,數字媒體已經在技

術、應用、創意、傳播等諸多不同層面,成為互聯網時代的重要基礎與載體,成為人

類未來信息社會不可或缺也無可替代的柱石之一。

從簡單意義上的借助數字技術、提升音/視頻多媒體信息的通信效率和傳輸效果

出發,數字媒體技術在今天的內涵與范疇均發生了翻天覆地的變化。毋庸置疑,數

字圖像處理、數字視頻壓縮等具有基礎性的數字媒體技術領域,在今天仍然是這一

技術體系的重要基石。而近年來隨著寬帶通信網絡和移動互聯網的迅速發展,流媒

體、移動多媒體、大數據、智能媒體、虛擬現實等技術領域正在實現著與傳統意義

上的數字媒體技術領域的實質性融合,使得數字媒體成為當前信息技術領域內最具

成長活力的體系之一。

在數字化前期由數字信息技術所奠定的高速化、標準化、互動化的技術特性基礎

之上,數字媒體技術一直在經歷著邊界的擴展和性能的提升。持續演進的數字信息編

碼與信息處理技術,為越來越高清化、高品質化的數字音/視頻內容的存儲、處理、傳

輸和應用創造著越來越高的效率。同時,逐漸延伸,最終將遍布全球,滲透到人們生

活的各個角落的互聯網、寬帶互聯網、移動互聯網乃至實現萬物互聯的智慧物聯網絡,

為數字媒體搭建了越來越廣闊的舞臺,且使得數字媒體在互動性、智能性和以人為本

的屬性與特質上實現著越來越迅速的提升。數字技術對于人類的信息傳播方式而言,

已不再是最初的為提升信息傳播效果與效率、應對模擬技術劣勢而被采用的一種技術

途徑,其所締造的大寫的“數字媒體”,已成為人類信息傳播創新,亦即新媒體發展歷

史進程中的一個壯闊時代的本名。在數字媒體前行的軌道之上,不同學科領域、不同

知識架構的融合,正在無可避免地發生,而這種融合也將使得數字媒體較以往的諸多

信息傳播方式創新而言,具有更加顯著而可持續的活力,也更將引發數字媒體在未來的

更多奇跡的發生。今天的和未來的數字媒體,均將以一種不可扭轉的趨勢,實現科學、

技術、藝術、人文、產業等不同層面之間的融合,靈感即理性,創意即創新,演進即

永恒。

本叢書作為“十三五”期間面向我國諸多院校所開設的數字媒體相關專業的教科

書與參考書,在梳理和詳述當前數字媒體技術、藝術和產業等領域內的關鍵知識體系

的同時,也將以啟發式的知識傳播為己任,在“互聯網”與大眾創新、萬眾創業的

+

宏大時代背景之下,為為數眾多的相關行業和領域在培養具有數字媒體知識基礎和創

新素養的優秀人才的工作中,盡一份綿薄之力。

曹三省

年月于北京

20163

PREFACE前言

數字媒體技術在全球范圍內持續、快速地發展,應用領域遍及各行各業,應用形

式各具特色:既有精深的技術實現,也有精美的藝術呈現,而究其實質,則不外乎都

是采用數字方式對廣義的媒體信息進行特定目的的處理或進行涉及多學科領域交叉融

合的綜合處理。雖然數字媒體藝術常常在表象上給人們留下深刻的印象,然而本質上

說,數字媒體藝術的表現離不開數字媒體技術的支撐,而數字媒體技術處理的目的則

絕不僅僅用于藝術表現。

為適應數字媒體行業飛速發展的形勢,滿足全社會特別是廣播影視行業對數字媒

體技術人才的巨大需求,我校從年中旬開始啟動數字媒體技術專業申報程序,于

2005

年獲得教育部批準,從年開始招生,先后與全國近所高校就數字媒體技

2006200720

術專業的學科建設、人才培養等相關問題進行了廣泛的交流互訪,并與多家相關企業

進行了不同形式的合作共建。這期間,我校的“數字媒體技術概論”課程則從早期面

向單一的數字媒體技術專業開設,擴展為面向信息工程學院電氣信息類學科的全部

6

個不同的專業開設,而課程的講授則是由數字媒體技術系十幾名從事數字媒體技術各

方向研究的教師來承擔。這些教師結合自己的研究內容和研究成果輪流進行講解,最

大限度地從宏觀角度將數字媒體技術的各個環節涉及的原理及其應用展示給學生,較

好地詮釋了數字媒體技術的內涵。

經過多年的教學實踐,我們組織所有講授“數字媒體技術概論”課程的教師基于

各自講授的內容編寫了本書,旨在盡可能全面地將數字媒體技術各環節的內容整體呈

現給讀者,同時彌補多年來學生上課沒有合適教材的遺憾。

在內容方面,本書按照同名課程的講授順序進行內容的編排,首先以數字媒體技

術概述一章進行全部內容的導引,隨后依次介紹了視音頻及動畫、游戲、編碼的有關

內容,最后介紹了數據分析、傳輸、管理、交互技術以及互動業務的有關內容。具體

編寫分工如下:第章和第章由楊磊編寫,第章由呂朝輝編寫,第章和第章由

12346

張岳編寫,第章由沈縈華編寫,第章由藍善禎編寫,第章由宋金寶編寫,第章

