数字媒体应用-专转本课件

数字媒体及应用1什么是数字媒体？媒体数字、文字、声音、图像等都是人们用以表达和传递信息的媒体数字媒体在计算机中，所有的媒体信息（数值和非数值）都用数字（二进制的数字）表示数字媒体是随着计算机功能的不断增强、计算机应用的不断深入而发展起来的2文本与文本处理文字信息在计算机中称为文字信息在计算机中称为“文本文本”（text）文本由一系列文本由一系列“字符字符”（character）组成组成文本在计算机中的处理过程是：文本在计算机中的处理过程是：（文本编辑器）（文本编辑器）文本编辑文本编辑与排版与排版格式化的格式化的电子文本电子文本（2）文本存储文本存储与传输与传输（4）文本文本展现展现（文本阅读器）（文本阅读器）（5）文本处理文本处理（文本处理软件）（文本处理软件）（3）文本准备文本准备电子电子文本文本（1）（文字与图（文字与图表表 的输入）的输入）3西文字符的编码ASCII码西文西文是表音文字是表音文字(拼音文字拼音文字)，它由拉丁字母、数字、标点符号以及一，它由拉丁字母、数字、标点符号以及一些特殊符号所组成些特殊符号所组成美国标准信息交换码美国标准信息交换码(American Standard Code for Information Interchange,简称简称ASCII码码)：ASCII字符集包含字符集包含96个可打印字符和个可打印字符和32个控制字符个控制字符采用采用7个二进位进行编码个二进位进行编码计算机中使用计算机中使用1个字节存储个字节存储1个个ASCII 字符字符存在问题：存在问题：7位代码空间太小（解决方案：位代码空间太小（解决方案：8位的扩充位的扩充ASCII码）码）不同国家和地区使用不同的字符集及其编码，互不兼容不同国家和地区使用不同的字符集及其编码，互不兼容4编码方法ASCII码计算机内表示：直接使用ASCII码，仅在高位加0，用一个字节表示一个字符扩充ASCII码这些扩充字符的编码均为高位为1的8位代码（十进制128-255），称为扩展ASCII码例子E的ASCII码值（十进制）为69，B的ASCII码值为多少？英文字母在ASCII码表中依次排列，B为E前的第三个字符，69-3=66，所以答案为66！5汉字的编码汉字是记录汉语（国语，华语）的文字，属于表意文字，汉字的特点：数量大（我国汉字自古至今累计已超过7万字,国家语委颁布的“现代汉语通用字表”包含7000汉字）多个国家和地区使用：港台地区，日、韩、朝、新、马等字形复杂，同音字多，异体字多。我国汉字编码的国家标准：GB2312-81（6763个常用简体汉字和682个非汉字字符）GBK-95（21003个汉字和883符号）GB18030-20006一级汉字一级汉字（3755个）个）二级汉字二级汉字（3008个）个）（扩充使用）（扩充使用）字母、数字和各种符号字母、数字和各种符号 19423位号位号 191655568794区区 号号(按汉语拼音排列按汉语拼音排列)(按偏旁部首排列按偏旁部首排列)GB2312汉字编码字符集1980年颁布年颁布信息交换用汉字编码字符集信息交换用汉字编码字符集基本集基本集GB2312-1980GB2312字符集由三个部分构成：字符集由三个部分构成：拉丁字母、俄文、拉丁字母、俄文、日文平假名与片日文平假名与片假名、希腊字母、假名、希腊字母、汉语拼音等共汉语拼音等共682个个共共6763个汉字和个汉字和682个符号，个符号，每个每个汉字或符号都有一汉字或符号都有一个确定位置，该位个确定位置，该位置的区号和位号就置的区号和位号就是这个汉字的是这个汉字的“区区位码位码”7区位码区位码用汉字在码表中的位置进行编码，区号和位号分别用用汉字在码表中的位置进行编码，区号和位号分别用7个个二进制表示。二进制表示。区号区号+位号位号“大大”区号区号20 位号位号83 区位码区位码 2083 0010100 1010011国标码国标码为了避免与为了避免与ASCII通信控制码产生冲突，通信控制码产生冲突，区号和位号必须区号和位号必须分别加上分别加上32“大大”20+32 83+32-00110100 01110011机内码机内码由于汉字与西文字符经常混用，必须与单字节的由于汉字与西文字符经常混用，必须与单字节的ASCII码码区分开来，采用的方法之一就是把一个汉字看作两个扩区分开来，采用的方法之一就是把一个汉字看作两个扩展展ASCII码，是两个字节的码，是两个字节的最高为都为最高为都为1，称为机内码。，称为机内码。“大大”00110100 01110011-10110100 11110011用用16进制表示就是进制表示就是 B4F3GB2312汉字编码8GB2312汉字的编码每一个每一个GB2312汉字使用汉字使用16位位(2个字节个字节)表示表示每个字节的最高位均为每个字节的最高位均为“1”在在16位代码空间中的码位分布：位代码空间中的码位分布：第第1字字节节第第 2字节字节00 7E A1 FE0081A1FEGB2312图形符号图形符号汉字代码空间汉字代码空间（6763个汉字）个汉字）B0F716位的代位的代码空间共码空间共有有216 65536个个码位码位9GB2312汉字编码的不足之处GB2312汉字字数太少，无法满足一些特殊应用的需汉字字数太少，无法满足一些特殊应用的需要：要：人名、地名；人名、地名；古籍整理、古典文献研究。古籍整理、古典文献研究。