华中科技大学第三章 多媒体技术与媒体形态
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第3章 多媒体技术与媒体形态
• 多媒体技术是数字传播技术的核心,也是 新闻传播领域使用最多的、需要从业人员 掌握的关键技术。通过本章学习,要求学 生理解多媒体技术的演变过程、媒体文件 的数字化、各类媒体形态及相关格式特点, 强化学生处理和使用各类媒体格式的能力。
• • • • •
3.1 3.2 3.3 3.4 3.5
• MIDI格式
– 经常玩音乐的人应该常听到MIDI(Musical Instrument Digital Interface)这个词,MIDI允 许数字合成器和其他设备交换数据。 – MID文件格式由MIDI继承而来。MID文件并不是 一段录制好的声音,而是记录声音的信息,然后 在告诉声卡如何再现音乐的一组指令。这样一个 MIDI文件每存1分钟的音乐只用大约5~10KB。 今天,MID文件主要用于原始乐器作品,流行歌 曲的业余表演,游戏音轨以及电子贺卡等。 – *.mid文件重放的效果完全依赖声卡的档次。
• 采样、量化、编码
•模拟信号
•采样
•量化
•编码
• 量化是将采样值整数化,用二进制表示,如用8位即有256个量化级。 • 数字录音文件大小的计算公式: S=F×T×(r/8)×C • 其中音频信号参数 S为文件大小,以字节来计算 F为采样频率,以Hz来计 T为录音时间,以秒来记 r为分辨率,二进制位数计,如8位,16位 C为声道数
4ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
8 16
16
256 65536
索引16 色图像
索引256 色图像 Hi-Color 图像
24
16672216
True-Color 图像
• 图像数据量
– 用字节表示图像文件大小时,一幅未经压缩的 数字图像的数据量大小计算如下: 图像数据量大小 = 像素总数×图像深度÷8 – 例如:一幅 640×480 的 256 色图像为 640×480×8/8 = 307200 字节
• • • •
3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4
声音信号 音频数字化原理 音频文件数据量 音频文件类型
• 概述
– 声音是通过空气传播的一种连续的波,叫声波。 – 声音的强弱体现在声波压力的大小上 – 音调的高低体现在声音的频率上 – 复合信号:声音信号由许多频率不同的信号组 成。 – 分量信号:单一频率的信号
• 图 形、 图 像 与 识 别 的 关 系
图像处理
图像
真实感描述
图形
图像分析与模式识别
抽象
符号
文字
• 分辨率
– 图像的分辨率是指每单位长度上的像素(pixel),即 直观看到的图像清晰程度。图像分辨率确立成一副图 像的像素密度,用每英寸多少点表示,它是组成一副 图像的像素密度的度量方法。图像分辨率在图像输入/ 输出时起作用。 – 屏幕分辨率:显示器屏幕上的最大显示区域,即水平 与垂直方向的像素个数。 – 像素分辨率:像素的宽和高之比一般为1:1。
• 图像
– 从名称来看,图像是用于描绘或用于摄影等方法得 到的外在景物的相似物;像是直接或间接(如拍照) 得到的人或物的视觉印象,一般讲,能为人类视觉 系统所感觉的信息形式或人们心目中的有形想象。 – 从技术角度来看,图像在计算机上以位图 (bitmap)表示,实际上是自然的二维光场分布 经过空间和亮度的散化,将它考虑为一个矩阵,矩 阵中的任一元素,对应于图像中的一点,称为 pixel(像元-或像素),而这个点相应的值反映 它的灰度(或颜色)等级,这是数字化后的结果。
•图
•文
•声
•数
据
•信
息
•知识
•像
•音
•视频
• 视觉部分,首先是静止的图像、图形、符号、文 字;动态部分是视频、真实感三维动画,二维动 画。 • 听觉部分,声响(自然界)、语音、音乐。 • 触觉部分,压力、运动、传感/发生器。 • 其他媒体还有包括嗅觉等。
• 文字称之为“正文”(Text),用二进制编码表示。 • 西文
• 案例
质量 采样频 率kHz 样本精 单/立体 数据率 度(b/s) 声 (kB/s) 频率范 围
电话
AM FM
8
11.025 22.050