5789

由殷復蓮編寫,第章由王鑫編寫,第章由李傳珍編寫,第章由吳曉雨編寫,

101112

第章由田佳音編寫,第章由徐品編寫,第章由楊成編寫。

131415

本書由楊磊主編并統稿。中國傳媒大學理工學部(://)對

http

本書的編寫提供了大力的支持,數字媒體技術系全體教師在承擔繁重教學、科研任務

的同時,為本書的編寫付出了大量寶貴的時間、精力,在此一并表示衷心感謝。

由于編者水平有限,加之時間倉促,書中難免存在疏漏和不足之處,懇請讀者批

評指正。

編者

年月于中國傳媒大學

20176

CONTENTS目錄

方向……………56

第章數字媒體技術概述…………

1144語音處理技術的主要研究

.

機構……………66

11媒體………………2

.45深度學習技術對語音信號

12數字媒體技術的提出及發展……4.

.處理領域帶來的巨大變革……66

13數字媒體技術的研究領域………7

.本章小結………………

14數字媒體技術的特點…………1367

.本章習題………………

15數字媒體技術的應用…………1467

.

本章小結………………16

第5章計算機圖形與動畫技術及

本章習題………………16

應用…………68

第2章圖像與視頻技術及應用……17

51概述……………69

.

傳統動畫與計算機動畫………

21圖像……………185270

..

數字圖像處理技術……………53動畫的制作……73

2219.

.計算機動畫的制作方法………

23視頻……………345474

..

圖像與視頻技術的具體55舞蹈動畫的制作實例…………75

24.

.本章小結………………

應用……………4078

本章習題………………

本章小結………………4478

本章習題………………44

第6章游戲產業及游戲開發

第3章計算機視覺技術與應用……45概論…………79

31人類視覺通路和信息處理61引言……………80

..

過程……………62對游戲本質的探討……………80

46.

32計算機視覺概述………………4663游戲的主要類別………………81

..

3.3Marr的視覺計算理論…………4764對游戲設計理論應有的

.

34計算機視覺的研究內容………48認識……………84

.

35立體視覺………5065游戲開發團隊的基本組成……84

..

36計算機視覺應用………………5266游戲程序開發包含的技術

..

本章小結………………53模塊……………85

本章習題………………5367游戲引擎技術…87

.

68游戲業的重要發展趨勢………89

.

第4章語音信號處理技術及本章小結………………

90

應用…………54本章習題………………90

41語音信號處理技術的基本

.第7章數字媒體壓縮技術…………91

概念……………55

42語音信號處理的簡要發展71數字媒體壓縮技術理論

..

歷程……………55基礎……………92

43語音信號處理的主要發展72圖像壓縮編碼與標準

..JPEG

簡介……………94

第章人機交互技術及應用……

73視頻編碼及相關標準簡介……9612216

.

本章小結………………98

121人機交互概述………………217

本章習題………………98.

122交互設計……219

.

第8章數字媒體的Web集成及123基于視覺的自然人機交互技術

.

應用…………99與應用………236

本章小結……………240

8.1Web服務……100本章習題……………240

8.2Web開發環境………………115

第13章媒體與網絡安全技術及

8.3MVC模式……125

應用………241

8.4SSH……………126

85用戶體驗技術…138131密碼學的歷史………………242

..

86互聯網+………146132古典加密算法………………242

..

87媒體融合………147133現代加密算法………………244

..

本章小結……………148134信息隱藏與數字水印………247

.

本章習題……………148135網絡安全相關技術…………250

.

本章小結……………252

第9章數據和大數據……………149

本章習題……………252

91數據和大數據…150

.第14章數字媒體存儲技術及其

92數據分析和數據挖掘…………153

.應用………253

93數據挖掘的基本概念…………158

.

94數據挖掘技術…160141數字媒體存儲技術概述……254

..