没有繁体字没有繁体字编码效率不高编码效率不高:(6763+682)/65536与与ASCII码不兼容码不兼容10GBK字符集及其码位分布共收入 21003 个汉字和883图形符号双字节编码简体和繁体汉字在同一个字符集中；与GB2312-81保持向下兼容；微软的简体中文版OS和办公室软件均采用此图形符号CJK汉字增补汉字11通用编码字符集UCS/UnicodelGB18030-2000的编码（我国制定的，与国际接轨）l与GB2312和GBK向下兼容，并包含了UCS中的其他字符UCS（Universal Multiple-Octet Coded Set)由 ISO制定v台湾、香港使用BIG5汉字编码标准（大五码）与GB2312和GBK不兼容v是为了实现全球不同语言文字的统一编码,ISO制定的多文种字符集的统一编码,规定全世界现代书面文字所使用的所有字符、符号，UCSv包含世界各国当前主要使用的拉丁字母、音节文字和汉字中的常用字和各种符号和数字49194个12几种汉字编码的对比GB2312GBKGB18030UCS-2(Unicode)6763个汉字个汉字(简体字简体字)21003个汉字个汉字（包括（包括GB2312汉字汉字在内）在内）27 000多汉字多汉字(包括包括GBK汉汉字和字和CJK及其及其扩充中的汉字扩充中的汉字)2万多汉字万多汉字双字节存储双字节存储和表示，每和表示，每个字节的最个字节的最高位均为高位均为“1”双字节存储双字节存储和表示，第和表示，第1个字节的最个字节的最高位必为高位必为“1”部分双字节、部分双字节、部分部分4字节表字节表示示(UTF-8编码编码)1字节、字节、2字节、字节、3字节等不等长字节等不等长编码编码编码不兼容编码不兼容！保持向下兼容保持向下兼容GBK00 FF00FF20902汉字00 FF00FF6763汉字GB231200 FF00FF27484汉字GB1803013文本的准备 文本信息的输入：人工输入和自动识别输入键盘输入键盘面向西文设计,一或两个西文字符对一个按键,非常方便,键盘上的一个键不能表示一个汉字（由多个键表示）14汉字编码方法汉字编码方法数字编码：一串数字来表示汉字，如：电报码、区位码，优点：无重码，缺：记忆难字音编码：基于汉语拼音，如：简拼、双拼、全拼、智能ABC，优点：易记忆，缺：重码多。字形编码：将汉字的字型分解归类而给出的，如：五笔字型，优点：重码少，缺：记忆难形音编码：吸取字音编码与字形编码优点，优点：重码少，缺：不好掌握好的汉字编码特点易学习、易记忆、效率高、重码少、容量大现在还没有一种输入方法，具备所有特点。15文本的分类与表示按是否具有编辑排版格式来分：简单文本(plain text)/丰富格式文本(rich text)按文本内容的组织方式来分：线性文本/超文本(hypertext)16简单文本（纯文本、ASCII文本，线性）表达正文内容的字符，回车、换行、制表控制字符，不包含其他任何格式和结构信息 丰富格式文本（线性）纯文本经过排版后，增加了格式说明和结构说明信息。不同软件制作的丰富格式文本相互并不兼容RTF(公用的中间格式)可以在不同的软件和系统间互换使用。超文本 （非线性）采用一种网状结构来组织信息，各信息块按照其内容互相连接。一个超文本由若干文本块组成，可以从一个文本块跳到另一个文本块，也可以内部跳转，其中的文本块称为节点，是围绕某个特定主题组织起来的信息块，把节点联系起来的指针称为超链超媒体例子：网页、帮助文件ABCDEFGHa1a2b2c2f1d1c1b1e1g1h117文本的编辑（使文本内容正确，版面清晰整齐、美观大方）：对字、词、句、段落进行添加、删除、修改等操作；字的处理：设置字体、字号、字的排列方向、间距、颜色、效果等；段落的处理：设置行距、段间距、段缩进、对称方式等；页面布局处理：设置页边距、每页行列数、分栏、页眉、页脚等。文本编辑（外观）与处理18文本处理(Text Processing)对文本中包含的文字信息的形、音、意进行分析和处理。(例如对字、词、短语、句子、篇章的字数统计、词语错误检测、词语排序、统计、识别、转换、压缩、存储、文本检索、理解和生成等)翻译(Translation)文摘生成Summarizing释义(Paraphrase)摘要、关键字相同含义但不同的表达相同含义但不同的语种多文档自动综述Question-Answering自动分类提问回答综述文档分类文本过滤/文本检索文档19常用文本处理软件（1）面向通信的文本处理软件：Outlook Express（2）面向办公的文本处理软件：MS Word,WPS（3）面向印刷出版的文本处理软件：“飞腾”排版软件，PageMaker，PDF Writer（4）面向网络信息发布和电子出版的文本处理软件：FrontPage,Adobe Acrobat20文本的展现（输出）文本的两种展示方式：屏幕显示和打印输出屏幕显示和打印输出过程：1.对文本的格式描述进行解释2.生成字符和图、表的映像（bitmap）3.传送到显示器或打印机输出2种文本阅读器/浏览器：嵌入在文本编辑(处理)软件中，如微软的Word，独立的软件：如Adobe公司的Acrobat Reader，微软公司的IE等。