Fundamentals of Computers

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1 Fundamentals of Computers
第六章 多媒体技术 大学计算机基础 大学计算机基础 Fundamentals of Computers ●太原理工大学理学院计算机基础教学部

2 重点 了解多媒体的基本概念、多媒体信息及技术的特点、多媒体技术的应用。掌握多媒体计算机系统的基本组成。 理解数字声音的概念及数字化过程，能够简单地处理声音文件。 理解图像与图形的差别，图像的数字化过程，图像的文件格式，能简单地处理图像

3 6.1 多媒体技术概要 1.媒体与多媒体 2.多媒体技术 3.多媒体计算机系统的组成★ 4.多媒体技术的应用

4 1 媒 体 媒体(medium)指信息表示和传播的载体，通常指电视、报纸等，在多媒 体技术中，媒体指用于存储、传输各种计算机信息的载体。
1 媒 体 媒体(medium)指信息表示和传播的载体，通常指电视、报纸等，在多媒 体技术中，媒体指用于存储、传输各种计算机信息的载体。 CCITT将媒体分为：感觉媒体、表示媒体、表现媒体、存储媒体、传输 媒体。

5 2 多媒体和多媒体技术 多媒体是指图（image）文（text）声（audio）像（video）等单
媒体和计算机程序融合在一起形成的信息传播载体。 多媒体技术：把文字、图形、声音、图像等多种媒体的信息通过计 算机进行数字化加工处理，集成具有交互性系统的一种技术。 多媒体技术的特性：多样性、集成性、交互性、实时性。（多媒体 与其它大众传媒的本质区别 ）

6 多媒体的软件和硬件平台 多媒体应用系统 多媒体创作编辑软件 多媒体制作平台与工具 多媒体核心系统软件 多媒体计算机硬件系统
多媒体计算机的软件和硬件系统 多媒体应用系统 多媒体创作编辑软件 多媒体制作平台与工具 多媒体核心系统软件 多媒体计算机硬件系统

7 专用芯片 如何处理音频和视频媒体? 数字化。 数据量大——数据压缩、大容量的存储器 输入输出是实时的，数据要高速处理
如何提高计算机处理能力？ 最重要的一种手段是扩大处理器中晶体管的数量 多核处理器 音频和视频扩展板，在其上有专用的音频和视频处理 芯片。 固定功能的芯片：图像数据的压缩处理。 可编程的处理器：DSP处理器

8 数据压缩及编码技术 对多媒体信息进行实时压缩和解压缩是十分必要的。 各种各样针对不同用途的压缩算法、压缩手段，以及实现这
些算法的大规模集成电路和计算机软件。 一种有效的压缩算法应考虑媒体的种类、应用的对象、应用 要求以及采用的设备特性等因素。 近年来提出的分形压缩算法、小波分析压缩算法等，都被看 成是最有前景的压缩技术。

9 多媒体同步技术 在对多媒体数据进行综合处理时，不仅要考虑到各种媒体的 相对独立性，为了达到较好的信息表示效果，还要注意保持
媒体之间在时间和空间上的相关性。 多媒体信息以3种模式相互集成：制约式、协作式和交互 式。

10 多媒体网络和分布式处理技术 多媒体计算机网络是指可传输多种媒体的计算机网络。 多媒体技术要充分发展其对多媒体信息的处理能力，必须与
网络技术相结合；运行于网络环境下的多媒体系统，使得多 媒体技术有了更广泛的应用。 如何在网络环境下将复杂任务分解，并借助于网络环境中的 不同计算机（可能是异构的）完成这些任务，便构成了分布 式处理技术的主要研究内容。

11 信息和数据的管理 采用能够支撑多媒体应用领域的多媒体数据库管理数据量 巨大且种类繁多的多媒体信息和数据。
超媒体和超文本适合于表达多媒体信息。 超媒体采用面向对象的信息组织与管理方法，非线性 结构，以结点作为表达信息的一个单位，组织信息在 结点与结点之间通过表示它们之间关系的链加以连 接，从而构成信息网络，用户可在信息网络中有选择 地查阅自己感兴趣的信息。

