第二章多媒体技术
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键盘、鼠标器、麦克风、扫 描仪、显示器、喇叭、打印
机磁等盘 、 硬 盘 、 USB 闪 存 和CD-ROM光盘等 电话线、同轴电缆、光 纤、电磁波和红外线等
2.1.2 多媒体的主要特征
➢多媒体的集成性(信息载体,设备,硬件,软件) ➢多媒体的交互性 (人机,人人,机机) ➢数字化 ➢多样性 ➢实时性 ➢分布性 ➢高质量
• 1、采样频率：指波形被等分的份数，份数越 多（既采样频率越高），质量越好，
• 2、采样位数：即每次采样的信息量。采样通 过模/数转换器（A/D）将每个波形垂直等分， 若用8位A/D等分，可把采样信号分为256等分； 而用16位A/D则可将其分为65536等分。
• 3、通道数：
• 2.2.6 动画 • 计算机设计动画方法有两种： • 矢量动画 • 帧动画
MPEG-2
• DVD标准。 • 制定于1994年，设计目标是高级工业标准的图象质量以及
更高的传输率，主要针对高清晰度电视（HDTV）的需要， 传输速率在3-10Mbits/sec间，与MPEG-1兼容，MPEG-2的 音频编码可提供左右中及两个环绕声道,以及一个加重低 音声道，和多达7个伴音声道(DVD可有8种语言配音的原 因)。MPEG-2的另一特点是，其可提供一个较广的范围改 变压缩比，以适应不同画面质量，存储容量，以及带宽的 要求。对于最终用户来说，由于现存电视机分辨率限制， MPEG-2所带来的高清晰度画面质量(如DVD画面)在电视上 效果并不明显，到是其音频特性(如加重低音，多伴音声 道等)更引人注目。
音频信号的数字化和符号化
• 模拟声音变成数字声音时,经过采样,量化和 编码三个阶段
• 奈奎斯特采样定理决定采样的频率,只要采 样频率高于信号中最高频率的两倍,就可以 完全恢复原始信号的波形,
• 声音的符号化:MIDI质量还要进一步提高,也 无法模拟出自然界中其他非乐曲类声音
音频压缩编码的方法
• 基于音频数据的统计特性进行编码 差分脉冲编码调制DPCM:适应性强,质量好, 但压缩比不大
2.2 多媒体中的媒体元素及特征
• 2.2.1 文本
• 指各种文字，包括符号 和语言文字两种类型
• 2.2.2 图形
• 图形，又称矢量图，一 般指用计算机绘制的画 面，它是对图像进行抽 象化的结果，是以指令 集合的形式来描述反映 图像最重要的特征，
• 2.2.3 图像
• 静态图像又称位图， 它是由输入设备捕捉 的实际场景画面，或 以数字化形式存储的 任意画面构成。
• 基于音频的声学参数进行参数编码 压缩比高,但还原信号的质量差,自然度低
• 基于人的听觉特性进行感知编码 高效的数字音频压缩
2.2.4 多媒体图像处理
➢ 数字图像的优点 精确度高 再现性好 灵活性大 适用面宽
➢ 数字视频的文件格式(表格P54) ➢ 压缩编码
R.G.B和H色调.S饱和度.I光的强度或亮度
JPEG2000的新特征及其应用领域 (续)
• 感兴趣区域压缩：可以指定图片上感兴趣区域（Region of Interest），然后在压缩时对这些区域指定压缩质 量，或在恢复时指定某些区域的解压缩要求。
• 码流的随机访问和处理：这一特征允许用户在图像中随 机地定义感兴趣区域，使得这一区域的的图像质量高于 其它图像区域；码流的随机处理允许用户进行旋转、移 动、滤波和特征提取等操作。
静止图像压缩标准
• 由于JPEG优良的品质，使得它在短短的几年内就获 得极大的成功，目前网站上百分之八十的图像都是采 用JPEG的压缩标准。然而，JPEG属于有损压缩,会 出现马塞克,更高压缩率以及更多新功能的新一代静态 图像压缩技术JPEG 2000就诞生了。
JPEG2000的新特征及其应用领域