21附：输出过程中字形的生成 过程：过程：先根据字符的字体确定相应的字库（先根据字符的字体确定相应的字库（font），），再按照该字符的代码从字库中取出该字符的形状描述再按照该字符的代码从字库中取出该字符的形状描述信息信息然后按形状描述信息生成字形，并按照字号大小及有然后按形状描述信息生成字形，并按照字号大小及有关属性（粗体、斜体、下横线）将字形作必要的变换关属性（粗体、斜体、下横线）将字形作必要的变换最后将变换得到的字形放置在页面的指定位置处最后将变换得到的字形放置在页面的指定位置处2种不同的字库：种不同的字库：点阵点阵描述描述轮廓轮廓描述描述轮廓点轮廓点直线直线二次曲线二次曲线22图象与图形数字图像按其生成方法可以分为两大类：通过数字化设备获取的图像:它们称为取样图像（sampled image）、点阵图像（dot matrix image）、位图图像（bitmap image），以下简称图像（image）；计算机合成的图像(synthetic image):它们称为矢量图形（vector graphics），或简称图形（graphics）；两者有许多不同的属性，一般需要使用不同的软件进行处理 23数字图象的获取过程扫扫 描描模模拟拟图图像像取取 样样取取 样样取取 样样数数字字图图像像分分 色色量量 化化量量 化化量量 化化将画面划分为将画面划分为 M N个网格，每个网格，每个网格称为个网格称为 一一个取样点个取样点 将彩色图像取样将彩色图像取样点的颜色分解成点的颜色分解成R，G，B三个三个基色基色测量每个取样点测量每个取样点的每个分量（基的每个分量（基色）的亮度值色）的亮度值对取样点每个分对取样点每个分量的亮度值进行量的亮度值进行A/D转换，使用转换，使用数字整型量表示数字整型量表示 从现实世界中获得数字图像的过程称为图像的“获取”常用的图像获取设备：扫描仪、数码相机、摄像头、摄像机等图像获取过程：24图像的表示与压缩编码25数字(取样)图像的组成数字取样图像由数字取样图像由M(列列)N(行行)个取样点组成个取样点组成取样点是组成数字取样图像的基本单位，称为取样点是组成数字取样图像的基本单位，称为“像素像素”彩色图像的像素通常由彩色图像的像素通常由3个彩色分量组成个彩色分量组成灰度图像和黑白图像的像素只包含灰度图像和黑白图像的像素只包含1个亮度分量个亮度分量 Red分量分量Green分量分量Blue分量分量26例1：黑白图象的表示黑白图像黑白图像黑白图像的每个像素只有一个分量，且只用黑白图像的每个像素只有一个分量，且只用1个二进位表个二进位表示，其取值仅示，其取值仅“0”(黑黑)和和“1”(白白)两种两种27例2：灰度图象的表示灰度图像灰度图像灰度图像的每个像素也只有一个分量，一般用灰度图像的每个像素也只有一个分量，一般用812个二进位表示，个二进位表示，其取值范围是：其取值范围是：02n-1，可表示可表示2n个不同的亮度个不同的亮度28例3：彩色图象的表示蓝蓝色色分分量量绿绿色色分分量量红红色色分分量量彩色图像的每个像素有三个分量，分别表示三个基色的亮度，假设彩色图像的每个像素有三个分量，分别表示三个基色的亮度，假设3个分量分个分量分别用别用n,m,k个二进位表示，则可表示个二进位表示，则可表示2n+m+k种不同的颜色种不同的颜色29数字(取样)图像的主要参数图像大小（图像分辨率）：图像大小（图像分辨率）：用来表示组成该图像的行列数目，亦即图像所包含的像素数目用来表示组成该图像的行列数目，亦即图像所包含的像素数目使用使用 水平分辨率水平分辨率x垂直分辨率垂直分辨率 表示表示对在屏幕上显示出来的大小有影响对在屏幕上显示出来的大小有影响颜色空间的类型，指彩色图像所使用的颜色描述方法，如：颜色空间的类型，指彩色图像所使用的颜色描述方法，如：RGB(红、绿、蓝红、绿、蓝)模型，显示器使用模型，显示器使用CMYK(青、品红、黄、黑青、品红、黄、黑)模型，彩色打印机使用模型，彩色打印机使用HSB(色彩、饱和度、亮度色彩、饱和度、亮度)模型，用户界面中使用模型，用户界面中使用YUV(亮度、色度亮度、色度)模型，彩色电视信号传输时使用模型，彩色电视信号传输时使用像素深度，即像素的所有颜色分量的二进位数目之和像素深度，即像素的所有颜色分量的二进位数目之和图像像类型型像素的像素的组成成像素深度像素深度(位数位数)颜色空色空间单色色图像像黑白黑白图像像仅1个分量个分量1位位不使用不使用灰度灰度图像像仅1个分量个分量212位位不使用不使用彩色彩色图像像彩色彩色图像像3个分量以上个分量以上836位位RGB，CMY，YUV等等30举例：分辨率与图像尺寸的关系520 x376260 x188130 x94在显示比例相同时，显示在屏幕上的图像尺寸与图像分辨率成正比在显示比例相同时，显示在屏幕上的图像尺寸与图像分辨率成正比31数字图像的数据量数字图像数据量的计算公式（以字节为单位）：数字图像数据量的计算公式（以字节为单位）：数据量数据量=水平分辨率水平分辨率垂直分辨率垂直分辨率像素深度像素深度8 几种常用格式的图像的数据量：几种常用格式的图像的数据量：图像大小像大小8位位(256色色)16位位(65536色色)24位位(真彩色真彩色)640480300 KB600 KB900 KB1024768768 KB1.5 MB2.25 MB128010241.25 MB2.5 MB3.75 MB例：数字图像传输时间的计算例：数字图像传输时间的计算假设数据传输速率为假设数据传输速率为56 kb/s（电话上网），则传输一幅电话上网），则传输一幅分辨率为分辨率为640480的的6.5万种颜色的未压缩图像的时间为：万种颜色的未压缩图像的时间为：(640*480*16)/56000=87.8秒32数字图像的数据压缩图像数据压缩的必要性：图像数据压缩的必要性：节省存储数字图像所需要的存储器容量节省存储数字图像所需要的存储器容量提高图像的传输速度，减少通信费用提高图像的传输速度，减少通信费用 