本章小結……………168142大容量數據存儲技術………255

.

本章習題……………168143網絡存儲技術………………264

.

144存儲技術的應用……………268

第10章信息可視化技術…………169.

本章小結……………271

本章習題……………

101信息可視化設計的分類……170271

.

102信息可視化設計的方法……175

.第15章互動業務系統設計………272

103信息可視化的案例分析……179

.

本章小結……………181151互動業務系統的定義………273

.

本章習題……………181152互動業務系統舉例…………275

.

153互動業務系統設計問題……278

第章媒體網絡傳輸技術……….

11182154互動業務系統設計方法……279

.

155互動業務系統設計舉例……281

111多媒體通信基礎……………183.

.156互動業務系統設計課程

112通信網絡及其相關概念……188.

.安排…………

113多媒體通信網絡……………199284

.本章小結……………

114常用的多媒體傳輸技術……202285

.本章習題……………

115多媒體網絡傳輸的典型285

.

應用…………212

參考文獻……………286

本章小結……………214

本章習題……………215

第章

數字媒體技術概述1

數字媒體技術是以信息科學和數字技術為主導,以大眾傳播理論為依據,以

現代藝術為指導,將信息傳播技術應用到文化、藝術、商業、教育和管理領域的科

學與藝術高度融合的綜合交叉學科。顧名思義,數字媒體技術就是有關“數字媒

體”的技術,也即采用數字方式對媒體進行特定目的的處理或進行綜合處理的技

術;它不是藝術,但卻是數字媒體藝術的重要支撐,因為只有通過對數字媒體進

行一定的技術處理才可能使其呈現出絢麗、奇妙,甚至是以假亂真的藝術效果;

然而,數字媒體技術處理的目的絕不僅僅是用于藝術表現,在媒體的采集、編輯、

分發、傳播、存儲、管理、分析、檢索、交互、版權認證以及內容安全等諸多方面均

離不開數字媒體技術的支撐。

數字媒體技術概論

002

1.1媒體

什么是媒體簡單地說媒體也稱媒介媒質是用于信息表示及傳播的載體如數字文

?,(、),、

字聲音圖形圖像視頻等或者用于存儲信息的實體如磁帶磁盤光盤和半導體存儲器等

、、、、;,、、;

有時也直接指操縱與管理媒體的機構如新聞出版廣播電影電視以及互聯網管理與運營機

,、、、、

構比如對于某個人們關注的事件一定會有諸多有關該事件的媒體報道而這里提到的媒

。,,“”,“

體既可能是某個新聞出版廣電機構及其掌控的載體如報紙廣播電視也可能是某個網站及

”(、、),

其網絡傳播渠道如互聯網或移動媒體平臺由此可見媒體的含義具有非常豐富的內容而

()。,。

數字媒體顯然更關注媒體自身的物理屬性強調該媒體是以二進制數字形式存在的信息載體

,①,

包括數字化的文字聲音圖形圖像視頻動畫游戲等或是以數字形式對各類媒體信息進行

、、、、、、,

了采集編輯分發傳播存儲管理分析檢索交互版權認證以及內容安全保護等處理

、、、、、、、、、。

1.1.1媒體分類

按照媒體出現的順序來分類媒體主要包括報紙雜志廣播電影電視互聯網移動網絡

,、、、、、、7

類其中前類通常被稱為傳統媒體而后類則稱為新媒體然而傳統媒體通過自身的不斷發

,5,2。

展卻也不斷衍生出了不同形式的新媒體如傳統報刊雜志同步推出的電子版可在計算機或手

,,(

機等電子顯示設備上呈現安裝在城市繁華地帶的超大屏幕戶外電視城市電視和安裝在樓宇

)、()

電梯或其他公共區域的樓宇電視等特別是隨著廣告業的發展除了傳統媒體廣告外各類戶

。,,,

外燈箱廣告看板顯示屏甚至各類商品包裝袋公交車身等具有一定流動性的載體也形成了

、LED、

另類新媒體廣告媒體

———。

基于描述空間中的時間維進行分類將媒體分為時間獨立型媒體也稱離散媒體如文本圖

,(,、

形和時間依賴型媒體也稱連續媒體如語音音樂視頻動畫

)(,、、、)。

基于描述空間中的空間維進行分類將媒體分為媒體如單聲道語音音樂媒體如

,1D(、);2D(

雙聲道立體聲音樂平面圖形圖像媒體如環繞立體聲音樂圖形全景圖像

、、);3D(3D、3D、3D)。

從媒體自身性質來分類國際電信聯盟下屬的電信標準化部②

,(International

在其年月發布的

TelecommunicationUnion-TelecommunicationSector,ITU-T)19933ITU-TI.

