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文档简介

1、应用软件基础n第四章:图形图像处理图形图像处理1.图形制作步骤图形制作步骤2.作图函数作图函数3.图形图像参数设置图形图像参数设置4.音频处理音频处理5.动画制作动画制作图形图像处理1、图形制作步骤、图形制作步骤1.1 准备数据1.2 选定作图窗口与作图区域1.3 调用作图命令或函数1.4 设置图形格式1.5 输出所作图形图形图像处理1.1 准备数据准备数据方式一:使用方式一:使用load命令,从文本文件中获取数据。命令,从文本文件中获取数据。load命令的用法:命令的用法:load 文件名文件名例子:在例子:在C盘根目录创建文本文件盘根目录创建文本文件x.txt,文件内容:,文件内容:1 2

2、3 4在在MATLAB中执行命令中执行命令load c:x.txt,工作区中的,工作区中的x变量的值会变为这个变量的值会变为这个22矩阵。矩阵。图形图像处理注意:注意:load命令从文本文件获取数据,赋给与数据命令从文本文件获取数据,赋给与数据文件同名的变量。文件同名的变量。如果要把文件中的数据赋给另一个变量,可如果要把文件中的数据赋给另一个变量,可以这样作:以这样作:y=load(c:x.txt);图形图像处理图形图像处理方式二:方式二:调用命令或函数(自编或已有)获取数据。调用命令或函数(自编或已有)获取数据。例子:例子:x-2*pi:0.01:2*pi;%调用已有命令创建调用已有命令创建

3、数据数据ysin(x);%调用已有函数创建数据调用已有函数创建数据图形图像处理方式三:调用方式三:调用ginput函数,使用鼠标,从屏幕获取数据。函数,使用鼠标,从屏幕获取数据。调用方式:调用方式:x,y=ginput(n);x,y,button=ginput(n);调用此函数,调用此函数,MATLAB会切换到当前绘图窗口(如果没有作图会切换到当前绘图窗口(如果没有作图窗口,窗口,MATLAB会弹出一个新的绘图窗口,然后等待操作者的鼠标会弹出一个新的绘图窗口,然后等待操作者的鼠标点击。操作者用鼠标点击点击。操作者用鼠标点击n次后,系统会把每次鼠标点击的横总坐次后,系统会把每次鼠标点击的横总坐标

4、值返回,分别赋给标值返回,分别赋给x和和y,button中被赋给的是每次点击的是鼠中被赋给的是每次点击的是鼠标哪个键,左、中、右三个键分别对应标哪个键,左、中、右三个键分别对应1、2、3。可见,使用这个函数,可以记录操作者的鼠标点击操作,利用可见,使用这个函数,可以记录操作者的鼠标点击操作,利用它可以实现热区的功能。它可以实现热区的功能。图形图像处理方式四:在图形用户界面(方式四:在图形用户界面(GUI)上的控件里接)上的控件里接收操作者输入的数据。收操作者输入的数据。方式五:在工作区中输入数据,或者在作图程序方式五:在工作区中输入数据,或者在作图程序中创建数据。中创建数据。图形图像处理方式六

5、:方式六:调用调用imread函数,从外部图像文件获取点阵数函数,从外部图像文件获取点阵数据。据。例子:例子: x,map=imread(C:Documents and SettingsAll UsersDocumentsMy Pictures示例图片示例图片Sunset.jpg,jpg);image(x);图形图像处理图形图像处理nimread函数识别的图像文件的格式可以通过函数识别的图像文件的格式可以通过帮助查阅。帮助查阅。n当图像为灰度图像时,函数返回二维数组,当图像为灰度图像时,函数返回二维数组,每个元素为图像一个象素的灰度值;图像为每个元素为图像一个象素的灰度值;图像为彩色图像时,函

6、数返回三维数组,比如一个彩色图像时,函数返回三维数组,比如一个800*600的图像,返回的图像,返回800*600*3的数组,的数组,每个象素的颜色值用三个元素来记录,三个每个象素的颜色值用三个元素来记录,三个元素分别代表象素颜色的红绿蓝分量。元素分别代表象素颜色的红绿蓝分量。n返回数组的每个元素都为返回数组的每个元素都为unit8型,即一个型,即一个byte,最大值为,最大值为255。图形图像处理图形图像简介图形图像简介 矢量图:矢量图:图形由多个图元组成,每个图元可以通过一种形式图形由多个图元组成,每个图元可以通过一种形式化语言,描述其特征。化语言,描述其特征。显示的时候,根据对每个图元的