图像数据压缩的可能性：图像数据压缩的可能性：数字图像中有大量的数据冗余数字图像中有大量的数据冗余人眼视觉有局限性，允许图像有一些失真人眼视觉有局限性，允许图像有一些失真图像数据压缩的两种类型图像数据压缩的两种类型：无损压缩：用压缩后的数据还原出来的图像没有任何误差无损压缩：用压缩后的数据还原出来的图像没有任何误差有损压缩：用压缩后的数据还原出来的图像有一定的误差有损压缩：用压缩后的数据还原出来的图像有一定的误差压缩编码方法的评价压缩编码方法的评价压缩倍数的高低压缩倍数的高低重建图像的质量（有损压缩时）重建图像的质量（有损压缩时）压缩算法的复杂程度压缩算法的复杂程度33数字图像的常用文件格式不同的图象文件格式采用了不同的数据压缩技术和数据组不同的图象文件格式采用了不同的数据压缩技术和数据组织方法，有不同的应用织方法，有不同的应用常用的图像文件格式有：常用的图像文件格式有：名称名称压缩编码方法方法性性质典型典型应用用开开发公司公司(组织)BMPRLE(行程行程长度度编码)无无损Windows应用程序用程序MicrosoftTIFRLE,LZW(字典字典编码)无无损桌面出版桌面出版Aldus，MicrosoftGIFLZW无无损因特网因特网CompuServeJPEGDCT(离散余弦离散余弦变换)，Huffman编码大多大多为有有损因特网因特网,数数码相机等相机等ISO/IECJP2小波小波变换，算，算术编码无无损/有有损因特网因特网,数数码相机等相机等ISO/IEC35图像文件格式例1：BMP格式BMP图图像像格格式式是是Windows操操作作系系统统下下使使用用的的一一种种标标准准图图像像格式格式支持单色、支持单色、16色、色、256色、真彩色图像色、真彩色图像一个文件一幅图像，可以进行无损压缩，也可不压缩一个文件一幅图像，可以进行无损压缩，也可不压缩非非压压缩缩的的BMP文文件件是是一一种种通通用用的的图图像像文文件件格格式式，几几乎乎所所有有Windows 应用软件都能支持应用软件都能支持36图像文件格式例2：TIF图像文件是一种工业标准，有许多图像图形应用软件支持这种文件是一种工业标准，有许多图像图形应用软件支持这种文件格式，格式，大量使大量使用于扫描仪和桌面出版用于扫描仪和桌面出版，使用使用RLC、LZW等方法对图像数据进行无损压缩。等方法对图像数据进行无损压缩。支持单色、彩色图像。支持单色、彩色图像。37图像文件格式例3：GIF 图像颜色数目少，不超过颜色数目少，不超过256色色，适合用作插图、剪贴画等色彩数要求不高的场合，适合用作插图、剪贴画等色彩数要求不高的场合，文件特别小文件特别小，适合网络传输，适合网络传输GIF图像格式具有图像格式具有累进显示累进显示功能，适合网络浏览器观看功能，适合网络浏览器观看 GIF图像格式能图像格式能支持支持透明背景透明背景（JPEG不支持）不支持）GIF图像格式能图像格式能支持支持动画动画互连网上广泛使用的图象格式互连网上广泛使用的图象格式透透明明背背景景它将多张图象保存在同一个文件中,显示时按预先规定的时间间隔逐一进行显示,从而形成动画效果38图像文件格式例4：JPEG图像JPEG是静止图像数据压缩编码的国际标准，采用是静止图像数据压缩编码的国际标准，采用JPEG标标准的图像文件扩展名是准的图像文件扩展名是.jpgJPEG特别适合各种连续色调的彩色或灰度图像，在计算特别适合各种连续色调的彩色或灰度图像，在计算机和数码相机中已得到广泛应用机和数码相机中已得到广泛应用 JPEG的最新标准是的最新标准是JPEG2000（图像文件扩展名是图像文件扩展名是.jp2），），它采用更先进的技术，可取得更好的效果它采用更先进的技术，可取得更好的效果39数字图像处理与应用40数字图象处理：目的与内容目的目的：(1)(1)提高图像的视觉质量提高图像的视觉质量(2)(2)恢复恢复与重建有失真和畸变的图像与重建有失真和畸变的图像(3)(3)图像分析，包括：图像的分类、识别和理解等图像分析，包括：图像的分类、识别和理解等(4)(4)图像数据的变换、编码和数据压缩图像数据的变换、编码和数据压缩(5)(5)图像的存储、管理与检索图像的存储、管理与检索(6)(6)图像内容与知识产权的保护图像内容与知识产权的保护 内容内容：去噪、增强、复原、分割、提取特征、压缩、存储、检索等去噪、增强、复原、分割、提取特征、压缩、存储、检索等41数字图像处理的应用(1)图图像像通通信信，包包括括图图像像传传输输、电电视视电电话、电视会议等。话、电视会议等。(2)遥感遥感(3)医疗诊断医疗诊断(4)工工业业生生产产中中的的应应用用，如如产产品品质质量量检检测，生产过程自动控制等测，生产过程自动控制等(5)机器人视觉机器人视觉(6)军军事事、公公安安、档档案案管管理理等等其其他他方方面面的应用的应用X光图像光图像CT图像图像核磁共振核磁共振图像图像指纹图像指纹图像42常用的图像编辑软件Word和和PowerPoint具有基本的图像编辑功能具有基本的图像编辑功能Windows附件中的附件中的“画图画图”软件软件微软微软Office工具中的工具中的Picture ManagerACD System公司的公司的ACDSee32Adobe PhotoShop43什么是计算机图形(graphics)计算机合成图象计算机合成图象(矢量图形矢量图形)使用算法或几何要素使用算法或几何要素(如点、线、面、体的位置、形状和大小如点、线、面、体的位置、形状和大小)及表面材料的及表面材料的性质，在计算机中对景物和形体（无论是真实的还是假想的）进行描述性质，在计算机中对景物和形体（无论是真实的还是假想的）进行描述(modeling)，计算机图形学计算机图形学(研究如何使用计算机描述景物和生成图象研究如何使用计算机描述景物和生成图象)44计算机图形的应用(1)(1)计算机辅助设计和辅助制造计算机辅助设计和辅助制造(CADCADCAM)CAM)。