12 多媒体数据存储 光盘系统是目前较多使用的多媒体存储设备。 网络技术的不断发展，使目前一些新的技术如SAN
（Storage Area Network，存域网）已经在实际中得到 应用，这些技术的应用为系统的不断升级提供了可能。 服务器的存储技术也日益分化为两大类：直接连接存储 技术（Direct-Attached Storage，DAS）和存储网络技 术。

13 虚拟现实技术 虚拟现实，就是采用计算机技术生成一个逼真的视觉、 听觉、触觉及嗅觉的感觉世界，用户可以用人的自然技
能对这个生成的虚拟实体进行交互考察。 以更高的集成性和交互性，给用户以更加逼真的体验， 应用于模拟训练、科学可视化等领域。 虚拟现实是一种高度集成的技术，是计算机软/硬件技 术、传感技术、机器人技术、人工智能及心理学飞速发 展的结晶。

14 人机界面设计 计算机的普及要求为普通用户提供方便的人机交互的手 段，这些手段应该是建立在语音和手势等对话形式上
的，而且保持其最基本的一些性能，如简单、有效、快 速和稳健性。 计算机系统必须能够采用自然语言或者足以表达信息的 图形方式来回答用户的问题，可能的话，辅助以力反馈 设备让用户有一种手握到实际物体的临境感觉。

15 高速多媒体通信技术 多媒体通信是指在一次呼叫过程中能同时提供多种媒体信息如：声音、图形、图像、数据、文本等新型的通信方式，它是通信技术和计算机技术相结合的产物。 所谓高速多媒体通信技术，是指为满足新一代信息系统中实时多媒体信息传输的需要，网络的带宽可能要在1000Gbps以上，而且能支持服务质量控制（QoS），以适应不同媒体对传输质量的要求。

16 3.多媒体计算机系统的组成 多媒体计算机系统由多媒体计算机硬件系统和多媒体计算机软件系统组成。
多媒体计算机硬件系统则由普通计算机硬件和相应处理声音和视频图像等部件（包括光存储设备）组成。 多媒体计算机软件系统由多媒体系统操作平台以及多媒体工具软件和应用软件组成。 目前流行的支持多媒体应用和开发的操作系统主要有： Linux和Windows操作系统。 多媒体工具软件是多媒体系统的开发软件。 多媒体应用软件系统很多，如媒体播放机、超级解霸等。

17 多媒体计算机硬件系统

18 4.多媒体技术的应用 1. 音/视频流点播 2. 电子出版物 3. 医疗卫生 4. 游戏与娱乐 5. 计算机视频会议
6. 多媒体展示和信息查询系统 7. MIS与OA 8. 传媒、广告 9. 教学管理系统 10.移动卫星

19 6.2 数字声音 1.模拟声音与数字音频 2.声音的数字化 3.数字音频的编辑

20 1.声音的特性 ⑴声波：当物体在介质中振动时，便会发出连续的波，叫声波（Sound Wave）。声波在时间和幅度上是连续的。
⑶幅度（Amplitude）：指声音的大小、强弱程度。 ⑷频率（Frequency）是指信号每秒钟变化的次数，用赫兹（Hz）表示。

21 声音的特性 声波（Ultrasonic）信号 （5）带宽 声音信号的频率范围称为带宽
高保真声音的频率范围为 10～20 000Hz，它的带宽约为20kHz 人的发音器官发出的声音频率大约是80～3400Hz 频率小于20Hz的信号称为亚音信号 高于20kHz的信号称为超音频信号（Supersonic），或称超 声波（Ultrasonic）信号 频率范围为20Hz～20kHz的信号称为音频信号

22 声音的特性 声音有三个要素：音调、音强、音色。 音调是人对声音频率的感觉，频率快则声音高，频率 慢则声音低。
音强用来描述声音的强弱，它是由声音信号的幅度决 定的。 音色是由混入基音的泛间（声音信号中的高次谐波分 量）所决定的，高次谐波越丰富，音色就越有明亮感 和穿透力。一般，信号中的谐波分量越丰富，其带宽 越宽，音质越好。

