第一讲数字化教育资源的种类和评估(二).doc

第一讲：数字化教育资源的特点和评估上海市闸北区教师进修学院 陈越1.1.4音频的处理与声卡的基本知识一、 音频的处理声音是多媒体技术中一种重要媒体，音频技术包括声音信号的采集、存储、处理、传输，语音合成和语音识别等。1、声音数字化声音数字化就是将模拟的(连续的)声音波形数字化(离散化)，以便利用数字计算机进行处理，主要包括采样和量化两个方面。数字化音频的质量取决于采样频率和量化位数这两个重要参数。采样频率是对声音波形每秒钟进行采样的次数。人耳听觉的频率上限在2OkHz左右，根据采样理论，为了保证声音不失真，采样频率应在4OkHz左右。经常使用的采样频率有11.025kHz、22.05kHz和44.lkHz等。采样频率越高，声音失真越小、音频数据量也越大。量化数据位数(也称量化级)是能够用来表示每个采样点的数据范围，经常采用的有8位、12位和16位。例如，8位量化级表示每个采样点可以表示成256个(0-255)不同量化值，而16位量化级则是指每个采样点可表示成65536个不同量化值。量化位数越高，表示区别声音的差别更细致，所以音质越好，数据量也越大。2、声音信号数据压缩因为声音数字化后生成的数据量十分巨大，例如一分钟的声音，采用十六位量化技术，采样频率为44.1kHz，其数据量为字节。所以，语音处理主要集中在音频压缩上，最新的语音压缩算法，例如MP3可将原始声音数据压缩六八倍以上。声音的处理包括声音数据的获取，文件的建立、压缩、还原、播放、叠加、合成、分解、噪音的去除等等。二、 常见的音频文件格式语音数据文件的格式有WAV、VOC、AU、MOD等。在个人计算机的Windows环境中最常用的语音数据格式是WAV格式，文件的扩展名为.WAV。WAV格式主要采用于一种称为“波形音效”的声音处理方式，即把外部声音直接转化为数字信号储存起来，需要时再转化为模拟信号输出。声音的数字化，即捕获、采样、压缩、还原等量化都是通过声卡进行的。波形音效的声音取样频率不变，所以无法产生效果良好的高保真声效。音乐数据文件的格式有MIDI、CMF、ORG、ROL、MOD、MP3等。个人计算机Windows系统下较常用的是MIDI格式，扩展名为.MID。MIDI是一个乐器数字接口文件。MIDI本身没有内置声音，音源由其它的键盘乐器或其它音源器提供。声音输出时，可以输出到具有MIDI功能的声卡（现在所有的声卡都支持MIDI功能），然后再由音箱发声。MIDI格式文件没有记录任何声音信息，只是发送给音频合成器一系列指令，这些指令说明了音高、音长、速度、变调等信息，也就是说MIDI格式文件存放的是合成音乐的谱，不是音效取样，所以占用的空间较小。MP3是目前最受欢迎的音乐文件格式，它具有容量大、音质好的特点。MP3利用MEPG Audio Layer 3技术，将WAV文件压缩，压缩比可达到12：1。虽然有这么大的压缩比，但是MP3对声音质量的损耗是非常小的，一般情况下人的听觉是不易察觉出来的。由于MP3以接近CD的音质，而文件的大小只有WAV格式文件的12分之一，占用的空间较小，有利于在网络上的传输，所以，随着Internet互联网的日益普及，MP3越来越广泛地得到了应用，成为互联网上音乐文件事实上的标准格式。三、 声卡的基本知识随着多媒体技术的发展，出现了支持声音媒体的声卡。利用声卡就能较好地进行声音的数字化和播放。声卡内装有语音处理芯片，具有输入、存储、编辑和功率输出及产生各种声音特技效果等功能，并且有光盘CD-ROM接口。声卡的输入方式：Line-In（线路输入）；Microphone（麦克风输入）；MIDI（数字乐器输入）；CD-ROM光盘（CD音乐输入）。