2.3 数据压缩的基本原理
• 1.性能指标 ➢ 压缩比
➢ 图像质量
➢ 压缩与解压速度 1. 静态图像
2. 动态视频
• 2.3.2 数据压缩原理
• 我们说的数据能被压缩是因为数据用来记 录和传送信息，而真正有用的不是数据本 身，而是数据所携带的信息。
• 数据与信息的关系是：
•
信息量=数据量+冗余量
视频压缩标准
• MPEG-1 VCD标准。
制定于1992年，为工业级标准而设计，可适用于不同带宽 的设备，如CD-ROM，Video-CD、CD-i。它用于传输 1.5Mbps数据传输率的数字存储媒体运动图像及其伴音的 编码，MPEG-1允许超过70分钟的高质量ຫໍສະໝຸດ Baidu视频和音频存储 在一张CD-ROM盘上。VCD采用的就是MPEG-1的标准，该标 准是一个面向家庭电视质量级的视频、音频压缩标准。 MPEG-1的编码速率最高可达4-5Mbits/sec，但随着速率的 提高，其解码后的图象质量有所降低。MPEG-1也被用于数 字电话网络上的视频传输，如非对称数字用户线路(ADSL)， 视频点播(VOD)，以及教育网络等。同时，MPEG-1也可被 用做记录媒体或是在INTERNET上传输音频。MPEG1标准占 用的网络带宽在1.5M左右。
• 高压缩率：压缩比可在现在的JPEG基础上再提高10％～30 ％，而且压缩后的图像显得更加细腻平滑，这一特征在互 联网和遥感等图像传输领域有着广泛的应用。
• 无损压缩和有损压缩：JPEG2000提供无损和有损两种压缩 方式，例如医学图像中有时有损压缩是不能忍受的，同时 JPEG2000提供的是嵌入式码流，允许从有损到无损的渐进 解压。
信息量、声道数、数据量。音频信息文件所需 存储空间的计算公式为： • 存储容量（字节）=采样频率×采样精度/8× 声道数×时间 • 2、图像压缩 • 图像压缩标准可分为二种：静止图像压缩标准 和动态图像压缩标准，
2.4 多媒体文件格式
• 2.4.1 • 图像文件格式 • 2.4.2 • 视频文件格式 • 2.4.3 • 声音文件格式
• 与MPEG-1和MPEG-2相比， MPEG-4的特点是其更适 于交互AV服务以及远程监控。MPEG-4是第一个使你由 被动变为主动(不再只是观看，允许你加入其中，即有交 互性)的动态图象标准；
2.3 多媒体PC
2.3.4 数据压缩的标准
• 1、音频压缩 • 音频的技术参数主要有声音采样频率、采样的
• 渐进传输：现在网络上的JPEG图像下载时是按“块”传输 的，因此只能一行一行地显示，而采用JPEG 2000格式的 图像支持渐进传输(Progressive Transmission)。所谓的 渐进传输就是先传输图像轮廓数据，然后再逐步传输其他 数据来不断提高图像质量。互联网、打印机和图像文档是 这一特性的主要应用场合。
标准Windows声音文件 乐器数字接口的音乐文件 MPEG Layer III声音文件
Windows位图文件 通用PCD文件格式 通用PCT文件格式 Zsoft的位图文件 图像处理软件独特的PSD文件格式 JPEG压缩的位图文件 标记图像格式文件 图形交换格式文件 Autodesk的Animator文件 Macromedia的Flash动画文件 Microsoft Multimedia Movie文件
第二章多媒体技术
2.1 多媒体的基本概念
• 2.1.1 多媒体
• 多媒体是指能够同时获取、处理、编辑、存储和展示两 个以上不同类型信息媒体的技术。这些信息媒体包括文 字、图形、声音、图像、动画、视频等。
• 多媒体技术是利用计算机对文字、声音、图形、图像、 动画和视频等多媒体信息，进行数字化采集、获取、压 缩/解压缩、编辑、存储和加工等处理，再以单独或合成 的形式表现出来的一体化技术。利用计算机技术对媒体 进行处理和重现，并对媒体进行交互式控制，就构成了 多媒体技术的核心。
