《计算科学导论》第8章 多媒体技术基础

1、第8章 多媒体技术基础本章导读： 本章主要介绍有关多媒体技术的基本概念，多媒体计算机系统的硬件和软件组成，多媒体关键技术等基础知识，并介绍了数据压缩技术、音频处理技术和视频处理技术，最后介绍了图形、图像、动画的制作技术。 本章主要知识点： 多媒体计算机系统组成和多媒体关键技术 音频、视频处理技术 图形和图像的处理技术 动画制作技术 第8章 多媒体技术基础8.1 概述 8.2 媒体信息处理技术8.3 媒体制作软件8.1 概述返回本章目录8.1.1 基本概念8.1.2 多媒体计算机系统8.1.3 多媒体关键技术8.1.1 基本概念1媒体 人与人之间进行信息沟通和交流的中介物称之为“媒体”。一般有两

2、种含义：一是指交流、传播信息的载体；二是指存储信息的实体。 媒体大体上可以分成5类： （1）感觉媒体 （2）表示媒体 （3）表现媒体 （4）存储媒体 （5）传输媒体 各种媒体之间的关系如下图所示。 表现媒体（输入）存储媒体感觉媒体表示媒体表现媒体（输出）感觉媒体表示媒体8.1.1 基本概念返回本节目录2多媒体 人们将文本、数字、音频、视频、图形、图像、动画所构成的复合体统称为“多媒体”。特点如下： （1）数据量大 （2）数据类型多 （3）数据类型之间的差别大 （4）多媒体数据的输入输出复杂 3多媒体技术 多媒体技术是指计算机综合处理文本、图形、图像、声音、视频等多种媒体信息，使它们建立一种逻辑

3、连接，并集成为一个交互性系统的技术。多媒体技术具有以下四个特性： （1）多样性 （2）集成性 （3）交互性 （4）实时性8.1.2 多媒体计算机系统 返回本节目录 多媒体计算机系统是指具有多媒体信息处理能力的计算机系统。它主要由多媒体硬件系统和多媒体软件系统组成，其层次结构如下图所示。8.1.2 多媒体计算机系统1多媒体计算机硬件系统 （1）主机 （2）多媒体接口卡 （3）多媒体外部设备。2多媒体计算机软件系统 （1）多媒体系统软件： 多媒体驱动软件 驱动器接口程序 多媒体操作系统 媒体素材制作软件及多媒体库函数 多媒体创作工具和开发环境 （2）多媒体应用软件 8.1.3 多媒体关键技术 返回

4、本节目录 1多媒体数据压缩/解压缩技术 多媒体信息数据量非常大，要想实时处理非常困难。因此，压缩/解压缩技术是多媒体技术的重要研究课题。2多媒体软件平台技术 主要涉及多媒体操作系统、多媒体创作工具等。3多媒体输入/输出技术 媒体输入/输出技术包括媒体变换技术、识别技术、媒体理解技术和综合技术。4多媒体系统软件技术 主要包括多媒体操作系统，多媒体编辑系统、多媒体数据库技术等。8.2 媒体信息处理技术 8.2.1 数据压缩技术8.2.2 音频处理技术8.2.3 视频处理技术8.2.1 数据压缩技术 数据压缩技术必须满足三项要求：一是压缩比大；二是实现压缩的算法简单，压缩/解压缩速度快；三是数据经解

5、压缩后恢复质量要好，要尽可能地接近原始数据。1概述 数据压缩是一种数据处理方法，它的作用是将一个文件的数据容量减少，同时又基本保持原有文件的信息内容。数据压缩的目的就是减少信息存储的空间，缩短信息传输的时间。当需要使用这些信息时，则需要通过解压缩将信息还原回来。8.2.1 数据压缩技术2数据冗余的基本概念及种类 人们研究发现，多媒体数据中存在大量的冗余。数据压缩就是研究如何利用原始信息中存在的大量冗余信息来减少数据量的方法，这些冗余信息具有相关性是数据可以压缩的重要原因。 利用信息相关性进行数据压缩，可以不损失原有信息的内容，因此可实现“无损压缩”或称“冗余压缩法”。这是一种可逆压缩。经压缩后

6、不能将原有信息完全保留的压缩方式称“有损压缩”或称“熵压缩法”，它是一种不可逆压缩。 数据冗余可以分为以下几种： （1）空间冗余 （2）时间冗余 （3）视觉冗余。3压缩算法举例（游程编码法）8.2.2 音频处理技术 1音频信息 在多媒体技术中，人们通常将声音媒体分为三类： （1）波形声音 （2）语音 （3）音乐2音频文件的基本格式 （1）WAV文件 （2）MIDI文件 3数字化音频信号 表示声音的模拟信号是时间和幅度上连续的物理量，不能由计算机直接处理，必须将其数字化，即在时间和幅度上将连续变化的声音信号离散化。 数字化声音信号首先应对声音波形采样，然后将采样结果进行量化，变换成计算机可以表示

