2.数字媒体概论第二章(技术)

数字媒体概论IntroductiontoDigitalMediafromArtandTechnolgyAspects绪论数字媒体表达基础媒体表现形式—文字 媒体表现形式—声音媒体表现形式—视频媒体表现形式—动画数字媒体概论本书从艺工交叉的视角，立足于数字媒体作为一个整体的学科，融合介绍数字媒体技术与数字媒体艺术的相关基础知识。全书共9章，首先讲述了数字媒体表达的基本语言，随后从应用的角度重点介绍数字媒体的文字、图像、声音、视频、动画五大媒体表现形式，最后从整体的数字产品开发的实践和创业角度，解读典型艺工交叉的游戏、影像、装置、虚拟现实等方向综合作品的创作理念、艺术特点、艺工融合的方式以及组员之间的分工合作等。目录数字媒体的实施与应用基础媒体表现形式—图像数字媒体的实践与创业数字媒体表达基础2第二章数字媒体的表达可以从技术和艺术两个方面来理解。技术方面，数字媒体应用主要使用由计算机和网络组成的平台进行各种运作。而数字或数码(Digital)是使用此平台的基本通用语言。12%数字媒体表达基础数据可以用两种形式表示：模拟和数字。模拟数据由连续的信号单位组成，而数字资料由不连续、离散的信号单位组成。传统的媒体，如图像和声音都是由模拟形式生成、储存和传送。绘画和照片则由一连串的色彩区块组成。这些模拟式媒体无法直接使用数字计算机生成、编辑和传送。为了解决此问题，必须将媒体数据数字化。2.1数字资料首先了解什么是数字资料。以我们最熟悉的以10为底（Base-10）的表示法为例，有0~9共10个数字符号，用这10个数字可以表示我们日常生活中需要的数字信息。0和1是二进制系统的基本数字元素，我们又将基本数字元素称为二进制数字或比特（bit）。2.1.1比特、字节、代码1.编程基础比特是数字资料的基本元素。2.1.1比特、字节、代码如果再加1bit，2bit可以代表四个不同的组合：11,10,01和00。8bit的编码可以代表256（2^8）种不同的数据项。一般而言8bit的编码足以表示我们常用的英文文件描述所需的符号，包括字母、数字、标点和数学符号。它也足以用来表示声音（表示256种声音的波幅）或图像（256种图像的色彩）。计算机通常处理以8bit特为一单位的格式或者8bit为倍数的格式，如16、32或64bit。我们称此8bit单位为一字节（byte）。2.1.1比特、字节、代码一个有效率的编码（EffectiveCodes）是指一个编码能够分别表示一组数据项，比如一星期有7天，至少需要一个3bit的编码才能分别表示它，一年有12个月则至少需要一个4bit的编码才能分别表示每个月。2.1.1比特、字节、代码2、有效率的编码（EffectiveandEfficientCodes）例如起初的美国信息交换标准码（AmericanStandardCodeforInformationInterchangeASCII）只用了一个7bit的编码，就足以表示计算机所需的文字、数字和符号如图所示。12%2.1.1比特、字节、代码美国信息交换标准码一个计算机文件包含了一堆0和1二位码。这些码包括用来控制开启/关闭/运算计算机的指令、程序以及运算数据。这些二位码也就是计算机的通用语言。计算机从文件中读取指令，依照指令处理和运算数据。文件格式（FileFormat）指定如何将这些指令和数据进行编码。12%2.1.2数字化文件文件的大小（FileSizes）取决于文件内的字节数，一般使用千字节（Kilobyte，KB），兆字节（Megabyte，MB），千兆字节（Gigabyte，GB）以及一百万兆字节（Terabyte，TB）为单位。由于计算机使用的是二进位系统，所以它的储存值为2的幂。12%2.1.1比特、字节、代码1、文件大小和文件扩展名文件扩展名（FileExtensions）是用一串字母来指定文件的格式。