8
8 16
单道声
单道声 立体声
8
11 88.2
200~340 0
20~1500 0 50~7000
CD
DAT
44.1
48
16
16
立体声
立体声
176.4
192.0
– 设连续信号X(t)的最高频率分量为Fm,以等间 隔Ts(Ts称采样间隔,fs=1/Ts称为采样频率) 对X(t)进行采样,得到Xs(t)。如果Fs>=2Fm, 则Xs(t)保留了X(t )的全部信息(从Xs(t)可以不 失真地恢复出X(t))。 – 只要采样频率高于信号中最高频率的2倍,就 可以从采样中完全恢复原始信号的波形。
• • • •
3.4.1 3.4.2 3.4.3 3.4.4
图形、图像的概念 图像参数 色彩模式 图像格式
• 图形
– 图形是指由外部轮廓线条构成的矢量图 ( vectorgraph )。即由计算机绘制的直线、圆、 矩形、曲线、图表等。 – 图形用一组指令集合来描述图形的内容,如描述 构成该图的各种图元位置维数、形状等。描述对 象可任意缩放不会失真。在显示方面图形使用专 门软件将描述图形的指令转换成屏幕上的形状和 颜色。适用于描述轮廓不很复杂,色彩不是很丰 富的对象,如:几何图形、工程图纸、CAD、3D 造型软件等。
• RealAudio格式
– RealAudio主要适用于在网络上的在线音乐欣赏。 – 现在real的的文件格式主要有:RA(RealAudio)、 RM(RealMedia,RealAudio G2)、RMX (RealAudio Secured),还有更多。 – 这些格式的特点是可以随网络带宽的不同而改变声音 的质量,在保证大多数人听到流畅声音的前提下,令 带宽较富裕的听众获得较好的音质。
媒体的演进 文字与文字编码 音频信号与信号数字化原理 图形与图像 数字视频
• 人类大脑与五官(甚至包括第六感)对大千世界 的观察是立体的、联想的、开放的,也可以说是 全息的。在技术的限制下,人们只能制造出各种 仅能表达形式的单媒体来近似表达不完全的信息 (如单独的视觉信息或听觉信息)。随着人类社 会的进步,多媒体信息系统将负担起运用多媒体 手段来表达完整信息的任务。
20~2000
20~2000
• CD格式
– *.cda,这只是一个索引信息,并不是真正的包含声音信息,所 以不论CD音乐的长短,在计算机上看到的“*.cda文件”都是44 字节长。 – 标准CD格式也就是44.1K的采样频率,速率88K/秒,16位量化位 数,因为CD音轨可以说是近似无损的,因此它的声音基本上是忠 于原声的,因此如果你如果是一个音响发烧友的话,CD是你的首 选。 – 不能直接的复制CD格式的*.cda文件到硬盘上播放,需要使用抓 音轨软件把CD格式的文件转换成WAV,这个转换过程如果光盘驱 动器质量过关而且EAC的参数设置得当的话,可以说是基本上无 损抓音频。
– 音频信号是(Audio)带有语音、音乐和音效 的有规律的声波的频率、幅度变化信息载体。 根据声波的特征,可把音频信息分类为规则音 频和不规则声音。其中规则音频又可以分为语 音、音乐和音效。规则音频是一种连续变化的 模拟信号,可用一条连续的曲线来表示,称为 声波。
• 模拟音频与数字音频
– 模拟音频:在时间和幅度上都是连续变化的 – 数字音频:在时间和幅度上都是离散、不连续 的
• MP3格式
– MP3格式诞生于20世纪80年代的德国,所谓的MP3也就是指的是MPEG 标准中的音频部分,也就是MPEG音频层。根据压缩质量和编码处理的不 同分为3层,分别对应“*.mp1"/“*.mp2”/“*.mp3”这3种声音文件。 – 独创的心理声学和改佳压缩模式在最大程度上还原CD原版音频。 – MPEG音频文件的压缩是一种有损压缩,MPEG3音频编码具有10: 1~12:1的高压缩率,同时基本保持低音频部分不失真,但是牺牲了声 音文件中12KHz到16KHz高音频这部分的质量来换取文件的尺寸,相同 长度的音乐文件,用*.mp3格式来储存,一般只有*.wav文件的1/10, 而音质要次于CD格式或WAV格式的声音文件。 – MP3音乐的版权问题也一直是找不到办法解决。 – MP3格式压缩音乐的采样频率有很多种,可以用64Kbps或更低的采样频 率节省空间,也可以用320Kbps的标准达到极高的音质。