7、的数值。 数字化音频信号质量的好坏主要取决于采样频率、量化精度和声道数等因素。 8.2.2 音频处理技术返回本节目录4音频信号的获取 常见的声音信息的获取方式有：通过声音数字化接口的录音设备将声音直接或转录到计算机中。实际上，这个方法就是将模拟声音信号经过采样、量化进行数字化的过程。另外一种方式是购买声音素材库，这是已经数字化好的数字声音信息，通常质量比较高。 演示：录音机录制声音信号5音频编辑与特效处理软件录音机 对于数字化后的波形声音文件，可以使用声音处理实用软件工具对其进行剪切、连接、混合、音调升降处理，并可以为其增加回音、频率过滤、边缘效果等特殊效果。 演示：音频编辑与特效处理8.2.

8、3 视频处理技术 返回本节目录1视频信息 任何动态图像都是由多幅连续的图像序列构成。每一幅图像沿着时间轴保持一个t时间，以较快的速度顺序更换为另一幅图像，连续不断地显示，就形成了动态图像。 当每一帧图像是人工或计算机产生的时候，被称为“动画”；当每一帧图像是通过实时获取的自然景物时，被称为“视频”。它具有以下特点： 具有时间连续性 数据量更大 帧与帧之间具有很强的相关性 对实时性要求很高，必须在规定时间内完成更换画面播放的过程。 视频有模拟和数字两种形式。 返回本章目录8.2.3 视频处理技术2视频文件的基本格式 （1）AVI格式 ：是一种将视频信息与同步音频信号结合在一起存储的多媒体文件格式

9、，以帧为存储动态视频的基本单位。在每一帧中，都是先存储音频数据，再存储视频数据。总体看来，音频数据和视频数据相互交叉存储。 （2）MOV格式：是Quick Time视频处理软件所选用的视频格式。 （3）MPG格式 ：是采用MPEG方法进行压缩的全运动视频图像文件格式。 3视频信息的获取 获取数字视频信息主要有两种方式：一种是将模拟视频信号数字化；另一种是利用数字摄像机拍摄实际景物，从而直接获得无失真的数字视频。 8.2.3 视频处理技术返回本节目录4视频编辑与特效处理软件Adobe Premiere Adobe Premiere是Adobe公司推出的一种专业化数字视频处理软件。它可以配合多种硬

10、件设备进行视频捕获和输出，并提供各种精确的视频编辑工具，能生产广播级质量的视频文件。因此，它可以为多媒体应用系统增添高水平的创意。 Adobe Premiere的基本功能包括： 可以实时采集视频信号，采集精度取决于视频卡和计算机 将多种媒体数据综合处理为一个视频文件 具有多种动态视频图像的特技处理功能 可以配音或叠加文字和图像Premiere应用程序界面 8.2.3 视频处理技术8.3 媒体制作软件 8.3.1 图形图像的制作与处理 8.3.2 动画的制作 8.3.1 图形图像的制作与处理1图形和图像 图形是利用绘图软件绘制出来的，由有点、直线、圆、椭圆等基本图元组成。图形使用矢量格式，即图形

11、文件中记录的是绘制图形中图元的一条条命令，所以文件很小。 图像是由像素点阵组成的画面，它一般是通过扫描仪或数字相机输入的，也可以是通过图像处理软件在计算机上制作的，又称为“位图图像”。 图像能够逼真地表现自然景色，适于表现真实场景，但在放大或缩小时会造成失真，可能会出现严重的颗粒状，导致图像边缘出现锯齿状。而图形是由数学算法计算出来的，包含了很多的图元，因此在进行缩放或旋转操作时不会产生失真，但不适于表现真实感很强的画面。 8.3.1 图形图像的制作与处理2图形图像文件的基本格式 （1）PCX格式 （2）BMP格式 （3）TIF格式 （4）TGA格式 （5）GIF格式 （6）JPG格式 （7）