7、描述,绘制出每个显示的时候,根据对每个图元的描述,绘制出每个图元图元 。优点在于可以实现光滑的缩放、并且所占优点在于可以实现光滑的缩放、并且所占用的空间小。缺点是难于用来保存过于复杂的、自用的空间小。缺点是难于用来保存过于复杂的、自然的图景。然的图景。制作矢量图的软件有制作矢量图的软件有CoreDraw、AutoCAD等二等二维作图软件,维作图软件,ProE、CATIA、UG、SolidWork等三维制图软件。等三维制图软件。图形图像处理点阵图:点阵图:也称位图。图像被分割为若干行列,每个单元格称为一个象也称位图。图像被分割为若干行列,每个单元格称为一个象素点,整个图像形成一个点阵。每个点的颜

8、色信息用一个整数描素点,整个图像形成一个点阵。每个点的颜色信息用一个整数描述,用于描述颜色的这个整数可以是述,用于描述颜色的这个整数可以是8位、位、16位、位、24位、位、32位。位。位图的优点是可以用于描述任意复杂的图像,但是缺点是数位图的优点是可以用于描述任意复杂的图像,但是缺点是数据量大,并且在缩放的时候会失真,使图像出现色块或者锯齿。据量大,并且在缩放的时候会失真,使图像出现色块或者锯齿。制作位图的软件也很多,如制作位图的软件也很多,如PhotoShop。位图的格式有很多中,常见的位图的格式有很多中,常见的bmp、gif、jpg、tiff等。等。bmp格式对数据没有进行压缩,占用空间最

9、大;格式对数据没有进行压缩,占用空间最大;gif格式对数据格式对数据进行了无损压缩,即可以通过解压,还原所有象素的颜色信息;进行了无损压缩,即可以通过解压,还原所有象素的颜色信息;jpg格式为有损压缩,压缩率最高,但是不能还原所有象素的颜格式为有损压缩,压缩率最高,但是不能还原所有象素的颜色信息,其原理是依据视觉上的对某些情况下的颜色不敏感的特色信息,其原理是依据视觉上的对某些情况下的颜色不敏感的特性,把一些颜色信息抛弃,再进行压缩。性,把一些颜色信息抛弃,再进行压缩。图形图像处理1.2 选定作图窗口和作图区域选定作图窗口和作图区域1.2.1 选定作图窗口的命令选定作图窗口的命令figuref

10、igure命令的两种用法:命令的两种用法:h=figure创建一个新的作图窗口,窗创建一个新的作图窗口,窗口序号依次递增。口序号依次递增。h为作图窗口的句柄,可为作图窗口的句柄,可以通过此句柄,获取或设置窗口的属性。以通过此句柄,获取或设置窗口的属性。h=figure(n) 如果序号为如果序号为n的窗口已经存的窗口已经存在,则把这个窗口调到前台,否则创建一在,则把这个窗口调到前台,否则创建一个序号为个序号为n的窗口。的窗口。n必须为正整数。必须为正整数。图形图像处理1.2.2 选定作图区域的命令选定作图区域的命令subploth=subplot(m,n,i)把当前窗口分为把当前窗口分为m*n个

11、作图区域,并把当前个作图区域,并把当前作图区域选定为第作图区域选定为第i个区域,即个区域,即floor(i/m)行、行、mod(i,m)列。列。其他用法其他用法subplot(m,n,p,replace)subplot(m,n,p,align)subplot(h)subplot(Position,left bottom width height)图形图像处理fun_example2_25(0.01);%创建序号为创建序号为1的窗口的窗口figure; %创建序号为创建序号为2的窗口的窗口a=4;figure(a); %创建序号为创建序号为4的窗口的窗口figure; %创建序号为创建序号为3的