(2)(2)利利用用计计算算机机生生成成各各种种地地形形图图、交交通通图图、天天气气图图、海海洋洋图图、石石油油开开采采图图等。等。(3)(3)作战指挥和军事训练。作战指挥和军事训练。(4)(4)计算机动画和计算机动画和计算机艺术。计算机艺术。(5)(5)其它：电子出版、数据处理、工业监控、辅助教学、软件工程等。其它：电子出版、数据处理、工业监控、辅助教学、软件工程等。45矢量绘图软件专业绘图软件：专业绘图软件：AutoCAD（机械、建筑等）机械、建筑等）MAPInfo、ARCInfo（地图、地理信息系统）地图、地理信息系统）办公与事务处理、平面设计、电子出版等领域：办公与事务处理、平面设计、电子出版等领域：Corel公司的公司的CorelDraw，Adobe 公司的公司的Illustrator，Macromedia公司的公司的FreeHand，微软公司的微软公司的Microsoft Visio等等内嵌的绘图软件：内嵌的绘图软件：Word 和和 PowerPoint中的绘图功能（简单的二维图形中的绘图功能（简单的二维图形）46声音的特性和类型声音由振动产生，通过空气进行传播声音由振动产生，通过空气进行传播声音是一种波，它由许多不同频率的谐波组声音是一种波，它由许多不同频率的谐波组成成谐波的频率范围称为声音的谐波的频率范围称为声音的“带宽带宽”计算机处理的声音类型：计算机处理的声音类型：话音或语音话音或语音(speech)，专指人的说话声音，带宽仅为专指人的说话声音，带宽仅为3003400Hz全频带声音全频带声音(如音乐声、风雨声、汽车声等如音乐声、风雨声、汽车声等)，其带宽，其带宽可达到可达到20Hz20kHz 人耳可听到的声音统称人耳可听到的声音统称“可听声可听声”(audio)，20Hz20kHz数字声音及应用47数字波形声音的获取方法：方法：2.量化量化（quantization，模数转换模数转换)3.编码编码（encoding）1.取样（取样（sampling）取取 样样模模拟拟声声音音信信号号取样的目的是把时间上连取样的目的是把时间上连续的信号转换成时间上离续的信号转换成时间上离散的信号散的信号量量 化化量化是把每个样本从模拟量量化是把每个样本从模拟量转换成为数字量转换成为数字量(8位或位或16位位整数表示整数表示)数字数字声音声音01100011001编编 码码将所有样本的二进制将所有样本的二进制代码组织在一起，并代码组织在一起，并进行数据压缩进行数据压缩48数字波形声音的获取设备声音的联机获取设备声音的联机获取设备(声卡声卡)麦克风麦克风（microphone）声音卡声音卡（sound card）声波转换声波转换为电信号为电信号取样、量化、取样、量化、压缩和编码压缩和编码模模拟拟声声音音数数字字声声音音n声音的脱机获取设备：数码录音笔声音的脱机获取设备：数码录音笔49声卡的功能与组成波形声音的获取与编码波形声音的获取与编码波形声音的重建与播放波形声音的重建与播放MIDI声音的输入声音的输入MIDI声音的合成声音的合成DSPDMA接口接口PC总线总线取样，量化取样，量化D/A重建，滤波重建，滤波声音输出声音输出声音输入声音输入音乐合成器音乐合成器mixerMIDI接口接口声卡的主要功能声卡的主要功能注：当前注：当前PC机的声卡已机的声卡已经与主板芯片组集成在一经与主板芯片组集成在一起，不再做成独立的插卡起，不再做成独立的插卡 50声音的重建与播放计算机输出声音分为两步：计算机输出声音分为两步：1 声音的重建：把声音从数字形式转换成模拟信号形式，声音的重建：把声音从数字形式转换成模拟信号形式，由声卡完成由声卡完成2 声音播放：将模拟声音信号经处理和放大后送到音箱声音播放：将模拟声音信号经处理和放大后送到音箱(扬扬声器声器)关于音箱：关于音箱：普通音箱普通音箱接收的是重建的模拟声音信号接收的是重建的模拟声音信号数字音箱数字音箱可直接接收数字声音信号，声音失真更小可直接接收数字声音信号，声音失真更小 重建的模拟重建的模拟声音信号声音信号数字数字声音声音011010011101插插 值值数模转换数模转换解解 码码把压缩编码的数字把压缩编码的数字声音恢复为压缩编声音恢复为压缩编码前的状态码前的状态把声音样本从把声音样本从数字量转换为数字量转换为模拟量模拟量把时间上离散的一组把时间上离散的一组样本转换成在时间上样本转换成在时间上连续的模拟声音信号连续的模拟声音信号51数字波形声音码率的计算未压缩时数字波形声音的码率计算公式未压缩时数字波形声音的码率计算公式 码率码率=取样频率取样频率 量化位数量化位数 声道数声道数 例：例：声音声音类型型声音信号声音信号带宽(Hz)取取样频率率(kHz)量化位数量化位数(bits)声道声道数数未未压缩时的的码率率数字数字语音音3003 40088164 kb/sCD立体声立体声2020 00044.11621141.2(kb/s)压缩编码之后数字波形声音的码率为：压缩编码之后数字波形声音的码率为：压缩后的码率压缩后的码率=未压缩时的码率未压缩时的码率/压缩倍数压缩倍数 例：上面例：上面CD唱片的立体声音乐压缩为唱片的立体声音乐压缩为MP3后，若压缩倍数是后，若压缩倍数是10倍，则倍，则该该MP3音乐的码率是：音乐的码率是：114kb/s左右左右波形声音的表示与压缩编码52全频带数字音频编码的标准所谓所谓“MP3音乐音乐”就是一种采用就是一种采用MPEG-1层层3编编码的高质量数字声音码的高质量数字声音,它能以它能以10倍左右的压缩倍左右的压缩比降低高保真数字声音的存储量，使一张普通比降低高保真数字声音的存储量，使一张普通CD光盘上可以存储大约光盘上可以存储大约100首首MP3歌曲歌曲 标准名称准名称压缩后的后的码率率(每个声道每个声道)声道数目声道数目主要主要应用用MPEG-1 audio层1192 kbps（压缩4倍）倍）2数字盒式数字盒式录音音带MPEG-1 audio层2128 kbps（压缩6倍）倍）2DAB,VCD,MPEG-1 audio层364kbps（压缩12倍）倍）2Internet，MP3音音乐MPEG-2 audio与与MPEG-1层1,层2,层3相同相同5.1,7.1同同MPEG-1Dolby AC-364 kbp5.1,7.1DVD,DTV，家庭影院家庭影院53什么是流媒体？