12、PNG格式 3图形图像的获取 （1）图形的获取： 利用软件绘制图形 利用数字化仪绘制图形 利用光笔绘制图形 （2）图像的获取：可以利用图像采集设备（如扫描仪、数码相机等）将其输入到计算机中。 8.3.1 图形图像的制作与处理4图像的加工处理 （1）图像几何运算：包括图像的缩放、剪贴、平移、旋转和变形等操作。 （2）图像增强：指增强图像中有用的信息，减少噪音。 （3）图像复原和重建：就是对退化或劣化的图像进行校正处理、滤去退化痕迹、恢复图像的本来面目。 （4）图像分割和特征提取：是将图像分割成不同的部分或区域的过程，然后检测和提取图像的特征。 （5）图像编码和压缩：对图像进行压缩。8.3.1 图

13、形图像的制作与处理5图像处理软件Photoshop Photoshop的主要功能如下： （1）支持多种文件格式 （2）强大的绘图功能 （3）灵活的选取功能 （4）方便的调整 （5）支持多种色彩模式 （6）变形功能 （7）丰富的滤镜功能 （8）提供图层和通道功能 8.3.1 图形图像的制作与处理Photoshop 7.0中文版的应用程序界面 8.3.2 动画的制作 1动画 计算机动画按生成的方式可以分为逐帧动画、关键帧动画、算法动画和实时动画等。 （1）逐帧动画：是在计算机上先绘出关键帧，再根据关键帧绘制中间帧。 （2）关键帧动画：与逐帧动画的区别在于关键帧创作出来后，中间帧不再需要人来“画”，

14、而是由计算机根据对两个相邻关键帧之间的差别分析 “计算”出来的。又分为两种 形状插值动画 参数关键帧动画。 （3）算法动画：是根据对象的运动规律，建立运动的数学模型，通过计算来确定对象的运动轨迹，故这种方法又叫做“建模动画”。 （4）实时动画：是计算机一边计算边显示来产生动画。8.3.2 动画的制作2二维动画 二维动画由一系列关键帧和中间帧组成，每一帧都是一幅平面图形图像。制作二维动画要建立相当数量的帧画面，并对每一帧画面的动画角色进行设置，确定每个角色的位置和角色之间的相互关系，建立他们的运动轨迹和角色图形图像变化的规律，建立动画背景和背景变化规律，配上声音解说和背景音乐，最后生成动画并形成

15、可以播放的文件格式。 优点：使用计算机描线上色，工作方便，操作简单，颜色一致，界线非常准确，不需晾干，不会窜色，改色方便，价格便宜，发现问题随即就能在计算机上修改，既方便又节省时间。 缺点：计算机只能代替手工动画中重复性强、劳动量大的那部分工作，代替不了人的创造性劳动。 8.3.2 动画的制作3三维动画 实际上是使用计算机模拟现实生活中的三维空间物体，在计算机中建立三维几何形体，然后赋予其表面材质（材料、颜色、纹理图形），设计几何形体的运动和变形，设置照射该空间的灯光类别、强度、位置和变化，并安排摄像机的位置、焦距和摄像机移动的路径，然后使这些设置按照时间的变化连续地动起来，再输出生成可供播放

16、的各种类型的动画文件，提供给用户使用。 三维动画与二维动画的最主要区别在于图形中是否完全提供了深度信息。8.3.2 动画的制作4计算机动画系统 计算机动画系统是由计算机硬件、软件组成的用于动画制作的系统。它是在交互式计算机图形系统上配备相应的动画设备和动画软件形成的。 硬件：主机是动画系统中最重要的部件，目前用作动画系统的主机有工作站和微机两种；彩色图形显示器也是很重要的设备，它的性能如何，直接影响计算机动画系统的好坏；输入/输出设备。 软件：系统软件和应用软件两大类，系统软件是随主机一起配置的，一般包括操作系统、高级语言、使用环境、开发工具、网络通信软件等。应用软件主要指计算机绘画、二维动画

17、、三维动画、画面合成等软件。 8.3.2 动画的制作5二维动画制作软件Flash Flash是集向量绘图、动画制作和交互式设计三大功能于一身的的二维动画制作软件。特点如下： （1）是一种基于矢量的图形系统，动画设计人员只需用少量的向量数据就可以描述一个相当复杂的对象，因此非常适合在网络上使用。可以做到真正的无级放大。 （2）采用插件工作方式。 （3）非常有用的增强功能。如支持声音、位图图像、渐变色、Alpha透明等。 （4）采用了信息流的数据传送方式，满足了实时播放的要求。 Flash的文件格式可以分为静态与动态两种。静态格式包括：GIF、JPEG、BMP、WMF、PMG等。动态格式包括：Shockwave Flash F1ash（SWF）、QuickTime、AVI等。 8.3.2 动画的制作Flash MX的应用程序界面 8