12、窗口的窗口figure; %创建序号为创建序号为5的窗口的窗口figure(3); %把序号为把序号为3的窗口调入前台的窗口调入前台subplot(2,2,3); %选定作图区域选定作图区域x=-2*pi:0.01:2*pi;%创建数据创建数据plot(x,sin(x);%作图作图图形图像处理图形图像处理1.2.2 获取、设定作图窗口、区域的各项参数获取、设定作图窗口、区域的各项参数 get函数获取对象属性,用法:函数获取对象属性,用法: get(句柄句柄) 获取对象的所有属性获取对象的所有属性 get(句柄、属性名句柄、属性名) 获取对象的某一属性获取对象的某一属性 set函数设定对象属性的

13、值函数设定对象属性的值 set(句柄句柄) 列出所有属性的名称和枚举类列出所有属性的名称和枚举类型的属性的可取值范围型的属性的可取值范围 set(句柄、属性名、属性值句柄、属性名、属性值) 设定某一属设定某一属性的值性的值图形图像处理set函数的例子函数的例子h=figure;%h的值为窗口序号值的值为窗口序号值set(h,Color,1 0 0);图形图像处理图形图像处理1.3 调用作图命令或函数调用作图命令或函数MATLAB提供了很多作图函数。提供了很多作图函数。1.4 设置图形格式设置图形格式三方面的设置:三方面的设置:1)线形、标记设置;)线形、标记设置;2)坐标轴范围、标识、网格线设

14、置;)坐标轴范围、标识、网格线设置;3)坐标轴标签、图例、文本等方面设置。)坐标轴标签、图例、文本等方面设置。1.5 输出所作图形输出所作图形在调用作图命令或函数时,图形已经显示出来。在这一步可在调用作图命令或函数时,图形已经显示出来。在这一步可以把图形形成图片文件,保存起来,或者导入其他程以把图形形成图片文件,保存起来,或者导入其他程序中使用。序中使用。图形图像处理2、作图函数、作图函数2.1 连线图连线图直角坐标系直角坐标系plot,plot3对数坐标系对数坐标系loglog,semilogx,semilogy极坐标系极坐标系polar坐标转换函数坐标转换函数pol2cart双轴图双轴图p

15、lotyy图形图像处理plot(rand(5)图形图像处理t = 0:pi/50:10*pi;plot3(sin(t),cos(t),t)grid onaxis square图形图像处理图形图像处理 x = logspace(-1,2);loglog(x,exp(x),-s)grid on如果没有第三个参数,如果没有第三个参数,linspace产生产生100个值个值logspace产生产生50个值个值图形图像处理10-110010110210010101020103010401050图形图像处理x = 0:.1:10;semilogy(x,10.x)图形图像处理0123456789101001

16、021041061081010图形图像处理theta=-pi:0.01:pi;rho=2*sin(5*theta).2;X,Y = pol2cart(theta,rho);figuresubplot(2,1,1);plot(X,Y)axis equalaxis squaresubplot(2,1,2);polar(theta,rho)-202-2-1012 1 23021060240902701203001503301800图形图像处理x = 0:0.01:20;y1 = 200*exp(-0.05*x).*sin(x);y2 = 0.8*exp(-0.5*x).*sin(10*x);AX,H

17、1,H2 = plotyy(x,y1,x,y2,plot);%AX:两个坐标轴,两个坐标轴,H1、H2:坐标轴中的图形:坐标轴中的图形set(get(AX(1),Ylabel),String,Left Y-axis)set(get(AX(2),Ylabel),String,Right Y-axis)xlabel(Zero to 20 musec.)title(Labeling plotyy)set(H1,LineStyle,-)set(H2,LineStyle,:)图形图像处理02468101214161820-200-150-100-50050100150200Left Y-axisZero

18、 to 20 sec.Labeling plotyy02468101214161820-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.8Right Y-axis图形图像处理2.2、饼图、饼图 pie,pie3 x=10,20,30,15,25; pie(x) pie3(x)图形图像处理2.3、条形图、条形图 bar,bar3Y = round(rand(5,3)*10);subplot(2,2,1)bar(Y,group)title Groupsubplot(2,2,2) bar(Y,stack)title Stacksubplot(2,2,3)barh(Y,stack)title S