表7-3 部分媒体文件扩展名
媒体类型 文字 声音
图形图像 动画
视频影像
扩展名
txt doc wps wri
wav midi mp3
bmp pcd pct pcx psd jpg tif gif flc swf mmm
avi mov mpg dat ram（ra、rm） asf
说明
纯文本文件 Word文件 WPS文件 写字板文件
• 有损压缩法，也称熵压缩法。这种压缩方法会减少信 息量，且减少的信息不能再恢复，是一种不可逆的过 程，会使原始数据产生一定程度的失真。这种压缩方 法可用于图像、声音、动态视频等数据的压缩，压缩 比可达几十到上百。
压缩方法
• 统计编码 (霍夫曼编码) • 预测编码(适合声音,图像数据的压缩,) • 变换编码 • 模型编码 (分形图像编码)
• 2.1.3 多媒体系统基本组成
• 多媒体计算机的硬件 • 多媒体的软件 1. 操作系统 2. 驱动程序 3. 工具软件
• 2.1.4 多媒体技术的产生
• 1．光盘存储技术 • 2．数据压缩技术 • 3．高性能处理器和纳米集成电路技术 • 4．高速计算机网络技术
• 2.1.5 多媒体技术的应用 • 1．电子出版物 • 2．教育 • 3．过程模拟 • 4．商业广告 • 5．影视娱乐
• 常见的数据的冗余有： • 空间冗余 • 时间冗余 • 结构冗余 • 知识冗余 • 视觉冗余等。
• 2.3.3 数据压缩的方法
• 目前常用的压缩编码方法可以分为两大类：
• 无损压缩法，也称冗余压缩法。其方法是在压缩时去 掉或减少数据中的冗余，而这些冗余值是可以重新插 入到数据中的，这是一个可逆的过程。因此采用冗余 压缩法不会产生数据失真，一般用于文本、数据的压 缩，以保证完全地恢复原始数据，但这种方法的压缩 比比较小，一般在2:1～5:1之间。典型的冗余压缩法 有Huffman编码、Fano-Shannon编码、算术编码、行 程编码、Lempel-Zev编码等。
• 1、分辨率 • 2、颜色深度与显示
深度 • 3、图像数据的容量
• 2.2.4 视频
• 视频影像实质上是快 速播放的一系列静态 图像，当这些图像是 实时获取的人文和自 然景物图时，称为视 频影像。
• 1、帧速
• 2、数据量
• 3、图像质量
• 2.2.5 音频
• 影响数字声音波形质量的主要因素有三个：
• MPEG-2的画质质量最好，但同时占用带宽也非常大，在 4M~15M之间，不太适于远程传输。
MPEG-4
• 如果说，MPEG-1“文件小，但质量差”；而MPEG-2则 “质量好，但更占空间”的话，那么MPEG－4则很好的 结合了前两者的优点。于1999年底结束。MPEG-4标准 主要应用于视像电话(Video Phone)，视像电子邮件 (Video Email)和电子新闻(Electronic News)等，其传输 速率要求较低，在4800-64Kbits/sec之间，分辨率为 176X144。MPEG-4利用很窄的带宽，通过帧重建技术， 压缩和传输数据，以求以最少的数据获得最佳的图象质量。
Windows视频文件 Quick Time视频文件 MPEG视频文件 VCD中的视频文件 RealAudio和RealVideo的流媒体文件 Microsoft Media Server的流媒体文件
谢谢！
2.1.1 媒体类型
表7-1 媒
体
类感 别觉
媒表 体示
媒显 体示
媒存 体储
媒传 体输
媒
媒体类体
作用
表现
感知客观 环境 定义信息 的表达特 征 表达信息
存储信息
数据信息 的传输
视觉、 听觉、 触 计觉算 机 数据格 式 输 入 、 输
出信息
保存、 取出信 息 信 息 传 输的介 质
内容