– 用ASCII,美国标准信息交换码是由7个二进制位组成的字符编码 系统,包括:大小写字母、标点符号、阿拉伯数字、数学符号、 控制符号等共128个字符。 – ASCII码的校验:补位法
• 汉字
– GB2312-80标准,1980年制定,用2*7个二进制位表示一个 汉字,共有6763个汉字和850个符号。 – ISO10646标准,中、日、韩均可,已批准为国际标准,16位编 码,2万多汉字。
• WMA 格式
– WMA (Windows Media Audio) 格式来自于微软,音质要强于 MP3格式,更远胜于RA格式。 – 以减少数据流量但保持音质的方法来达到比MP3压缩率更高的目 的,WMA的压缩率一般都可以达到1:18左右。 – WMA的另一个优点是内容提供商可以通过DRM(Digital Rights Management)方案加入防拷贝保护。 – WMA还支持音频流(Stream)技术,适合在网络上在线播放。
• 声音三要素
– 音强:响度,由振幅决定 – 音调:由频率决定 – 音色:声音频率的组成成分
• 声音的分类
– 次音频信号<20HZ(人耳听不到) – 音频信号20HZ~20kHZ(人能听到) – 超音频信号>20kHZ(人听不到,有很强的方向性, 可以形成波束)
• 声音的波动函数被称为音频信号
• WAV格式
– 微软公司开发的一种无损声音文件格式。 – 用于保存WINDOWS平台的音频信息资源,被WINDOWS平 台及其应用程序所支持。 – “*.WAV”格式支持MSADPCM、CCITT A LAW等多种压缩 算法,支持多种音频位数、采样频率和声道,标准格式的 WAV文件和CD格式一样,也是44.1K的采样频率,速率88K/ 秒,16位量化位数,WAV格式的声音文件质量和CD相差无几, 也是目前PC机上广为流行的声音文件格式,几乎所有的音频编 辑软件都“认识”WAV格式。
• • • •
3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4
传播技术的发展历史与走向 多媒体技术的概念 多媒体信息的演变 媒体的种类与性质
•
单媒体
•.
•全
息
•. •. •. •.
•
•多媒体
•MULTIMEDIA
•全
息
单媒体
• “多媒体”翻译自英文:“MULTIMEDIA”,字根“media”是拉 丁文“medium”的复数形式,其基本意是“中间、中心”,后来, 逐渐表示“媒体”的意思。从词源我们可以判断出,多媒体意味着 “多媒介”或者是“多方法”的媒体。这里所谓的媒体就是承载信息 的载体或者说是信息的表达形式。 • 多媒体是在计算机系统中,组合两种或两种以上媒体的一种人机交互 式信息交流和传播媒体。使用的媒体包括文字、图片、照片、声音 (包含音乐、语音旁白、特殊音效)、动画和影片,以及程式所提供 的互动功能。
• 图形与图像的关系
– 图像是位图,以像素pixels为基础,图像更逼 真,而图形更抽象 – 显示过程:图形-图元顺序、链码、与图元数 据有关;图像-扫描,从左自右、从上到下 – 图形变换无失真,如放大无失真 – 图像变换会失真,如放大会产生阶梯效应 – 图形能以图元为单位进行属性修改、编辑等操 作,而图像只能对像素或分块进行处理
• 要在计算机内播放或是处理音频文件,也 就是要对声音文件进行数、模转换,这个 过程同样由采样和量化构成。
•
模拟音频
•数字音频
•采样、量化、编码
• 信号的采样
– 采样Sampling将时间上连续的取值变为有限个离散 取值的过程 – 以下以正弦波为例。
•原始波形
•采样频率
•采样数据
•重建波形
• 奈奎斯特采样定理
• 图像深度
– 图像深度(也称图像灰度、颜色深度)表示数 字位图图像中每个像素上用于表示颜色的二进 制数字位数。 – 显示深度:表示显示器上每个点用于显示颜色 的 2 进制数字位数。 – 若显示器的显示深度小于数字图像的深度,就 会使数字图像颜色的显示失真。
• 图像深度与图像色彩对照表
颜色深度 1 颜色总数 2 图像名称 单色图像
• 多媒体技术是数字传播技术的核心,也是 新闻传播领域使用最多的、需要从业人员 掌握的关键技术。通过本章学习,要求学 生理解多媒体技术的演变过程、媒体文件 的数字化、各类媒体形态及相关格式特点, 强化学生处理和使用各类媒体格式的能力。
• • • • •