19、tacksubplot(2,2,4)bar(Y,1.5)title Width = 1.5图形图像处理Y = round(rand(5,3)*10);subplot(2,2,1)bar3(Y,group)title Groupsubplot(2,2,2) bar3(Y,stack)title Stacksubplot(2,2,3)bar3h(Y,stack)title Stacksubplot(2,2,4)bar3(Y,1.5)title Width = 1.5123450510Group1234501020Stack0102012345Stack123123450510Width = 1.5

20、图形图像处理2.4、针状图、针状图 stem,stem3stem(x,y)绘制每个由坐标绘制每个由坐标(x,y)确定的点到确定的点到x轴的轴的垂线垂线x = 0:25;y = exp(-.07*x).*cos(x);exp(.05*x).*cos(x);h = stem(x,y);set(h(1),MarkerFaceColor,blue)set(h(2),MarkerFaceColor,red,Marker,square)图形图像处理0510152025-4-3-2-101234图形图像处理X = linspace(0,1,10);Y = X./2;Z = sin(X) + cos(Y);s

21、tem3(X,Y,Z,fill)00.20.40.60.8100.20.40.60.800.511.52图形图像处理2.5、向量场图、向量场图 quiver在平面上绘制向量场,场中每个向量用箭头表示。在平面上绘制向量场,场中每个向量用箭头表示。用法一:用法一:quiver(x,y,u,v)要求要求x,y,u,v的行列数均相同。的行列数均相同。x,y为向量起点,为向量起点,u,v为向量在为向量在x,y方向的增量。方向的增量。用法二:用法二:quiver(u,v)由于没有制定向量起点坐标,因此在图上均匀绘制,由于没有制定向量起点坐标,因此在图上均匀绘制,向量起点在平面上均匀分布。向量起点在平面上均

22、匀分布。u,v为向量在为向量在x,y方向的方向的增增量。量。图形图像处理u=ones(5,5);quiver(u,u)11.522.533.544.555.5611.522.533.544.555.56图形图像处理u=ones(4,2);v=u;quiver(u,v)11.21.41.61.822.22.42.611.522.533.544.55图形图像处理u=1,2,3;1,2,3;v=1,2,3;1,2,3;quiver(u,v)11.522.533.5411.21.41.61.822.22.42.6图形图像处理u=1,2,3;1,2,3; v=fliplr(u); quiver(u,v)

23、11.522.533.5411.21.41.61.822.22.42.62.8图形图像处理X,Y = meshgrid(-2:.2:2);Z = X.*exp(-X.2 - Y.2);DX,DY = gradient(Z,.2,.2);contour(X,Y,Z)hold onquiver(X,Y,DX,DY)colormap hsvhold off图形图像处理-2-1.5-1-0.500.511.52-2-1.5-1-0.500.511.52图形图像处理程序解释:程序解释:x,y=meshgrid(x,y) x=1:5; y=1:3; x,y=meshgrid(x,y)x = 1 2 3 4

24、 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5y = 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3图形图像处理DX,DY = gradient(Z,.2,.2);gradient()是数值梯度函数。DX,DY=gradient(Z),其中DX为Z在X方向上的梯度,DY为Z在Y方向上的梯度。 DX的第1列元素为Z第2列与第1列之差,第2列为原矩阵第3列与第1列元素之差除以2,以此类推: DX(i,j)=(Z(i,j+1)-Z(i,j-1)/2。最后一列为Z最后两列之差。同理,可以得到DY。图形图像处理x=1,3,5;y=2,3;x,y=meshgrid(x,y);z=x+y;u,v=

25、gradient(z);z=3 5 7;4 6 8u=2 2 2;2 2 2v=1 1 1;1 1 1如果x的初始值是1,2,3,则u为1 1 1;1 1 1。图形图像处理2.6、等值线图、等值线图contour,contourf绘制等值线绘制等值线x=-10:0.1:10;y=x;x,y=meshgrid(x,y);z=x.2+y.2;contour(x,y,z)axis equal-10-50510-10-8-6-4-20246810图形图像处理x=-10:0.1:10;y=x;x,y=meshgrid(x,y);z=x.2+y.2;contourf(x,y,z)axis equal-10