各种声音、音乐、文字、 图形、静止和运动的图 像 AS等CII编码、声音编码、 图像编码和视频编码等
机磁等盘 、 硬 盘 、 USB 闪 存 和CD-ROM光盘等 电话线、同轴电缆、光 纤、电磁波和红外线等
2.1.2 多媒体的主要特征
➢多媒体的集成性(信息载体,设备,硬件,软件) ➢多媒体的交互性 (人机,人人,机机) ➢数字化 ➢多样性 ➢实时性 ➢分布性 ➢高质量
• 1、采样频率：指波形被等分的份数，份数越 多（既采样频率越高），质量越好，
• 2、采样位数：即每次采样的信息量。采样通 过模/数转换器（A/D）将每个波形垂直等分， 若用8位A/D等分，可把采样信号分为256等分； 而用16位A/D则可将其分为65536等分。
• 3、通道数：
• 2.2.6 动画 • 计算机设计动画方法有两种： • 矢量动画 • 帧动画
MPEG-2
• DVD标准。 • 制定于1994年，设计目标是高级工业标准的图象质量以及
更高的传输率，主要针对高清晰度电视（HDTV）的需要， 传输速率在3-10Mbits/sec间，与MPEG-1兼容，MPEG-2的 音频编码可提供左右中及两个环绕声道,以及一个加重低 音声道，和多达7个伴音声道(DVD可有8种语言配音的原 因)。MPEG-2的另一特点是，其可提供一个较广的范围改 变压缩比，以适应不同画面质量，存储容量，以及带宽的 要求。对于最终用户来说，由于现存电视机分辨率限制， MPEG-2所带来的高清晰度画面质量(如DVD画面)在电视上 效果并不明显，到是其音频特性(如加重低音，多伴音声 道等)更引人注目。
音频信号的数字化和符号化
• 模拟声音变成数字声音时,经过采样,量化和 编码三个阶段
• 奈奎斯特采样定理决定采样的频率,只要采 样频率高于信号中最高频率的两倍,就可以 完全恢复原始信号的波形,
• 声音的符号化:MIDI质量还要进一步提高,也 无法模拟出自然界中其他非乐曲类声音
音频压缩编码的方法
• 基于音频数据的统计特性进行编码 差分脉冲编码调制DPCM:适应性强,质量好, 但压缩比不大
2.2 多媒体中的媒体元素及特征
• 2.2.1 文本
• 指各种文字，包括符号 和语言文字两种类型
• 2.2.2 图形
• 图形，又称矢量图，一 般指用计算机绘制的画 面，它是对图像进行抽 象化的结果，是以指令 集合的形式来描述反映 图像最重要的特征，
• 2.2.3 图像
• 静态图像又称位图， 它是由输入设备捕捉 的实际场景画面，或 以数字化形式存储的 任意画面构成。
• 基于音频的声学参数进行参数编码 压缩比高,但还原信号的质量差,自然度低
• 基于人的听觉特性进行感知编码 高效的数字音频压缩
2.2.4 多媒体图像处理
➢ 数字图像的优点 精确度高 再现性好 灵活性大 适用面宽
➢ 数字视频的文件格式(表格P54) ➢ 压缩编码
R.G.B和H色调.S饱和度.I光的强度或亮度
JPEG2000的新特征及其应用领域 (续)
• 感兴趣区域压缩：可以指定图片上感兴趣区域（Region of Interest），然后在压缩时对这些区域指定压缩质 量，或在恢复时指定某些区域的解压缩要求。
• 码流的随机访问和处理：这一特征允许用户在图像中随 机地定义感兴趣区域，使得这一区域的的图像质量高于 其它图像区域；码流的随机处理允许用户进行旋转、移 动、滤波和特征提取等操作。
静止图像压缩标准
• 由于JPEG优良的品质，使得它在短短的几年内就获 得极大的成功，目前网站上百分之八十的图像都是采 用JPEG的压缩标准。然而，JPEG属于有损压缩,会 出现马塞克,更高压缩率以及更多新功能的新一代静态 图像压缩技术JPEG 2000就诞生了。
JPEG2000的新特征及其应用领域
2.3 数据压缩的基本原理
• 1.性能指标 ➢ 压缩比
➢ 图像质量