声卡的输出方式：双声道立体声；混响效果：FM、语音、音响输出等。 录音、放音采样频率：4-44.1KHZ 声音数据文件格式：VOC、MIDI、ORG、WAV、CMF等。声卡原理图一块声卡按其功能可以分为三大块：声音合成部分、模拟音频输入输出部分和混音效果器部分。目前声卡的音乐合成功能有两种方式，一种称为调频（FM）合成法，另一种称为波表（WAVETABLE）合成法。调频合成法的发音方式音色少、音质较差。波表合成法的发音效果较好，其发音机理是将真正乐器的声音进行数字化，形成波表数据，然后将各种乐器的波形数据依次固化在只读存储器中，发音时只要经过查表法就能得到所选乐器的波形数据。声卡的模拟音频输入输出部分是个模/数（A/D）、数/模（D/A）转换器。在进行声音输入时，外界输入的声音经过声卡中的模/数电路转换为数字信号后存储到计算机中；在进行语音输出时，计算机输出的数字信号经过声卡的数/模转换电路转换为模拟信号后输出，供放大器、音响等使用。声卡的混音，声卡中的混音器主要作用是将来自音乐合成器、模拟音频输出和CD-ROM驱动器的模拟音频以不同的音量大小混合在一起，并送到声卡的输出端口。效果器是高档声卡才有的特殊功能，需要用到音频信号处理器（ASP），可以给声音加入混响、延时和合唱效果及立体声效果（3D）。声卡可以直接插在系统主板的扩展槽中，并在主机箱后面露出其输入/输出标准插座和插孔，通常包括游戏操纵杆、MIDI插座、线路输入插孔、话筒输入插孔、线路输出插孔和扬声器输出插孔等。其中，线路输入插孔可以连接一个音源外部设备（如录音机、CD播放机等），这些音源通过声卡与计算机连接并输入计算机；话筒输入插孔可以连接一个外接语音输入话筒，可以录制声音并存储下来；线路输出插孔可以连接立体声放大器，可以实现音频输出；扬声器输出插孔可以连接多媒体计算机音箱，以输出声音。1.1.5图象处理与视频卡的基本知识一、 视频的处理视频技术包括视频信号数字化和视频编码两个方面。视频数字化的目的是将模拟视频信号经采样、量化等过程，转换成电子计算机可以显示和处理的数字信号。二、 图象的处理图形、图象统称为图，图形反应的是物体的局部特性，是具体的抽象，是真实物体的模型化表示；图象则是客观世界物质及其变化在人脑中产生的视觉形象或在各种载体上形成的影像，是物体形象的视觉再现。图形，如点、线、面、折线、曲线、圆、曲面，它们在一定条件下可用数学方程或函数来描述，在计算机中常用程序来表示。图象包括静止图象、动态图象（景象）、动画。图形和图象相互之间是可以转化的，图象通过矢量化的算法变成图形；图形通过图象的处理，也就成为图象。图象处理主要包括：静止图象的制作和再现、动态视频的制作和再现（包括动画的制作和再现）。三、 常见图象文件的格式介绍目前，最常用的静止图象格式为BMP、JPG、GIF、TIFF。BMP文件是标准的Windows位图文件，它又可分成单色BMP、16色BMP、256色BMP和24位BMP等格式。BMP格式是一种无损的保真图象格式，采用了一种叫做游程编码（RLE）的图象压缩方法。BMP格式比较简单，但压缩率不高，所以生成的文件较大。随着网络的流行，现在越来越多的静止图象采用JPG格式，JPG格式是一种有损的失真图象格式，采用JPEG有损压缩方法。JPEG比RLE方法复杂，但能产生相当高的压缩率，生成的文件较小，便于在网络上传输。在多媒体个人计算机上常用的动态视频格式是AVI和MPEG。所谓AVI格式是指支持“音频/视频交叉存取机制”Audio/Video Interleaved的格式，“交叉”是指视频（Video）和音频（Audio）交错存储于录象数据文件中，存储时采用indeo压缩算法进行压缩处理。