26、-50510-10-8-6-4-20246810图形图像处理2.7、羽状图、羽状图feather用法:用法:feather(u,v)以水平线上等距点为起点,以水平线上等距点为起点,u,v为增量,绘制为增量,绘制向量。向量。theta = (-90:10:90)*pi/180; r = 2*ones(size(theta);u,v = pol2cart(theta,r);feather(u,v);图形图像处理02468101214161820-2-1.5-1-0.500.511.52图形图像处理2.8、罗盘图、罗盘图 compass用法:用法:compass(u,v)以圆心为起点,以以圆心为起点

27、,以u,v为增量绘制向量。为增量绘制向量。u=1,2,3,4,5; v=fliplr(u); compass(u,v) 2 4 63021060240902701203001503301800图形图像处理2.9、面积图、面积图 area对于给定的对于给定的m*n矩阵,绘制矩阵,绘制n条面积图,矩阵的列作条面积图,矩阵的列作为边界点。为边界点。Y = 1, 5, 3; 3, 2, 7; 1, 5, 3; 2, 6, 1;area(Y)grid oncolormap summerset(gca,Layer,top)title Stacked Area PlotStacked Area Plot11

28、.522.533.54024681012图形图像处理2.10、柱状图、柱状图hist绘制柱状图,每个柱的横坐标是绘制柱状图,每个柱的横坐标是y的取值范围,纵坐的取值范围,纵坐标是标是y出现的次数。出现的次数。y=randn(1,1000);x=-3.5:0.1:3.5;hist(y,x)-4-3-2-101234051015202530354045图形图像处理2.11、拓扑图、拓扑图gplot根据邻接矩阵绘制节点集合。根据邻接矩阵绘制节点集合。用法:用法:gplot(B,v)gplot(B,v, LineSpec)B为邻接矩阵,描述哪些节点相连。为邻接矩阵,描述哪些节点相连。v为节点集合的坐标

29、。为节点集合的坐标。LineSpec为线性说明。为线性说明。图形图像处理B,v = bucky;k = 1:30;figure;gplot(B,v);axis square;figure;gplot(B(k,k),v);axis square;for j = k text(v(j,1),v(j,2), int2str(j); end-1-0.500.51-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81-1-0.500.51-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.8112345678910111213141516171819202122232425262728

30、2930图形图像处理k = 1:15;B(1,2)=0;B(2,1)=0;gplot(B(k,k),v);axis square;for j = k text(v(j,1),v(j,2), int2str(j); end-0.4-0.200.20.40.60.81-0.4-0.200.20.40.60.81123456789101112131415图形图像处理a=-1:0.1:1;x,y=meshgrid(a);z=x.2+y.2; subplot(2,2,1);mesh(x,y,z);subplot(2,2,2);surface(x,y,z);subplot(2,2,3);plot3(x,y

31、,z);subplot(2,2,4);c=a.2+a.2;b=a;c;a;v=ones(size(b,1);gplot(v,b,*-);图形图像处理-101-10100.511.52-101-10100.511.52-101-10100.511.52-1-0.500.5100.511.52-101图形图像处理2.12、阶梯图、阶梯图stairsx = linspace(-2*pi,2*pi,40);stairs(x,sin(x)-8-6-4-202468-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81图形图像处理2.13 峰值函数峰值函数峰值函数峰值函数peaks需要两个参数需

32、要两个参数x、y,这两个参数要求是,这两个参数要求是行列数相同的矩阵,行列数相同的矩阵,peaks函数算出函数算出x、y的函数值:的函数值:z = 3*(1-x).2.*exp(-(x.2) - (y+1).2) . - 10*(x/5 - x.3 - y.5).*exp(-x.2-y.2) . - 1/3*exp(-(x+1).2 - y.2);Z矩阵中有三个极大值和三个极小值。矩阵中有三个极大值和三个极小值。peaks函数是函数是matlab提供的一个例程,函数文件是:提供的一个例程,函数文件是:Matlab安装文件夹安装文件夹toolboxmatlabdemospeaks.m源代码见源代

33、码见m文件文件图形图像处理peaks函数的调用方法:函数的调用方法:一、参数一、参数1、无参数、无参数2、一个参数、一个参数3、两个参数、两个参数二、返回值二、返回值1、有返回值、有返回值2、无返回值、无返回值图形图像处理n2.14 waterfall函数函数nwaterfall绘制绘制x方向或方向或y方向的数据点连线,产生方向的数据点连线,产生水流效果:水流效果: nx,y,z=peaks; nwaterfall(x,y,z); naxis(-inf inf -inf inf -inf inf); n下列命令产生在下列命令产生在y方向的水流效果:方向的水流效果: nx,y,z=peaks;

