计算机多媒体

第五章多媒体一、多媒体技术简介多媒体技术的实质就是将以各种形式存在的媒体信息数字化，用计算机对它们进行组织加工，并以友好的形式交互地给用户使用。

随着网络技术的发展，多媒体技术被广泛应用在商业、教育、文化娱乐等领域。

在这里我们将简单介绍多媒体技术知识。

多媒体技术是使用计算机交互式经综合技术和数字通信网络技术处理多种表示媒体——文本、图形、图像、视频和声音，使多种信息建立逻辑连连接，集成为一个交互式系统。

二、多媒体的特点与传统媒体相比，多媒体具有交互性、集成性、多样性、实时性等特点。

（1）交互性交互性是指多媒体系统向用户提供交互式使用、加工和控制信息的手段，从而可以应用于更加广阔的领域，为用户提供更加自然的信息存取手段。

在多媒体系统中，用户可以主动地编辑、处理各种信息，实现人机交互功能。

交互可以增加人们对信息的注意力和理解力，延长信息的保存时间，这也是多媒体技术的关键特征。

（2）集成性多媒体技术集成了许多单一的技术，如图像处理技术、声音处理技术等。

多媒体能够同时表示和处理多种信息，但对用户来说，它们是集成一体的。

此种集成包括信息的统一获取、存储、组织、合成等方面。

（3）多样性多媒体信息的多样性，不仅仅指图像、声音等形式的多样性，同时还包括媒体输入、传播、再现和展示手段的多样性。

多媒体技术使得人们的思维不再局限于顺序、单调以及狭小的范围，它扩大了计算机所能处理的信息空间，使计算机不仅能处理数值、文本等，还能够处理更多种类的信息。

（4）实时性实时性是指在多媒体系统中，声音及视频图像都是实时的，这是多媒体系统的关键技术之一。

所媒体系统能够综合地处理带有时间关系的媒体，如音频、视频和动画，甚至是实况信息媒体，这也就意味着多媒体系统在处理信息时能够满足严格的时序要求以及较高的速度要求。

三、多媒体个人计算机多媒体个人计算机（Multimedia Personal Community，MPC）是一种可以对多媒体信息进行获取、编辑、存储、处理和输出的计算机。

对媒体计算机的配置。

•一台高性能的计算机。

•对媒体硬件，包括CD——ROM驱动器、声卡、视频卡、音箱（或耳机）。

另外，还可以根据自己的需要安装视频捕获卡、语音卡等插件，或者安装数码相机、数字摄像机、扫描仪与触摸屏等采集与播放视频和音频的专用外设。

•相应软件，包括支持多媒体的操作系统（如Windows XP/Vista/7等）、多媒体开发工具和压缩/解压缩软件等。

四、媒体分类国际电话与电报咨询委员会将媒体分为以下几类。

媒体分为：感觉媒体、表示媒体、表现媒体、存储媒体、传输媒体。

1.感觉媒体感觉媒体指能直接作用于人的感官,使人直接产生感觉的媒体。

如人类的语言、音乐、声音，图形图像,计算机系统中的文字、数据和文件等都是感觉媒体。

在多媒体技术中所说的媒体一般指感觉体。

感觉媒体通常又分为三种。

(1)视觉类媒体视觉类媒体包括图像、图形、符号、视频、动画等。

图像即位图图像,将所观察的景物按行列方式进行数字化,对图像的每一点都用一个数值表示有这些值就组成了位图图像。

显示设备可以根据这些数字在不同的位置表示不同颜色来显示一幅图像。

位图图像是所有视觉表示方法的基础。

图形是图像的抽象,它反映图像上的关键特征，如点、线、面等。

图形的表示不直接描述图像的氨一点,而是描述产生这些点的过程和方法。

如用两个点表示直线,只要记录这两点的位置,就能画出这条直线。

符号包括文字和文本,主要是人类的各种语言。

符号在计算机中用特定的数值表示,如ASCI、中文国标码等。

视频又称动态图像,是一组图像按时间顺序的连续表现。

视频的表示与图像序列、时间关系有关。

动画是动态图像的一种,与视频不同之处在于,动画中的图像采用的是计算机产生出来或人工经的图像或图形,而视频中的图像采用的是真实的图像。

动画包括二维动画、三维动画等多种形(2)听觉类媒体听觉类媒体包括话音、音乐和音响。

话音也叫语音,是人类为表达思想通过发音器官发出的声是人类语言的物理形式。

音乐是符号化了的声音,比语音更规范。

音响则指自然界除语音和音乐以的声音,包括天空的惊雷声、山林的狂风声、大海的涛声等,也包括各种噪声。

(3)触觉类媒体触觉类媒体通过直接或间接与人体接触,使人能感觉到对象位置、大小、方向、方位、质地等性质计算机可以通过某种装置记录参与者(人或物)的动作及其他性质,也可以将模拟的自然界的物质通过一些事实上的电子、机械的装置表现出来。