➢ 压缩与解压速度 1. 静态图像
2. 动态视频
• 2.3.2 数据压缩原理
• 我们说的数据能被压缩是因为数据用来记 录和传送信息，而真正有用的不是数据本 身，而是数据所携带的信息。
• 数据与信息的关系是：
•
信息量=数据量+冗余量
视频压缩标准
• MPEG-1 VCD标准。
制定于1992年，为工业级标准而设计，可适用于不同带宽 的设备，如CD-ROM，Video-CD、CD-i。它用于传输 1.5Mbps数据传输率的数字存储媒体运动图像及其伴音的 编码，MPEG-1允许超过70分钟的高质量ຫໍສະໝຸດ Baidu视频和音频存储 在一张CD-ROM盘上。VCD采用的就是MPEG-1的标准，该标 准是一个面向家庭电视质量级的视频、音频压缩标准。 MPEG-1的编码速率最高可达4-5Mbits/sec，但随着速率的 提高，其解码后的图象质量有所降低。MPEG-1也被用于数 字电话网络上的视频传输，如非对称数字用户线路(ADSL)， 视频点播(VOD)，以及教育网络等。同时，MPEG-1也可被 用做记录媒体或是在INTERNET上传输音频。MPEG1标准占 用的网络带宽在1.5M左右。
• 高压缩率：压缩比可在现在的JPEG基础上再提高10％～30 ％，而且压缩后的图像显得更加细腻平滑，这一特征在互 联网和遥感等图像传输领域有着广泛的应用。
• 无损压缩和有损压缩：JPEG2000提供无损和有损两种压缩 方式，例如医学图像中有时有损压缩是不能忍受的，同时 JPEG2000提供的是嵌入式码流，允许从有损到无损的渐进 解压。
信息量、声道数、数据量。音频信息文件所需 存储空间的计算公式为： • 存储容量（字节）=采样频率×采样精度/8× 声道数×时间 • 2、图像压缩 • 图像压缩标准可分为二种：静止图像压缩标准 和动态图像压缩标准，
2.4 多媒体文件格式
• 2.4.1 • 图像文件格式 • 2.4.2 • 视频文件格式 • 2.4.3 • 声音文件格式
• 与MPEG-1和MPEG-2相比， MPEG-4的特点是其更适 于交互AV服务以及远程监控。MPEG-4是第一个使你由 被动变为主动(不再只是观看，允许你加入其中，即有交 互性)的动态图象标准；
2.3 多媒体PC
2.3.4 数据压缩的标准
• 1、音频压缩 • 音频的技术参数主要有声音采样频率、采样的
• 渐进传输：现在网络上的JPEG图像下载时是按“块”传输 的，因此只能一行一行地显示，而采用JPEG 2000格式的 图像支持渐进传输(Progressive Transmission)。所谓的 渐进传输就是先传输图像轮廓数据，然后再逐步传输其他 数据来不断提高图像质量。互联网、打印机和图像文档是 这一特性的主要应用场合。
标准Windows声音文件 乐器数字接口的音乐文件 MPEG Layer III声音文件
Windows位图文件 通用PCD文件格式 通用PCT文件格式 Zsoft的位图文件 图像处理软件独特的PSD文件格式 JPEG压缩的位图文件 标记图像格式文件 图形交换格式文件 Autodesk的Animator文件 Macromedia的Flash动画文件 Microsoft Multimedia Movie文件
第二章多媒体技术
2.1 多媒体的基本概念
• 2.1.1 多媒体
• 多媒体是指能够同时获取、处理、编辑、存储和展示两 个以上不同类型信息媒体的技术。这些信息媒体包括文 字、图形、声音、图像、动画、视频等。
• 多媒体技术是利用计算机对文字、声音、图形、图像、 动画和视频等多媒体信息，进行数字化采集、获取、压 缩/解压缩、编辑、存储和加工等处理，再以单独或合成 的形式表现出来的一体化技术。利用计算机技术对媒体 进行处理和重现，并对媒体进行交互式控制，就构成了 多媒体技术的核心。