一般是在文件名之后加一个“.”号以及2~4个字母。除此之外，计算机的操作系统（OperatingSystem）也能由文件扩展名直接找到相对应的执行程序来开启和执行此文件，这样开发人员不必记住文件格式以及寻找适当的执行程序。12%2.1.2数字化文件常用的多媒体文件扩展名虽然数字计算机都使用二位编码，但它们并不一定使用相同的码。不同的计算机系统或平台（Platforms）使用不同的硬件和软件。一个文件可能用于某个计算机平台，但不能用于另一个平台。2.1.2数字化文件2、文件兼容性和文件转换数字媒体数据文件（DataFiles）包括文字、图像、声音、视频和动画，有两种兼容性考虑。第一是考虑文件格式是否是跨平台兼容（Cross-PlatformCompatible）。第二是考虑在同一个平台上。不同的应用程序能否处理某个格式的数字媒体数据文件。12%2.1.2数字化文件如果文件不兼容，可以通过文件转换（FileConversion）将一种文件格式转成另一种格式。文件转换可使用某些特定的应用软件或用一般多媒体应用软件的“saveas”功能转换文件格式。12%2.1.2数字化文件开发多媒体应用或产品通常会使用许多不同格式的媒体文件，如何保存原始文件和衍生文件非常重要。有效的文件维护包括3个主要步骤:识别（Identification）、分类（Categorization）和保存（Preservation）。12%2.1.2数字化文件3、文件维护分类是将一些相关的文件聚集起来存放在同一个文件夹中。保存包括准备和储存备份数据。保存需考虑储存器的持久性和可及性，重要的文件最好多存放在几个不同的地方，这样比较保险。2.1.2数字化文件数字化（Digitization）是经由取样（Sampling）将模拟数据转换成数字数据格式的过程。多媒体工作人员通常会使用计算机平台以及各种不同的媒体材料进行设计开发。这些材料如声音、图像和视频，通常以连续信号或模拟的方式表示和储存。12%2.1.3数字化取样过程分析图像和声音的模拟信号并将其分割成一系列的小元素或样本，再将每一个元素转换成数字编码。一个图像或声音信号被分割成很多的数字码样本，可以把它们重新组合并还原成原来的模拟信号。12%2.1.3数字化声音模拟波形计算机可以处理这些数字码并将它还原成原来的模拟信号。也可以在模拟图像上取样，比如相片，在不同的点上采取色彩样本并将它数字化。我们把一个图像切割成很多格子，每个格子称为一像素(Pixel)。12%2.1.3数字化将图像切割成许多像素格子取样过程主要考虑两方面:取样分辨率(SampleResolution)和取样率(SampleRate)。取样分辨率是用来表示一个数字样本的比特数。取样分辨率又称为取样深度(SampleDepth)。使用较高的取样分辨率可以更忠实的代表并还原原始的模拟数据，但也需要更大的数据文件来储存它。12%2.1.3数字化在数字媒体再生时，取样分辨率会直接影响到另一因素，即量子化(Quantization)。12%2.1.3数字化比如一张黑白相片通常由成百上千的灰阶(GreyScale)色彩所组成。当使用较低的取样分辨率时，可用较少的比特数来编码，也就是说，可表示的不同灰阶色彩数目也比较少。12%2.1.3数字化一个2~256取样分辨率的例子第二个要考虑的是取样率。取样率是指在一个时间/空间单位采取的样本数。比如声音取样率是以每秒几千个样本，也就是以kHz(kilohertz)为单位。然而图像的取样分辨率是以空间为主，因而又称为空间分辨率(SpatialResolution)。12%2.1.3数字化较低取样率图像和较高取样率图像数字媒体必须使用二位码方式表示和储存，它可以有两种来源:由原始的模拟数据转换成数字数据，以及直接生成数字媒体数据。