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第八章 多媒体技术基础
8.1 多媒体技术的基本概念
8.2 多媒体计算机系统
8.3 多媒体信息的数字化和压缩技术
８.2.3多媒体应用系统的设计流程
8.3多媒体信息的数字化和压缩技术
8.3.1音频信息
1.基本概念
复杂的声波由许许多具有不同振幅和频率的正弦波组成。
周期T:重复出现的时间间隔;
振幅A:波形相对基线的最大位移, 表示音量的大小;
频率f:信号每秒钟变化的次数,即1/T
以赫兹(Hz)为单位。
声音按频率分类
正常人所能听到的声音频率范围为20 Hz～20 kHz。
声音质量的频率范围:
CD 如随身听
FM:调频
AM:调幅
把调制信号从低频搬移到了高频，以便利用电离层传播,
调频声音的高低变为频率的变化的电信号,
调幅就是用声音的高低变为幅度的变化的电信号.
2.模拟音频的数字化
用计算机对音频信息处理，就要将模拟信号（如语音、音乐等）转换成维数字信号。
采样 每隔一定时间间隔对模拟 波形上取一个幅度值。
量化 将每个采样点得到的幅度值 以数字存储。
编码 将采样和量化后的数字数据 以一定的格式记录下来
模拟信号
采样
量化
编码
数字信号
振幅
频率
1/T
采样点
T
振幅
1/T
T
3.数字音频的技术指标
采样频率、量化位数和声道数
采样频率： 每秒钟的采样次数
量化位数(采样精度) ：存放采样点振幅值的二进制位数。通常 量化位数有8位、16位，分别表示有28、216个等级。
声道数 ：声音通道的个数 ，立体声 为双声道。
每秒钟存储声音容量的公式为：
采样频率×采样精度×声道数/8=字节数
例如，用44.10 kHz的采样频率，16位的精度存储，则录制1秒钟的立体声节目，其WAV文件所需的存储量为：
44 100×16×2/8=176 400（字节）
采样频率和量化参数比较
4.数字音频的文件格式
Wave格式文件（. Wav）
记录了真实声音的二进制采样数据，通常文件较大。
MIDI格式文件（.MID）
数字音乐的国际标准. 记录的是音符数字，文件小。
MPEG音频文件（.MP1/.MP2/.MP3）
采用MPEG音频压缩标准进行压缩的文件。
RA格式文件（.ra）
RA（Real Audio）是Real Network公司制定的音频压缩规 范，有较高的压缩比，采用流媒体的方式在网上实时播放。
5.声音的录制与播放
“录音机”是用于声音文件的录制与播放，还可以对声音进行编辑和特殊效果处理。
录制声音
编辑声音
删除声音 当前位置之前或之后
插入声音
移动声音 删除和插入间接完成
8.2.2数字图像及处理
1.基本概念
图形和图像
图形：由点、线等组成的有边界画面，文件中存放描述图形的指令。
图像：由图像设备输入的无边界画面，数字化后以位图形式存储。
图形与图像的数字化
分辨率（行、列）和颜色深度
真彩色每个像素点占3个字节，224=16777216 种颜色。
计算存储一秒图像公式：
列数×行数×像素的颜色深度/8 ×帧/秒=字节数
例：1280×1024分辨率的“真彩色”电视图像， 按每秒30帧计算，显示1分钟，则需要：
1280×1024×3×30×60 ≈ 6.6 GB
2.图像的数字化
采样
用多少个像素点的“列数×行数”表示，分辨率越高，图像越清晰，存储量也越大。
量化
量化是在图像离散化后，将表示图像色彩浓淡的连续变化值离化为整数值的过程。 把量化时所确定的整数值取值个数称为量化级数,也称为颜色深度.