2.表示媒体表示媒体是为加工、处理和传输感觉媒体而人为研究,构造出来的一种媒体。

其目的是更有效地加工、处理和传送感觉媒体。

表示媒体包括各种编码方式,如语言编码、文本编码、图像编码等3.表现媒体表现媒体是指感受媒体和用于通信的电信号之间转换的一类媒体。

它又分为两种:一种是输入表现媒体,如键盘、摄像机、光笔、话筒等;另一种是输出表现媒体,如显示器、音箱、打印机等。

4.存储媒体存储媒体是用来存放表示媒体,以方便计算机处理、加工和调用,这类媒体主要是指与计算机相关的外部存储设备。

5.传输媒体传输媒体是用来将媒体从一处传送到另一处的物理载体传输媒体是通信中的信息载体,如双绞线、同轴电缆、光纤等。

五、媒体的数字化在计算机和通信领域，最基本的媒体有声音和图像。

1. 声音的数字化计算机系统通过输入设备输入声音信号，通过采样、量化将其转换为数字信号，然后通过输出设备输出。

采样是指每隔一段时间对连续的模拟信号进行测量，每秒的采样次数即为采样频率。

采样频率越高，声音的还原性就越好。

量化是指采样后得到的信号转换为相应的数值，并以二进制数的形式表示。

量化位数一般8位、16位。

量化位数越大，采集到的样本精度越高，所需要的存储空间就越大。

采样和量化过程中使用的主要硬件是模拟/数字转换器（A/D转换器，实现模拟信号到数字信号的转换）和数字/模拟转换器（D/A转换器，实现数字信号转换为模拟信号）。

经过采样、量化后，还需要进行编码即将量化后的数值转换为二进制编码组。

编码是将量化的结果用二进制数的形式表示。

有时也将量化和编码过程统称为量化。

最终产生的音频数量按照以下公式计算。

音频数据量（B）=采样时间（s）×采样频率（H z）×量化位数（b）×声道数÷8存储声音信息的文件格式有很多种，包括WAV文件、MIDI文件、VOC文件、AU文件以及AIF文件等。

2. 图像的数字化图像是媒体中最基本、最重要的数据，图像有黑白图像、灰度图像、彩色图像、摄影图像等。

在自然界中，今个无有两种形态，即动和静，静态图像根据其在计算机中生成的原理不同，分矢量图形和位图图像两种。

动态图像根据获取方式的不同分为视频和动画。

（1）静态图像的数字化一幅图像可以近似地看成是有许多点组成的，因此他的数字化通过采样和量化就可以得到。

图像的采样是指采集组成一幅图像的点。

量化是指将采集到的信息转换为相应的数值。

组成一幅图像的每个点称为一个像素，每个像素的值表示其颜色等属性信息。

存储图像颜色的二进制数的位数，称为颜色深度。

（2）动态图像的数字化人眼看到的一幅图像消失后，图像会在视网膜上滞留几毫秒，动态图像正是依据这样的原理，将静态图像以每秒n副的速度播放，当n≥25时，显示在人眼中就是连续的画面。

（3）点位图和矢量图表达或生成图像通常有点位图和矢量图两种方法。

点位图是指将一幅图像分成很多小像素，每个像素用若干二进制位表示像素的颜色等属性信息。

矢量图是指用一些指令来表示一幅图，如画一条200橡塑厂的红色直线、画一个半径为100像素的圆等。

（4）文件格式图像文件的格式包括BMP、GIF、TIF、PNG、WMF、DXF等。

视频文件格式包括AVI、MOV等。

六、多媒体的数据压缩由于多媒体信息数字化后数据量非常大，因此需要经过压缩才能满足实际需求。

数据压缩分为有损压缩和无损压缩。

1 无损压缩无损压缩是利用数据的统计冗余进行压缩，又称可逆编程。

其原理是统计被压缩数据中重复数据的出现次数并进行编码。

无损压缩可以确保解压后的数据不失真，是对原始对象的完整复制。

它的主要特点是压缩比较小，广泛应用于文本数据、程序以及重要的图形和图像的压缩。

常用编码如下：（1）行程编码行程编码（Run-Length Encoding，RLE）简单直观，编码和解码速度快；其压缩比与压缩数据本身有关，行程长度达，压缩比就大。

适用于计算机绘制的图像，如BMP、AVI格式文件。

对于彩色照片，由于色彩丰富，采用行程编码压缩比就会小。

（2）熵编码根据信源符号出现概率的分布特性进行码率压缩的编码方式称为熵编码，也称统计编码。

目的是在信源符号和码字之间建立一一对应关系，这样方便在恢复时能准确的再现原信号，同时要使平均码长或码率尽量小。

熵编码包括霍夫曼编码和算术编码。

霍夫曼编码依据字符出现的概率来构造异字头的平均长度最短的码字，也称为最佳编码。

它将文件中出现频率较高的符号用短的位序列替代，而将那些很少出现的符号，用较长的位序列替代，一般用压缩文本和程序文件。

算术编码与其他编码方法的不同之处在于，其将整个输入的消息编码为一个小数n（0≤n<1.0）。

算术编码的优点是每个不需要被编码成整数“比特”。

算术编码的实现方法相对复杂一些，然而，算术编码的性能要优于霍夫曼编码。

我们每天从互联网接收的信息中，图像和视频占据了大部分，JPEG和MPEG作为常见的图像、视频格式，具有存储空间小、清晰度高等优点，被广泛应用于互联网信息传播中。

JPEG 标准是为静态图像所建立的第一个国际数字的图像压缩标准，也是至今应用最为广泛的图像压缩标准。

JPEG可以提供有损压缩，其压缩比是其他传统压缩无法比拟的。

MPEG标准是一种高效的压缩标准，规定了声音数据和电视图像数据的编码和解码过程、声音和数据之间的同步等问题。

MPEG-1和MPEG-2；MPEG-42有损压缩有损压缩指使用压缩后的数据进行重构,重构后的数据与原来的数据有所不同,但不影响人对原始资料表达的信息造成误解。

有损压缩适用于重构信号不一定非要和原始信号完全相同的场合。

例如，图像和声音的压缩就可以采用有损压缩,因为其中包含的数据往往多于我们的视觉系统和听觉系统所能接收的信息,丢掉一些数据而不至于对声音或者图像所表达的意思产生误解,但可大大提高压缩比。