3.1 3.2 3.3 3.4 3.5
• MIDI格式
– 经常玩音乐的人应该常听到MIDI(Musical Instrument Digital Interface)这个词,MIDI允 许数字合成器和其他设备交换数据。 – MID文件格式由MIDI继承而来。MID文件并不是 一段录制好的声音,而是记录声音的信息,然后 在告诉声卡如何再现音乐的一组指令。这样一个 MIDI文件每存1分钟的音乐只用大约5~10KB。 今天,MID文件主要用于原始乐器作品,流行歌 曲的业余表演,游戏音轨以及电子贺卡等。 – *.mid文件重放的效果完全依赖声卡的档次。
• 采样、量化、编码
•模拟信号
•采样
•量化
•编码
• 量化是将采样值整数化,用二进制表示,如用8位即有256个量化级。 • 数字录音文件大小的计算公式: S=F×T×(r/8)×C • 其中音频信号参数 S为文件大小,以字节来计算 F为采样频率,以Hz来计 T为录音时间,以秒来记 r为分辨率,二进制位数计,如8位,16位 C为声道数
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索引16 色图像
索引256 色图像 Hi-Color 图像
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True-Color 图像
• 图像数据量
– 用字节表示图像文件大小时,一幅未经压缩的 数字图像的数据量大小计算如下: 图像数据量大小 = 像素总数×图像深度÷8 – 例如:一幅 640×480 的 256 色图像为 640×480×8/8 = 307200 字节
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3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4
声音信号 音频数字化原理 音频文件数据量 音频文件类型
• 概述
– 声音是通过空气传播的一种连续的波,叫声波。 – 声音的强弱体现在声波压力的大小上 – 音调的高低体现在声音的频率上 – 复合信号:声音信号由许多频率不同的信号组 成。 – 分量信号:单一频率的信号
• 图 形、 图 像 与 识 别 的 关 系
图像处理
图像
真实感描述
图形
图像分析与模式识别
抽象
符号
文字
• 分辨率
– 图像的分辨率是指每单位长度上的像素(pixel),即 直观看到的图像清晰程度。图像分辨率确立成一副图 像的像素密度,用每英寸多少点表示,它是组成一副 图像的像素密度的度量方法。图像分辨率在图像输入/ 输出时起作用。 – 屏幕分辨率:显示器屏幕上的最大显示区域,即水平 与垂直方向的像素个数。 – 像素分辨率:像素的宽和高之比一般为1:1。
• 图像
– 从名称来看,图像是用于描绘或用于摄影等方法得 到的外在景物的相似物;像是直接或间接(如拍照) 得到的人或物的视觉印象,一般讲,能为人类视觉 系统所感觉的信息形式或人们心目中的有形想象。 – 从技术角度来看,图像在计算机上以位图 (bitmap)表示,实际上是自然的二维光场分布 经过空间和亮度的散化,将它考虑为一个矩阵,矩 阵中的任一元素,对应于图像中的一点,称为 pixel(像元-或像素),而这个点相应的值反映 它的灰度(或颜色)等级,这是数字化后的结果。
•图
•文
•声
•数
据
•信
息
•知识
•像
•音
•视频
• 视觉部分,首先是静止的图像、图形、符号、文 字;动态部分是视频、真实感三维动画,二维动 画。 • 听觉部分,声响(自然界)、语音、音乐。 • 触觉部分,压力、运动、传感/发生器。 • 其他媒体还有包括嗅觉等。
• 文字称之为“正文”(Text),用二进制编码表示。 • 西文
• 案例
质量 采样频 率kHz 样本精 单/立体 数据率 度(b/s) 声 (kB/s) 频率范 围
电话
AM FM
8
11.025 22.050
8
8 16
单道声
单道声 立体声
8
11 88.2
200~340 0
20~1500 0 50~7000
CD
DAT
44.1
48
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立体声
立体声
176.4
192.0