在因特网上收听在因特网上收听(看看)音音(视视)频节目的频节目的2种方式：种方式：i下载存储方式：先下载存储在计算机中，下载完毕后再播放下载存储方式：先下载存储在计算机中，下载完毕后再播放（缺点：需要等待很长时间，并需要较大的存储容量）（缺点：需要等待很长时间，并需要较大的存储容量）i流式传输方式：流式传输方式：边下载、边播放边下载、边播放（优点：只需要下载一部分数（优点：只需要下载一部分数据之后据之后,就可以开始一边播放一边下载，等待时间短、存储需求就可以开始一边播放一边下载，等待时间短、存储需求小）小）流媒体技术就是允许在网络上让用户一边下载一边收看流媒体技术就是允许在网络上让用户一边下载一边收看(听听)音视频媒体的音视频媒体的一种技术一种技术目前主要有目前主要有3个公司的流媒体产品：个公司的流媒体产品：1.Real Networks公司的公司的 Real Media2.微软公司的微软公司的 Windows Media 3.苹果公司的苹果公司的 Quick Time54数字波形声音的主要文件格式.wav波形声音文件波形声音文件.pcm使用使用PCM编码的声音文件编码的声音文件.mp2MPEG 层层 1 或层或层2 编码的声音文件编码的声音文件.mp3MPEG 层层3 编码的声音文件编码的声音文件.rm，.ra(RealAudio)RealNetworks的流式声音文件的流式声音文件.wma微软公司的流式声音文件微软公司的流式声音文件.aif(Audio Interchangeable File Format)苹果公司的苹果公司的声音文件声音文件55波形声音的编辑56计算机合成声音57什么是计算机合成声音？计算机合成声音就是计算机模仿人说话或演奏音乐计算机合成声音就是计算机模仿人说话或演奏音乐计算机合成声音有两类：计算机合成声音有两类：计算机合成语音：计算机合成语音：计算机模仿人把一段文字朗读出来，即把文字转换为语音（简称为计算机模仿人把一段文字朗读出来，即把文字转换为语音（简称为 TTS）应用：应用：有声查询、文稿校对、语言学习、语音秘书、自动报警、残疾人服务等有声查询、文稿校对、语言学习、语音秘书、自动报警、残疾人服务等股票交易、航班动态查询、电话报税等业务股票交易、航班动态查询、电话报税等业务有声有声E-mailE-mail服务服务CAICAI课件或游戏解说词的自动配音课件或游戏解说词的自动配音计算机合成音乐：计算机合成音乐：计算机模拟各种乐器发声并按照乐谱演奏音乐计算机模拟各种乐器发声并按照乐谱演奏音乐应用：计算机作曲、配器等应用：计算机作曲、配器等58计算机合成音乐（MIDI）音乐音乐合成器合成器音乐音乐MIDI文件文件媒体媒体播放器播放器MIDI消息消息计算机合成音乐需要三个要素：乐器、乐谱和计算机合成音乐需要三个要素：乐器、乐谱和“演奏员演奏员”声卡上的音乐合成声卡上的音乐合成器能像电子琴一样器能像电子琴一样模仿几十种不同的模仿几十种不同的乐器发出声音，它乐器发出声音，它按照按照MIDI消息合成消息合成出不同音色和音调出不同音色和音调的音符，通过扬声的音符，通过扬声器播放出音乐来器播放出音乐来 乐谱在计算机中使用乐谱在计算机中使用一种叫做一种叫做MIDI的音乐的音乐描述语言来表示。使描述语言来表示。使用用MIDI描述的音乐称描述的音乐称为为MIDI音乐。一首乐音乐。一首乐曲对应一个曲对应一个MIDI文件，文件，其文件扩展名为其文件扩展名为.MID或或.MIDI媒体播放器软件相当媒体播放器软件相当于于“演奏员演奏员”。播放。播放MIDI音乐时，它先从音乐时，它先从磁盘上读入磁盘上读入.MID文件，文件，解释其内容，然后以解释其内容，然后以MIDI消息的形式向声消息的形式向声卡上的音乐合成器发卡上的音乐合成器发出各种指令出各种指令MIDI（目前普遍使用的音乐描述语言）59 视频视频(video)：随时间变化其内容的一组图象随时间变化其内容的一组图象(25帧帧/秒秒)，又叫运动图象或活动，又叫运动图象或活动图象图象(motion picture)。常见视频信号：常见视频信号：电视电视，计算机动画计算机动画等等.视频信号的特点：视频信号的特点：内容随时间而变化内容随时间而变化,伴随有与画面动作同步的声音伴随有与画面动作同步的声音(伴音伴音),人类接受的信息人类接受的信息70%来自视觉来自视觉,其中活动图象是信息量最其中活动图象是信息量最丰富、直观、生动、具体的一种承载信息的媒体。丰富、直观、生动、具体的一种承载信息的媒体。视频信息的处理是多媒体技术的核心。视频信息的处理是多媒体技术的核心。数字视频及应用数字视频信号的获取 视频信号的数字化过程视频信号的数字化过程:与图像、声音的数字化过程相仿，但更复杂一些与图像、声音的数字化过程相仿，但更复杂一些(8-10 bits)滤波取样量化编码数字数字视频视频信息信息模拟模拟视频视频信号信号VUYUVY 数字视频的获取设备：数字视频的获取设备：视频采集卡视频采集卡（简称视频卡简称视频卡）数字摄像头，通过光学镜头和数字摄像头，通过光学镜头和CCD器件采集动态图像，转换器件采集动态图像，转换成数字信号并输入成数字信号并输入PC机机 脱机获取设备：数码摄像机脱机获取设备：数码摄像机视频采集卡的功能简称视频卡，简称视频卡，PCPC机中用于机中用于视频信号数字化视频信号数字化的插卡。