这种存储格式使得数据文件装入内存的速度非常快，播放动态视频或动画的效率非常高。AVI的回放无需硬件的支持，使用纯软件就可以实时解压缩（当然需要播放声音还需要声音卡），AVI格式在相当程度上已被当作Windows系统的视频标准格式。MPEG格式采用的MPEG（运动图象专家小组）标准是用于多媒体的动态视频压缩标准，分为MPEG I和MPEG II两个标准。现在的VCD采用的是MPEG I标准，DVD采用的是MPEG II标准。MPEG I标准通过视频压缩可以满足320X240分辨率，每秒30帧的速率传输要求。如果要求全屏播放，在性能不高的视频卡环境下常会出现马赛克和模糊印象。四、 视频卡的基本知识普通显示卡一般多媒体计算机上配备的显示适配器（显示卡），只能实现一些基本的视频功能。随着显示卡设计、制造技术的进步，各种二维、三维图形加速卡纷纷问世，提高了多媒体的视频显示性能，但主要功能还只是停留在视频的再现方面，对视频的制作和编辑是无能为力的。视频卡的种类很多，有视频捕获卡、视频叠加卡、电视卡（TV Turner）、电视编码卡以及VCD、DVD回放卡等。这些视频卡多用于实现多媒体计算机中较专业的视频功能。视频捕获卡能将视频信号在计算机显示器上播放的同时，进行视频图像的捕获。捕获的内容一般以AVI视频图像文件格式存储在硬盘中，以便后期编辑、处理。视频叠加卡通过一个视频输入接口把标准的视频信号输入，与计算机本身的视频信号进行叠加，并进行一些特技效果的处理，最后，将综合处理后的视频信号送往显示器输出。视频叠加卡也可以捕获图像，但与专门的视频捕获卡相比动态视频的捕获效果较差。电视接收卡是用于接受电视信号，使电视节目能在计算机的显示器上播放的装置。电视编码卡与电视接收卡的功能相反，将计算机上的视频信号转换为标准的电视信号，使这些计算机视频信号能在普通电视机上播放。1.1.6其他相关的多媒体计算机配件一、调制解调器MODEM调制解调器(Modem)调制解调器(Modem)是将电话线上的模拟信号与计算机上的数字信号进行相互转换的装置。将数字信号转换为模拟信号称为调制;将模拟信号转换为数字信号称为解调。具备这两种功能的设备就叫做调制解调器(Modem)。一台PC机,配上了调制解调器(Modem)与电话线连接，通过拔号就能上网，可以浏览Internet网。既可分享网上无限的信息资源,，又可收发E-mail，与别人通信。这样,就从单一的计算机走向了网络世界，将个人计算机变为信息社会的细胞。Modem的种类很多，按与计算机连接方式不同进行分类，Modem有外置式、内置式和PC卡式三种。外置式Modem与计算机的相关接口连接，内置式Modem可以直接插在计算机的扩展槽上，PC卡式Modem专用于笔记本式电脑，直接插在笔记本电脑的标准PCMCIA插槽中。按Modem的智能化程度进行分类，Modem有手动拔号Modem、自动拔号/自动回答Modem和智能Modem。按Modem物理特性进行分类，有基于硬件的Modem（俗称硬猫）、基于软件的Modem（俗称软猫）。Modem的主要技术指标是传输速率，即每秒传输的二进制位数bps (bit per second)。目前普遍选用的是33.6Kbps和56Kbps的调制解调器。二、扫描仪扫描仪是输入文字和图片的主要设备之一，在有关的软件的控制下把文字和图片信息通过扫描输入到计算机中。扫描仪的基本原理是，图片经光电变换成扫描仪输出电信号，再由A/D转换系统转换成数字量，送入计算机形成图象点阵信息。图象点阵信息采用某种压缩算法，按标准文件格式转换成图象数据，加上标准文件头，存入磁盘即可形成标准格式的图象文件。