34、nwaterfall(x,y,z); naxis(-inf inf -inf inf -inf inf); 图形图像处理2.15 mesh、meshcn绘制绘制x、y方向的连线图,形成网状图。方向的连线图,形成网状图。nmeshc还绘制等高线:还绘制等高线: nx,y,z=peaks; nmeshc(x,y,z); naxis(-inf inf -inf inf -inf inf); 图形图像处理2.16 surf、surfcn绘制网格图,并绘制网格中间的曲面。绘制网格图,并绘制网格中间的曲面。nsurfc还绘制等高线:还绘制等高线: nx,y,z=peaks; nsurfc(x,y,z);

35、naxis(-inf inf -inf inf -inf inf); 图形图像处理3、图形图像参数设置、图形图像参数设置3.1 线形图形的格式设置线形图形的格式设置例子:例子: plot(x,y,marker,p, .color,0.8 0 0,LineWidth,10, .LineStyle,:, .MarkerEdgeColor,0 0.5 0.5, .MarkerSize,20)图形图像处理 线形图形还有很多属性可以设定,可线形图形还有很多属性可以设定,可以查阅以查阅MATLAB的帮助文档来了解所有的帮助文档来了解所有的属性。的属性。图形图像处理3.2 作图窗体、区域的设置作图窗体、区域

36、的设置3.2.1 图形与坐标轴的清除图形与坐标轴的清除cla:清除坐标轴清除坐标轴clf:清除当前图形清除当前图形例子:例子:对刚才所作的正旋曲线窗体,先执行对刚才所作的正旋曲线窗体,先执行cla命令,命令,再执行再执行clf命令,效果后面两图。命令,效果后面两图。图形图像处理3.2.2 坐标轴定义与设置坐标轴定义与设置axis(lims):lims为坐标轴取值范围为坐标轴取值范围例子:例子:axis(1 2 3 5)axis(1 2 3 5 6 9)axis equal图形图像处理3.2.3 网格线设置网格线设置grid on:显示网格显示网格grid off:不显示网格不显示网格图形图像处

37、理3.2.4 图例设置图例设置legend(str1,str2,k):添加图例,添加图例,k为图例放为图例放置位置参数。置位置参数。legend off:删除图例删除图例3.2.5 标题设置标题设置title(str),xlabel(str),ylabel(str),zlabel(str)3.2.6 文本设置文本设置text(x,y,str),gtext(str)3.2.7 保持现有图形、擦除现有图形保持现有图形、擦除现有图形hold on,hold off图形图像处理3.3 颜色映射表设置颜色映射表设置colormap:得到当前的颜色映射表:多行三列矩阵,得到当前的颜色映射表:多行三列矩阵,

38、每个元素的值大于等于每个元素的值大于等于0,小于等于,小于等于1。三列分。三列分别代表别代表rgb的三个分量。的三个分量。colormap(map):设定颜色映射表。设定颜色映射表。colorbar:显示颜色栏显示颜色栏brighten(s):-1s0,把当前图形变暗;把当前图形变暗;0s1,把把当前图形变量当前图形变量x,y=meshgrid(x,y);z=0.5*x.3+y.2;surf(x,y,z);colormap(winter);colorbar图形图像处理图形图像处理colormap(map)map的取值如下图中的表格。的取值如下图中的表格。执行结果如下图。执行结果如下图。图形图像

39、处理X,Y = meshgrid(-8:.5:8); R = sqrt(X.2 + Y.2) + eps;Z = sin(R)./R;mesh(X,Y,Z,EdgeColor,black)surf(X,Y,Z)colormap hsvcolorbar-10-50510-10-50510-0.500.51-10-50510-10-50510-0.500.51-10-50510-10-50510-0.500.51图形图像处理3.4 不透明设置不透明设置alpha(a)a的取值在的取值在0,1范范围内围内alpha(0.2);图形图像处理3.5 亮度设置亮度设置brighten(a)a的取值在的取值在0,1范范围内围内brighten(0.8);图形图像处理4、音频处理、音频处理4.1 播放播

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