23 声音的特性 ⑹音质：声音的质量简称音质 用声音信号的带宽来衡量，带宽越宽，产生的音质越好
DAT（Digital Audio Tape）—— 20Hz～20kHz CD（Compact Disc）—— 20Hz～20kHz FM（Frequency Modulation）—— 20Hz～15kHz AM（Amplitude Modulation）——50Hz～7kHz 数字电话——200Hz～3.4kHz

24 常见的声音信号 传统电子技术采用模拟音频电子技术处理声音信号。 在计算机中，声音信号称为数字音频。在多媒体技术
中，处理的声音信号主要是音频信号，它包括音乐、话 音、风声、雨声、鸟叫声、机器声等。 模拟声音在时间上是连续的，而数字音频是一个数据序列，在时间上只能是断续的。如何将模拟音频转换为数字音频——采样和量化。

25 音频信号处理过程流程 音频数字化需要考虑的问题 转换 采样、量化、编码 开 始 结 束 音频数字化 模拟信号 数字信号 音 频 信 号 率
模拟信号 数字信号 转换 采样、量化、编码 音频信号处理过程流程 音 频 信 号 率 采 样 频 率 采 样 量 化 保 存 为 声 音 文 件 开 始 结 束

26 2.声音信号的数字化与数字音频 ⑴模拟信号（Anolog signal）：把在时间和幅度上都连续的信号称为模拟信号
⑵采样 在某些特定的时刻对这种模拟信号进行测量叫做采样（Sampling），得到的信号称为离散时间信号 ⑶量化 把信号幅度取值的数目加以限定，由有限个数值组成的信号就称为离散幅度信号 ⑷数字信号 把时间和幅度都用离散的数字表示的信号就称为数字信号（Digital Signal）。数字化实际上就是采样和量化 。

27 模拟信号与数字信号 时间和幅度上都是连 续的信号称为模拟信 号。 幅度是离散的信号称数字信号。

28 采样频率 根据奈奎斯特理论（Nyqust theory）：如果采样频率不低 于信号最高频率的两倍，就能把以数字表达的声音还原成原 来的声音。
对于话音信号，最高频率为3400Hz，采样频率为8000Hz，能 以数字声音还原原来的声音 对于一般音频信号，最高频率为20kHz，采样频率为40kHz以 上时，就能无失真地还原出原来的声音。 采样频率越高，得到的数据占用的存储空间越大。

29 采样精度 用以表示量化级别的二进制数据的位数，称为采样精度（Sampling
precision），也叫样本位数或位深度，用每个样本的位数（bit或b）表 示。 位数越少，声音质量越低，需要存储空间越少。 采样频率和采样精度是数字声音质量的两项重要指标。

30 8（bit）*8kHz*2（声道数）=128kb/s
计算声音文件的数据量 如果采样频率为8kHz，样本精度为8位，则产生的数据率为： 8（bit）*8kHz=64.0kb/s 如果使用双声道，则要对两个通道上的声音同时采样和量 化，数据量是单声道数字化的两倍，即： 8（bit）*8kHz*2（声道数）=128kb/s 1分钟的双声道声音文件的数据量为： 8（bit）*8kHz*2（声道数）*60（秒）/（bit/Byte）=960kB

31 数字音频文件大小的计算公式 数据量Byte= 采样频率Hz ×（采样位数/8） × 声道数 × 时间s

32 举 例 数据量Byte= 如果采样频率为44.1kHz，分辨率为16位，立体声，录音时 间为10s，符合CD音质的声音文件的大小是多少？
举 例 如果采样频率为44.1kHz，分辨率为16位，立体声，录音时 间为10s，符合CD音质的声音文件的大小是多少？ 根据计算公式： 数据量Byte= 44100Hz ×(16/8)×2 ×10s=1764KByte

33 数据率（b/s）=采样频率（Hz）*样本精度（bit）*声道数
不同质量的声音的性能指标 质量 采样频率 （kHz） 样本精度 （b/s） 声道 数据率 （kb/s） 频率范围 （Hz） 电话 8 单声道 64.0 200～3400 AM 11.025 88.2 50～7000 FM 22.050 16 立体声 705.6 20～15 000 CD 44.1 1411.2 20～20 000 DAT 48 1536.0 数据率（b/s）=采样频率（Hz）*样本精度（bit）*声道数