– 设连续信号X(t)的最高频率分量为Fm,以等间 隔Ts(Ts称采样间隔,fs=1/Ts称为采样频率) 对X(t)进行采样,得到Xs(t)。如果Fs>=2Fm, 则Xs(t)保留了X(t )的全部信息(从Xs(t)可以不 失真地恢复出X(t))。 – 只要采样频率高于信号中最高频率的2倍,就 可以从采样中完全恢复原始信号的波形。
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3.4.1 3.4.2 3.4.3 3.4.4
图形、图像的概念 图像参数 色彩模式 图像格式
• 图形
– 图形是指由外部轮廓线条构成的矢量图 ( vectorgraph )。即由计算机绘制的直线、圆、 矩形、曲线、图表等。 – 图形用一组指令集合来描述图形的内容,如描述 构成该图的各种图元位置维数、形状等。描述对 象可任意缩放不会失真。在显示方面图形使用专 门软件将描述图形的指令转换成屏幕上的形状和 颜色。适用于描述轮廓不很复杂,色彩不是很丰 富的对象,如:几何图形、工程图纸、CAD、3D 造型软件等。
• RealAudio格式
– RealAudio主要适用于在网络上的在线音乐欣赏。 – 现在real的的文件格式主要有:RA(RealAudio)、 RM(RealMedia,RealAudio G2)、RMX (RealAudio Secured),还有更多。 – 这些格式的特点是可以随网络带宽的不同而改变声音 的质量,在保证大多数人听到流畅声音的前提下,令 带宽较富裕的听众获得较好的音质。
媒体的演进 文字与文字编码 音频信号与信号数字化原理 图形与图像 数字视频
• 人类大脑与五官(甚至包括第六感)对大千世界 的观察是立体的、联想的、开放的,也可以说是 全息的。在技术的限制下,人们只能制造出各种 仅能表达形式的单媒体来近似表达不完全的信息 (如单独的视觉信息或听觉信息)。随着人类社 会的进步,多媒体信息系统将负担起运用多媒体 手段来表达完整信息的任务。
20~2000
20~2000
• CD格式
– *.cda,这只是一个索引信息,并不是真正的包含声音信息,所 以不论CD音乐的长短,在计算机上看到的“*.cda文件”都是44 字节长。 – 标准CD格式也就是44.1K的采样频率,速率88K/秒,16位量化位 数,因为CD音轨可以说是近似无损的,因此它的声音基本上是忠 于原声的,因此如果你如果是一个音响发烧友的话,CD是你的首 选。 – 不能直接的复制CD格式的*.cda文件到硬盘上播放,需要使用抓 音轨软件把CD格式的文件转换成WAV,这个转换过程如果光盘驱 动器质量过关而且EAC的参数设置得当的话,可以说是基本上无 损抓音频。
– 音频信号是(Audio)带有语音、音乐和音效 的有规律的声波的频率、幅度变化信息载体。 根据声波的特征,可把音频信息分类为规则音 频和不规则声音。其中规则音频又可以分为语 音、音乐和音效。规则音频是一种连续变化的 模拟信号,可用一条连续的曲线来表示,称为 声波。
• 模拟音频与数字音频
– 模拟音频:在时间和幅度上都是连续变化的 – 数字音频:在时间和幅度上都是离散、不连续 的
• MP3格式
– MP3格式诞生于20世纪80年代的德国,所谓的MP3也就是指的是MPEG 标准中的音频部分,也就是MPEG音频层。根据压缩质量和编码处理的不 同分为3层,分别对应“*.mp1"/“*.mp2”/“*.mp3”这3种声音文件。 – 独创的心理声学和改佳压缩模式在最大程度上还原CD原版音频。 – MPEG音频文件的压缩是一种有损压缩,MPEG3音频编码具有10: 1~12:1的高压缩率,同时基本保持低音频部分不失真,但是牺牲了声 音文件中12KHz到16KHz高音频这部分的质量来换取文件的尺寸,相同 长度的音乐文件,用*.mp3格式来储存,一般只有*.wav文件的1/10, 而音质要次于CD格式或WAV格式的声音文件。 – MP3音乐的版权问题也一直是找不到办法解决。 – MP3格式压缩音乐的采样频率有很多种,可以用64Kbps或更低的采样频 率节省空间,也可以用320Kbps的标准达到极高的音质。
– 用ASCII,美国标准信息交换码是由7个二进制位组成的字符编码 系统,包括:大小写字母、标点符号、阿拉伯数字、数学符号、 控制符号等共128个字符。 – ASCII码的校验:补位法