一般媒体数据有两种数字编码方式：以描述为基底(DescriptionBased)和以指令为基底(CommandBased)。2.1.4数字编码第二种是以指令为基底的数字编码方式。2.1.4数字编码使用以指令为基底方式产生的文件比以描述方式产生的文件要小得多。这对于一些有限频宽的应用，如网络应用而言是非常重要的优点。另一个优点则是使用以指令为基底的方式缩放对象比例时不会造成失真，而对使用以描述为基底的方式产生的位图文件放大对象时会出现锯齿状图形失真的问题。虽然有这些优点，但是以指令为基底的方式并不适合用来产生比较复杂的自然媒体信息。一般而言，照片和人的声音比较适合使用以描述为基底的数字编码方法。2.1.4数字编码数字文件，尤其是以描述为基底数字编码方式产生的图像、声音以及视频文件常常会很大。文件压缩(FileCompression)是缩减数字文件大小的方法和过程。压缩文件常用的程序是编解码器(COmpressor/DECompressorCODEC)，它可以将原始的文件以编码的方式缩小到比较小的版本。如此一来占用的储存空间就比较小，传输也比较快。它也可以以解码的方式将压缩版本还原到可以使用的原始状态。12%2.1.5文件压缩一般，有两种压缩方式:无损型(Lossless)和有损型(Lossy)。使用无损型压缩方式的原始文件会经过编码产生比较小的压缩文件，此压缩文件也可解码还原成和原始文件一模一样的文件。2.1.5文件压缩可以使用计算机来对数字资料进行各种处理，使用某些数字媒体应用软件，比如文字处理器和相片编辑器，可以直接对媒体数字资料进行各种运算、转换、编辑和传输。2.1.6数字资料的优点和考虑在数字媒体应用设计上，使用数字资料配合计算机软硬件运作有4个主要的优点。第一个优点是再制性（Reproduction）。它可以很容易重复地被复制，也可以保存和原文件一模一样的数据。第二个优点是易于编辑（Editing）。可以使用许多不同的应用软件进行编辑工作，比如，可以用微软的Word文字处理器修改和编辑文件，也可以使用AdobePhotoshop来修改和编辑照片。第三个优点是易于整合（Integration）。多媒体应用设计从定义上来看就是要整合不同形式的媒体信息进行某种应用设计。2.1.6数字资料的优点和考虑第四个优点是易于分送（Distribution）。在过去，模拟媒体信息都需要通过如收音机、电视、电影和印刷都需要透过它们特定的设备和方法来分送传达到它们的客户群。2.1.6数字资料的优点和考虑数字媒体开发人员在设计时应该考虑以下方面：（1）文件的大小（2）处理器的需求（3）标准化的问题（4）频宽（5）保存2.1.6数字资料的优点和考虑现代数字媒体应用主要运行在计算机和网络平台上。而数字资料是使用这些平台的基本通用语言。了解模拟数据是由连续的信号组成，数字数据则是由不连续的离散信号组成的。数字数据是一个以二为底的表示法，而比特是它的基本元素。使用数字编码过程可以指定比特来表示数据项。而有效率的编码是涵盖所有数据项所需最少比特数的编码。小结数字化是通过取样将模拟数据转换成数字数据格式的过程。取样过程有主要两个方面考虑:取样分辨率和取样率。因此，在开发产品时需要考虑品质和文件大小的要求，选用适当的取样分辨率和取样率。小结数字媒体可能有两种来源:由原始的模拟数据转换成数字数据和直接产生数字媒体数据。一般媒体数据有两种编码方式:以描述为基底和以指令为基底的方式。以指令为基底的编码则执行计算机指令来产生数字图像和声音。它的文件比描述方式产生的文件小，而且缩放图像时不会造成锯齿状失真，但是不适合用来生成比较复杂的自然媒体信息。小结压缩是缩减数字文件大小的方法。压缩文件占用的储存空间比较小，在网络传输上也比较快，除此之外，传输消耗的功率也比较少。一般有无损型和有损型两种压缩方式。使用无损型压缩，原始文件经过编码产生比较小的压