標準③

374(FrameworkRecommendationon“networkcapabilitiestosupportmultimediaservices”,

有關支持多媒體業務的網絡能力的框架建議中把媒體分成類

“”)6:

感覺媒體能直接作用于人的感官使人直接產生感覺的媒體如可

①(PerceptionMedium):,(

引起聽覺反應的語言音樂可引起視覺反應的圖形圖像文字可引起觸覺反應的盲文等

、,、、,)。

表示媒體為了加工處理和傳輸感覺媒體而人為研究構造出來

②(RepresentationMedium):、

的一種媒體也稱中介媒體通常用于數據交換的編碼如用于圖像編碼的用于視頻編碼

,,(JPEG,

的或用于聲音編碼的用于文字編碼的或等

MPEGH.264/H.265,MP3,ASCIIGB2312)。

在維基百科英文版中對數字媒體是這樣描述的

①():Digitalmediaisanymediathatisencodedinamachine-readable

format.Digitalmediacanbecreated,viewed,distributed,modifiedandpreservedondigitalelectronicsdevices.Computer

programsandsoftware;digitalimagery,digitalvideo;videogames;webpagesandwebsites,includingsocialmedia;data

anddatabases;digitalaudio,suchasmp3s;ande-booksareexamplesofdigitalmedia.Digitalmediaarefrequently

contrastedwithprintmedia,suchasprintedbooks,newspapersandmagazines,andothertraditionaloranalogmedia,such

aspictures,filmoraudiotape。/wiki/Digital_media.

其前身為國際電話電報咨詢委員會法語

②(CCITT,:ComitéConsultatifInternationalTéléphoniqueetTélégraphique,

英語年更名為

:InternationalTelegraphandTelephoneConsultativeCommittee),1993ITU-T。

標準后來被年月發布的和代替

③I.37419986I.375.1I.375.2。

第章數字媒體技術概述

1003

表現媒體感覺媒體和用于通信的電信號之間轉換的媒體用于信

③(PresentationMedium):,

息的輸入輸出如鍵盤鼠標掃描儀話筒等輸入媒體顯示器打印機音箱等輸出媒體等

/(、、、,、、)。

存儲媒體用于存放表示媒體以便計算機隨時加工處理的媒體屬于物

④(StorageMedium):,,

理介質如硬盤光盤電子盤盤等

(、、、U)。

傳輸媒體用于將媒體從一處傳到另一處的處理載體屬于物理介

⑤(TransmissionMedium):,

質如電纜光纖無線電波激光等

(、、、)。

交換媒體表示不同媒體數據格式之間的轉換手段如軟硬件接

⑥(InterchangingMedium):(

口網關等

、)。

1.1.2自媒體

自媒體①又稱公民媒體或個人媒體是指私人化平民化普泛化自主化的傳播

(WeMedia),、、、

者以現代化電子化的手段向不特定的大多數或者特定的單個人傳遞規范性及非規范性信息

,、,

的新媒體的總稱自媒體平臺包括博客播客微博微信百度官方貼吧論壇電子布告欄

。、、、、、/BBS(

系統等網絡社區

)。

美國新聞學會媒體中心于年月發

(TheMediaCenterattheAmericanPressInstitute)20037

布了由謝因波曼和克里斯威理斯聯合提出的自媒體研究報

·(ShayneBowman)·(ChrisWillis)

告②對自媒體給出了嚴謹的定義自媒體是普通大眾經由數字科技強化與全球知

“WeMedia”,:“、

識體系相連之后一種開始理解普通大眾如何提供與分享他們自身的事實新聞的途徑

,、。”

自媒體的優點是平民化個性化門檻低運作簡單交互性強傳播迅速但也存在良莠不

、、、、、,

齊可信度低相關法律不規范等不足

、、。

1.1.3媒體感知

在現實生活中各類信息通過不同的媒體形式被人感知而感知信息的過程不外乎是將媒體

,,

信息通過不同的處理方式并借助不同的傳遞介質承載介質等最終送達人類并通過人的視覺

、,、

聽覺嗅覺味覺觸覺而完成有時同樣的信息媒體內容可通過不同的感知方式而獲得如

、、、。,(),

一幅圖像正常視力的人通過自己的視覺即可直接地感知盲人通過聽覺其他人或聲音播放設

,;(

備對該圖像的聲音解說也可以間接地感知即使是聾啞的盲人通過觸覺觸摸圖像下面的盲文