扫描输入由硬件和驱动软件共同完成。扫描仪的主要性能指标有：分辨率、灰度、色彩位数、扫描速度和幅面大小。台式扫描仪(1) 分辨率表示了图像扫描仪的扫描精度，它以DPI(DotPerinch，每英寸的点数)或PPI(Pixe1PerInch，每英寸的线数)为单位。目前，普及型的平台式扫描仪的分辨率为300DPI(横向)600DPI(纵向)，分辨率为600DPI(横向)X1200DPI(纵向)的台式扫描仪占据着较大的市场，高档的平台式扫描仪将把分辨率提高到1200DPI(横向)2400DPI(纵向)。(2) 灰度是表示图像亮度层次的指标，灰度级数越多表示扫描图像由白到黑的亮度层次越细，视感感觉也越丰富，目前多数扫描仪的灰度为256级。(3) 色彩位数表示图像扫描仪对图片色彩的分辨能力，色彩位数越大，对色彩的分辨能力就越强，扫描所得的图像就越逼真。中高档平台式扫描仪的色彩位数一般为24位、30位和36位等。(4) 彩色扫描仪的工作有一次扫描和三次扫描之分。三次扫描的过程为每次扫描处理组成图片的三原色(RGB：红、绿、蓝)中的一种色彩，最后再进行合成，所以速度要慢一些。而一次扫描的过程就是同时扫描图片的三原色，速度要快一些。(5) 幅面大小一般有小于A4的、A4、A3，商用扫描仪可对A0号图纸直接扫描。扫描仪的分类,扫描仪的分类标准有许多种。若按扫描仪的物理结构来分，有为平板式扫描仪、手持式扫描仪和滚筒式扫描仪等。手持式扫描仪体积较小、重量较轻、携带比较方便，但扫描精度较低、扫描质量较差。滚筒式扫描仪应用在需要大幅面扫描的方面，主要运用在一些专业的领域，价格也比较昂贵。平板式扫描仪是扫描仪家族中用途最广、种类最多、同时也是销量最大的产品。一般平板式扫描仪的分辨率一般为6001200DPI左右，最高的已经能达2400DPI。扫描的速度快、精度高。是制作高质量的图象创意必不可少的工具，也是教学上制作多媒体课件的强有力辅助工具。扫描仪的配套软件是扫描仪产品不可分割的一部分，在很大程度上关系到扫描仪使用的方便性和可靠性。配套的中文软件包括驱动软件和扫描处理软件，以及字符识别（OCR）软件、图像文档管理系统软件。三、数字相机/数字摄象机数字相机数字相机是一种新型的静态图像输入设备，是一种能够进行拍摄，并通过内部处理把拍摄到的图象转换成以数字格式存放的特殊照相机。数字相机不使用胶卷，而是将外界的图像感光到相机内部的感光芯片上，经过数字化处理后，直接存储到相机的存储芯片上，并可直接连接到计算机上使用。由于图象是内部处理的，所以用户可以在拍摄后马上检查图象的拍摄效果，不满意可以删除重拍，而且可以立刻打印出来或输入到计算机中存储起来。数字相机衡量数字相机的主要性能指标有：CCD像素数、最大分辨率、色彩深度、镜头变焦范围、电池工作时间和存储卡容量（可保存照片数）等。但是，由于数字相机的分辨率是有限的，目前市场上的中低档数字相机还无法达到传统的胶片相机那样精细的分辨率，而且对拍摄时的环境还有些特殊的要求，因此，数字相机主要用于生成计算机能够处理的图象，不能用来拍摄高质量的照片。数字摄像机是一种新型的动态影像输入设备，它将外界的动态影像摄录后，进行数字化处理，直接存储到数字摄像机的存储媒介上，并可直接连接到计算机上使用。四、打印机喷墨打印机、针式打印机、激光打印机打印机是将计算机中的文字、图像等信息打印在纸张、薄膜等多种介质上的输出设备。按物理结构和工作原理来分，打印机主要有针式打印机、喷墨打印机和激光打印机等三大类。针式打印机通过打印针撞击色带从而在纸张上留下痕迹。喷墨打印机使用喷墨来代替针打，是一种非击打式的打印机，价格便宜，但使用成本较高。激光打印机是页