表7-3 部分媒体文件扩展名
媒体类型 文字 声音
图形图像 动画
视频影像
扩展名
txt doc wps wri
wav midi mp3
bmp pcd pct pcx psd jpg tif gif flc swf mmm
avi mov mpg dat ram（ra、rm） asf
说明
纯文本文件 Word文件 WPS文件 写字板文件
• 有损压缩法，也称熵压缩法。这种压缩方法会减少信 息量，且减少的信息不能再恢复，是一种不可逆的过 程，会使原始数据产生一定程度的失真。这种压缩方 法可用于图像、声音、动态视频等数据的压缩，压缩 比可达几十到上百。
压缩方法
• 统计编码 (霍夫曼编码) • 预测编码(适合声音,图像数据的压缩,) • 变换编码 • 模型编码 (分形图像编码)
• 2.1.3 多媒体系统基本组成
• 多媒体计算机的硬件 • 多媒体的软件 1. 操作系统 2. 驱动程序 3. 工具软件
• 2.1.4 多媒体技术的产生
• 1．光盘存储技术 • 2．数据压缩技术 • 3．高性能处理器和纳米集成电路技术 • 4．高速计算机网络技术
• 2.1.5 多媒体技术的应用 • 1．电子出版物 • 2．教育 • 3．过程模拟 • 4．商业广告 • 5．影视娱乐
• 常见的数据的冗余有： • 空间冗余 • 时间冗余 • 结构冗余 • 知识冗余 • 视觉冗余等。
• 2.3.3 数据压缩的方法
• 目前常用的压缩编码方法可以分为两大类：
• 无损压缩法，也称冗余压缩法。其方法是在压缩时去 掉或减少数据中的冗余，而这些冗余值是可以重新插 入到数据中的，这是一个可逆的过程。因此采用冗余 压缩法不会产生数据失真，一般用于文本、数据的压 缩，以保证完全地恢复原始数据，但这种方法的压缩 比比较小，一般在2:1～5:1之间。典型的冗余压缩法 有Huffman编码、Fano-Shannon编码、算术编码、行 程编码、Lempel-Zev编码等。
• 1、分辨率 • 2、颜色深度与显示
深度 • 3、图像数据的容量
• 2.2.4 视频
• 视频影像实质上是快 速播放的一系列静态 图像，当这些图像是 实时获取的人文和自 然景物图时，称为视 频影像。
• 1、帧速
• 2、数据量
• 3、图像质量
• 2.2.5 音频
• 影响数字声音波形质量的主要因素有三个：
• MPEG-2的画质质量最好，但同时占用带宽也非常大，在 4M~15M之间，不太适于远程传输。
MPEG-4
• 如果说，MPEG-1“文件小，但质量差”；而MPEG-2则 “质量好，但更占空间”的话，那么MPEG－4则很好的 结合了前两者的优点。于1999年底结束。MPEG-4标准 主要应用于视像电话(Video Phone)，视像电子邮件 (Video Email)和电子新闻(Electronic News)等，其传输 速率要求较低，在4800-64Kbits/sec之间，分辨率为 176X144。MPEG-4利用很窄的带宽，通过帧重建技术， 压缩和传输数据，以求以最少的数据获得最佳的图象质量。
Windows视频文件 Quick Time视频文件 MPEG视频文件 VCD中的视频文件 RealAudio和RealVideo的流媒体文件 Microsoft Media Server的流媒体文件
谢谢！
2.1.1 媒体类型
表7-1 媒
体
类感 别觉
媒表 体示
媒显 体示
媒存 体储
媒传 体输
媒
媒体类体
作用
表现
感知客观 环境 定义信息 的表达特 征 表达信息
存储信息
数据信息 的传输
视觉、 听觉、 触 计觉算 机 数据格 式 输 入 、 输
出信息
保存、 取出信 息 信 息 传 输的介 质
内容
各种声音、音乐、文字、 图形、静止和运动的图 像 AS等CII编码、声音编码、 图像编码和视频编码等