图像 采样 量化 数字图像
颜色深度
①黑白图 图像的颜色深度为1，则用一个二进制位1和0表示纯白、纯黑两种情况；
②灰度图 图像的颜色深度为8，占一个字节，灰度级别为256级。通过调整黑白两色的程度（称颜色灰度）来有效地显示单色图像；
③RGB 24位真彩色 彩色图像显示时，由红、绿、蓝三基色通过不同的强度混合而成，当强度分成256级（值为0～255），占24位，就构成了224=16777216种颜色的“真彩色”图像。
灰度图
彩色图
图像的分辨率和像素位的颜色深度决定了图像文件的大小，计算公式为：
列数×行数×颜色深度÷8=图像字节数
例8.2 当要表示一个分辨率为640×480的“24位真彩色”图像，则需要：
640×480×24÷8≈1MB
由此可见，数字化后的图像数据量十分巨大，必须采用编码技术来压缩信息。它是图像传输与存储的关键。
2.常用图像文件格式
BMP和DIB格式文件
与设备无关的位图格式文件，Windows环境中经常使用.
GIF格式文件
Internet上的重要文件格式之一，最大不超过64 KB，
256色以内，压缩比较高，与设备无关。
JPEG格式文件（.JPG）
利用JPEG方法压缩, Internet上重要文件格式之一，
适用于处理256色以上、大幅面图像。
WMF格式文件
位图与矢量图的混合体, Windows中许多剪贴画图像
是以该格式存储的。广泛应用于桌面出版印刷领域。
3. 图像数据的获取
利用图像处理软件和现成的图像库
最常用的是Photoshop,可以绘图,也可以编辑来自网络、CD-ROM光盘上存储的图像库
“画图”程序可以获取屏幕界面
利用数字化设备获取
数码相机、数字摄象机，将拍摄的自然界景物按数字格式存储通过连接转换转换成计算机中的图像和影象文件。
扫描仪将照片、艺术作品转换成数字图像文件。
8.3.3 视频
视频是将一幅幅独立图像组成的序列按照
一定的速率连续播放，利用视觉暂留现象
在人的眼前呈现出连续运动的画面。
模拟视频常用两种标准：
NTSC制式(30帧/秒，525行/帧)
PAL制式（25帧/秒，625行/帧），我国采用PAL制式。
例1分钟的数字视频容量
640×480 ×3 ×30 ×60
=1 658 880 000字节
分辨率
帧/秒
采样深度
时间
常用视频文件格式
AVI（Audio-Video Interleaved）文件
将视频与音频信息交错地保存在一个文件中，较好地解决了音频与视频的同步问题，已成为Windows视频标准格式文件。
MOV文件
利用它可以合成视频、音频、动画、静止图像等多种素材。
MPG(.mpg)文件
是按照MPEG标准压缩的全屏视频的标准文件。
DAT文件
是VCD专用的格式文件，文件结构与MPG文件格式基本相同。
流媒体概述
流媒体
一种可以使音频、视频等多媒体文件能在Internet上以实时的、无需下载等待的流式传输方式进行播放的技术
应用
互联网直播
视频点播
远程教育
视频会议系统
常用流媒体文件
RealMedia (RealNetworks)
RA （RealAudio）用来传输接近CD音质的音频数据
RM（RealVideo）在低速率的网络上实时传输活动视频影像
RF（RealFlash）一种高压缩比的动画格式
QuickTime(Apple)
是数字媒体领域事实上的工业标准，是创建3D动画、实时效果、虚拟现实、A/V和其他数字流媒体的重要基础。
ASF与WMA(Microsoft)
ASF是一种数据格式，音频、视频、图像以及控制命令脚本等多媒体信息通过这种格式，以网络数据包的形式传输，实现流式多媒体内容发布。
WMV是微软公司推出的与MP3格式齐名的一种音频格式，是用于高清晰度映像的编解码器。
8.3.4 数据压缩技术
数字化了的视频和音频信号的数量之大是非常惊人的。
带来的问题
占用存储容量
降低通信干线的信道传输率
影响计算机的处理速度和播放效果
问题的解决：数据压缩
数据压缩：一般可以分为有损压缩和无损压缩两种。
数据压缩技术的性能指标
①压缩比: 即压缩前后所需的信息存储之比要大；
②恢复效果 即要尽可能恢复到原始数据
③速度 即压缩、解压缩的速度
④开销 实现压缩的软、硬件开销要小

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