的插卡。功能：功能：将模拟视频信号（及伴音信号）将模拟视频信号（及伴音信号）数字化数字化并存储在硬盘中。并存储在硬盘中。数数字字化化后后的的视视频频图图像像，经经彩彩色色空空间间转转换换（从从YUVYUV转转换换为为RGBRGB），与与计算机图形显示卡产生的图像叠加，计算机图形显示卡产生的图像叠加，显示在屏幕上显示在屏幕上。63数字摄像头在线获取视频的设备在线获取视频的设备速度一般在速度一般在30fps（每秒每秒30帧）以下，帧）以下，镜头的视角可达到镜头的视角可达到45-60度度,支持支持USB接口接口 或或IEEE1394（火线）接火线）接口。口。64数码摄像机 数字摄像机：一种离线的数字视频获取设备。数字摄像机：一种离线的数字视频获取设备。原理：与数码相机类似，功能更多原理：与数码相机类似，功能更多提供提供480线以上的分辨率，清晰度高线以上的分辨率，清晰度高自动对焦，自动曝光自动对焦，自动曝光 使用使用MPEG-2进行压缩编码，然后记录进行压缩编码，然后记录在硬盘上在硬盘上具有录音功能具有录音功能数据量很大，采用数据量很大，采用USB接口或接口或IEEE1394接口接口 65数字视频的压缩编码66数字视频压缩编码的国际标准名名 称称图像格式像格式压缩后的后的码率率主要主要应用用MPEG-1360288大大约1.2 Mb/s 1.5Mb/s适适用用于于VCD、数数码相相机机、数数字字摄像像机等机等H.261360288 或或180144Px64 kb/s (P=1、2时，只只支支持持180144格格式式，P6时，可可支支持持360288格式格式)应用用于于视频通通信信，如如可可视电话、会会议电视等等MPEG-2(MPML)7205765 Mb/s 15Mb/s用用途途最最广广,如如DVD、卫星星电视直直播播、数字有数字有线电视等等MPEG-2高清格式高清格式144011521920115280 Mb/s 100Mb/s高清晰度高清晰度电视（HDTV）领域域MPEG-4(H.26L)多多种种不不同同的的视频格式格式与与MPEG-1，MPEG-2相相当当，但但最低可达到最低可达到64kb/s适适合合于于交交互互式式和和移移动多多媒媒体体应用用，包包括括虚虚拟现实、远程程教教学学、手手机机、MP4播放器等播放器等67数字视频的常用文件格式.mpeg（.mpg，.dat）使用使用MPEG编码的电影文件编码的电影文件.mp2MPEG-2 编码的电影文件编码的电影文件.mp4MPEG-4 编码的电影文件编码的电影文件.avi（.navi）微软公司的视频剪辑文件微软公司的视频剪辑文件.wmv微软公司的流式视频文件微软公司的流式视频文件.asf微软公司的流式视频文件微软公司的流式视频文件.rm(RealAudio)RealNetworks的流式视频文件的流式视频文件.mov(.qt)苹果公司的流式视频文件苹果公司的流式视频文件 DivX格式格式MPEG-4 v3 改进后的一种格式，在改进后的一种格式，在MP4播放器上使用播放器上使用68什么是MP4？MP4播放器是一种能够播放视频的便携式播放器是一种能够播放视频的便携式设备，也叫做设备，也叫做PVP（个人视频播放器）或个人视频播放器）或PMP（便携式媒体播放器）便携式媒体播放器）功能：功能：看录像（电影）看录像（电影）播放音乐播放音乐浏览文本和图片浏览文本和图片甚至还可以上网甚至还可以上网技术特点：技术特点：自带自带25英寸的英寸的LCD屏屏存储容量达几十存储容量达几十GB69数字视频的编辑使用模式：把电视节目素材存入硬盘中，根据需要对不同长短、不同顺序的素材进行剪辑，同时配上字幕、特技和各种动画，再进行配音、配乐，最终制作成高质量的电视节目.软件:Adobe公司的Premiere最流行 Windows MovieMaker(简单的)70合成视频计算机动画71什么是计算机动画？计算机动画计算机动画使用计算机生成一系列内容连续的画面供实时演播的使用计算机生成一系列内容连续的画面供实时演播的一种技术，它是一种计算机合成的数字视频，而不是用摄像机拍摄的一种技术，它是一种计算机合成的数字视频，而不是用摄像机拍摄的“自然视频自然视频”基础：基础：计算机图形学计算机图形学上世纪九十年代开始，计算机动画技术应用于电影特技，如电影上世纪九十年代开始，计算机动画技术应用于电影特技，如电影“侏侏罗纪公园罗纪公园”、玩具总动员玩具总动员、泰坦尼克泰坦尼克等，取得轰动效应等，取得轰动效应应用领域：应用领域：影视和广告领域：电影特技、动画片、电视广告制影视和广告领域：电影特技、动画片、电视广告制作等作等教育和培训领域：辅助教学、驾驶员训练等教育和培训领域：辅助教学、驾驶员训练等科技领域：科学计算可视化，复杂系统的动态模拟科技领域：科学计算可视化，复杂系统的动态模拟军事领域：军事训练、作战模拟等军事领域：军事训练、作战模拟等游戏游戏72计算机动画的制作过程计计算算机机动动画画制制作作包包括括：在在计计算算机机中中建建立立景景物物的的模模型型、描描述述它它们们的的运运动动、生成一系列逼真的图像生成一系列逼真的图像三维计算机动画制作过程分以下几个阶段：三维计算机动画制作过程分以下几个阶段：（1）描述景物的形状与结构（建模）描述景物的形状与结构（建模）（2）确定景物的颜色和材质（纹理）确定景物的颜色和材质（纹理）（3）设置灯光和确定虚拟摄像机的位置）设置灯光和确定虚拟摄像机的位置（4）描述场景中物体的运动和摄像机的移动）描述场景中物体的运动和摄像机的移动（5）绘制一系列的图像）绘制一系列的图像（6）输出动画结果）输出动画结果73动画制作软件创作软件：创作软件：二维动画软件如二维动画软件如Animator