• 汉字
– GB2312-80标准,1980年制定,用2*7个二进制位表示一个 汉字,共有6763个汉字和850个符号。 – ISO10646标准,中、日、韩均可,已批准为国际标准,16位编 码,2万多汉字。
• WMA 格式
– WMA (Windows Media Audio) 格式来自于微软,音质要强于 MP3格式,更远胜于RA格式。 – 以减少数据流量但保持音质的方法来达到比MP3压缩率更高的目 的,WMA的压缩率一般都可以达到1:18左右。 – WMA的另一个优点是内容提供商可以通过DRM(Digital Rights Management)方案加入防拷贝保护。 – WMA还支持音频流(Stream)技术,适合在网络上在线播放。
• 声音三要素
– 音强:响度,由振幅决定 – 音调:由频率决定 – 音色:声音频率的组成成分
• 声音的分类
– 次音频信号<20HZ(人耳听不到) – 音频信号20HZ~20kHZ(人能听到) – 超音频信号>20kHZ(人听不到,有很强的方向性, 可以形成波束)
• 声音的波动函数被称为音频信号
• WAV格式
– 微软公司开发的一种无损声音文件格式。 – 用于保存WINDOWS平台的音频信息资源,被WINDOWS平 台及其应用程序所支持。 – “*.WAV”格式支持MSADPCM、CCITT A LAW等多种压缩 算法,支持多种音频位数、采样频率和声道,标准格式的 WAV文件和CD格式一样,也是44.1K的采样频率,速率88K/ 秒,16位量化位数,WAV格式的声音文件质量和CD相差无几, 也是目前PC机上广为流行的声音文件格式,几乎所有的音频编 辑软件都“认识”WAV格式。
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3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4
传播技术的发展历史与走向 多媒体技术的概念 多媒体信息的演变 媒体的种类与性质
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单媒体
•.
•全
息
•. •. •. •.
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•多媒体
•MULTIMEDIA
•全
息
单媒体
• “多媒体”翻译自英文:“MULTIMEDIA”,字根“media”是拉 丁文“medium”的复数形式,其基本意是“中间、中心”,后来, 逐渐表示“媒体”的意思。从词源我们可以判断出,多媒体意味着 “多媒介”或者是“多方法”的媒体。这里所谓的媒体就是承载信息 的载体或者说是信息的表达形式。 • 多媒体是在计算机系统中,组合两种或两种以上媒体的一种人机交互 式信息交流和传播媒体。使用的媒体包括文字、图片、照片、声音 (包含音乐、语音旁白、特殊音效)、动画和影片,以及程式所提供 的互动功能。
• 图形与图像的关系
– 图像是位图,以像素pixels为基础,图像更逼 真,而图形更抽象 – 显示过程:图形-图元顺序、链码、与图元数 据有关;图像-扫描,从左自右、从上到下 – 图形变换无失真,如放大无失真 – 图像变换会失真,如放大会产生阶梯效应 – 图形能以图元为单位进行属性修改、编辑等操 作,而图像只能对像素或分块进行处理
• 要在计算机内播放或是处理音频文件,也 就是要对声音文件进行数、模转换,这个 过程同样由采样和量化构成。
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模拟音频
•数字音频
•采样、量化、编码
• 信号的采样
– 采样Sampling将时间上连续的取值变为有限个离散 取值的过程 – 以下以正弦波为例。
•原始波形
•采样频率
•采样数据
•重建波形
• 奈奎斯特采样定理
• 图像深度
– 图像深度(也称图像灰度、颜色深度)表示数 字位图图像中每个像素上用于表示颜色的二进 制数字位数。 – 显示深度:表示显示器上每个点用于显示颜色 的 2 进制数字位数。 – 若显示器的显示深度小于数字图像的深度,就 会使数字图像颜色的显示失真。
• 图像深度与图像色彩对照表
颜色深度 1 颜色总数 2 图像名称 单色图像