ProAnimator Pro 三维动画软件如三维动画软件如3D 3D StudioMAXStudioMAX等等WEBWEB网页动画制作软件网页动画制作软件:MacromediaMacromedia的的Fireworks(.GIF)Fireworks(.GIF)MacromediaMacromedia的的Flash(.swfFlash(.swf)目前网络动画的主流目前网络动画的主流74数字视频的应用75什么是VCD,什么是DVD?VideoCD（简称简称VCD）：按）：按MPEG-1标准标准将将60分钟的音频分钟的音频/视频视频节目记录在一张节目记录在一张CD光盘上，图像质量为光盘上，图像质量为VHS(352240)，即家即家用录放像机的水平，可播放立体声用录放像机的水平，可播放立体声 DVD-Video（简称为简称为DVD）：按）：按MPEG-2标准将音频标准将音频/视频节目视频节目记录在记录在DVD光盘上，图像质量为广播级光盘上，图像质量为广播级(720576)，可播放，可播放5.1声道的环绕立体声，单面单层声道的环绕立体声，单面单层DVD（容量为容量为4.7GB）光盘可光盘可记录记录120分钟以上的影视节目分钟以上的影视节目76VCD与DVD的比较VCDDVD视频压缩编码标准准MPEG-1 video，图像分辨像分辨率率为352240（家用（家用电视质量）量）MPEG-2 video，图像分辨率像分辨率为720480（广播（广播级电视图像像质量）量）音音频压缩编码标准准MPEG-1 audio，层2，支持，支持双声道立体声双声道立体声MPEG-2audio或杜比或杜比AC-3,支持支持5.1声道的声道的三三维环绕立体声立体声光光盘存存储容量容量650MB左右左右有多种不同有多种不同规格。格。单面面单层DVD容量容量为4.7GB，单面双面双层为8.5GB播放播放时间1小小时左右左右单面面单层DVD光光盘可播放可播放2小小时左右左右其他功能其他功能较少少支持多种支持多种辅助功能，如多种文字字幕，多助功能，如多种文字字幕，多种种语言声音，多种言声音，多种视角，多种角，多种宽高比等高比等77可视电话和视频会议可视电话：通话双方能互相看见的一种电话系统可视电话：通话双方能互相看见的一种电话系统电话机具有摄像、显示、声音等功能，内置高质量电话机具有摄像、显示、声音等功能，内置高质量CCD镜头及镜头及MODEM视频会议：多人同时参与的一种音视频会议：多人同时参与的一种音/视频通信系统视频通信系统类似于可视电话，但多人参加通话，提供的功能也更类似于可视电话，但多人参加通话，提供的功能也更加丰富加丰富两种实施方式：两种实施方式：在电信局的数字通信网上进行在电信局的数字通信网上进行在互联网上进行，例如使用下列即时通信软件：在互联网上进行，例如使用下列即时通信软件：微软的微软的MSN Messenger，腾迅的腾迅的QQ，网易的网易的POPO，新浪的新浪的UC等等78什么是数字电视?数数字字电电视视指指的的是是:电电视视节节目目的的制制作作（摄摄录录、编编辑辑）、处处理理、传传输输、接接收收播播放放全全过过程程的的数数字字化化，特特别别是是将将电电视视信信号号进进行行数数字字化化之之后后以以数数字字形形式进行传输和接收式进行传输和接收；数字电视的范围：数字电视的范围：高端高端高清晰度电视高清晰度电视(HDTV)，分辨率分辨率1920 x1024中端中端常规模拟电视的数字化（常规模拟电视的数字化（DTV）低端低端包括互联网上的包括互联网上的IPTV等等 节目制作节目制作信号处理信号处理广播传输广播传输接收播放接收播放 1 2 3 479数字电视的优点(1)频道利用率高频道利用率高可传输的数字电视节目比传输模拟电视节目增加好几倍可传输的数字电视节目比传输模拟电视节目增加好几倍(2)抗干扰能力强抗干扰能力强同等传输条件下的抗干扰能力优于模拟电视同等传输条件下的抗干扰能力优于模拟电视(3)图像清晰度高图像清晰度高用户接收到的图像质量能达到演播室水平用户接收到的图像质量能达到演播室水平(4)音响效果好音响效果好具有具有CD级音质效果，可支持级音质效果，可支持5.1环绕立体声家庭影院环绕立体声家庭影院(5)可开展基于可开展基于TV的交互式数据业务的交互式数据业务包括电视购物、电视银行、电视商务、电视游戏、点播电视等业务包括电视购物、电视银行、电视商务、电视游戏、点播电视等业务 80什么是点播电视(VOD)？VOD（点播电视）指用户可以自己选择观看需要的电视节目，改变了点播电视）指用户可以自己选择观看需要的电视节目，改变了电视台播什么用户只能看什么的电视收看模式电视台播什么用户只能看什么的电视收看模式 VOD的分类（按响应方式）：的分类（按响应方式）：True VOD：点播要求随时都会得到响应点播要求随时都会得到响应Near VOD：点播要求只能在特定时刻才会得到响应点播要求只能在特定时刻才会得到响应用用 户户接入网接入网宽宽 带带广域网广域网交换器交换器LAN 家庭用户家庭用户单位用户单位用户视频视频服务器服务器28.8-128 kb/s 10-100Mb/s分配服务器分配服务器和和/或或智能部件智能部件网网管管工作站工作站节目制作中心节目制作中心VOD系统组成的示意图系统组成的示意图81