34 3.数字声音的处理(简单介绍) 数字音频的处理实际上是对采集到的数据进行计算、变换等 加工的过程。 ⑴基本编辑
最基本的编辑是删除声音文件中不需要的声音片段，如噪声、杂音、口误、过长的停顿、重复等。一般的方法是确定片段的起点和终点，然后把它删掉。在编辑软件中可以将声音分成一个个片段，可以删除其中一个片段，可以改变片段的顺序，也可以用一个片段替换另一个片段，这样就可以改变声音的内容和语序。

35 声音编辑窗口

36 ⑵淡入淡出效果 淡入指声音从无到有，逐渐增强，直到正常，有逐渐走近的 效果。 淡出指声音慢慢变小，直到完全无声，有渐渐远去的效果。
淡入淡出常用于节目的开始、结尾和两段声音之间的过渡， 使声音的出现和消失不太突然。

37 ⑶回声 回声能够使人产生一种空旷幽远的听觉感受，并且，适当的 回声效果也对声音本身起到润色的作用。
要产生回声效果，需要将声波进行复制，然后进行叠加。复 制过程中，每次的复制波要比前一个波延迟一段时间，同时 幅度也要降低一些，这样叠加才能产生好的回音效果。

38 6.3 数字图像 1. 图像与图形 2. 图像的数字化 3. 图像文件格式 4. 数字图像编辑 图像之类的多媒体信息在计算机中如何表示？
数字图像 图像之类的多媒体信息在计算机中如何表示？ 图像的质量与表示方法、存储容量有什么关系？ 怎样处理自己的照片？ …… 1. 图像与图形 2. 图像的数字化 3. 图像文件格式 4. 数字图像编辑

39 图像与图形 图像（Image ）又称“点阵图像” 或“位图图像” 图形（Graphics）又称“几何图形”或“矢量图形”
在计算机中，图形与图像是两个不同的概念，二者是有 区别的： 图形一般指用计算机结合某种算法绘制的画面，如直 线、圆、任意曲线等。 图像则是指由输入设备捕捉的实际场景画面或以数字 化形式存储的任意画面。

40 图像与图形的差异 图像 图形 存储结构 点阵形式（点阵图） 特征、属性、参数的模型（矢量图） 存储空间 很大 较少 计算机显示
位图块拷贝、显示快 依照算法生成、显示慢 关键算法 图像的压缩与编码、恢复与重建、解释与识别、计算机视觉 等 图形数据结构研究、计算机自动造型、参数化设计 等

41 人类视觉对图像的感知 自然界多姿多彩的景物通过人们的视觉器官在大脑中留 下印象，这就是图像。
图像的描述：f（x,y）称为灰度，常用它来表示（x,y） 点的亮度值。 空间坐标位置和景物明暗程度均是连续变化的，称为连 续图像。

42 把连续图像函数f（x,y）进行空间和幅值的 离散化处理。
图像的数字化 图像的数字化 把连续图像函数f（x,y）进行空间和幅值的 离散化处理。 数字图像：空间上和灰度级上都离散的图像。 图像的数字化过程 注：不必对图形进行数字化处理 图像（模 拟量） 编码 数字化图像 采样 量化

43 数字化过程 图像 采样 量化 数字图像 640×480的图像，位深度是24位，则文件大小为： 24b/8×640×480＝921 000B
图像 采样 量化 数字图像 640×480的图像，位深度是24位，则文件大小为： 24b/8×640×480＝ B 编码：数字化的图像数据量十分巨大，必须采用编码技术来压缩信息，它是图 像传输与存储的关键。 图像在屏幕上的显示尺幅称为图像的显示分辨率。不以图像的正常分辨率显示 图像，就会引起图像的失真。 量化：幅值f（x，y）的离散化。 量化将产生一定的失真。 数字图像中表示每个像素的颜色使用的二进制位数称为像素深度或位深度。 常见的有1位、4位、8位、24位、32位几个等级。 图像的分辨率和像素位深度决定了图像文件的大小。 采样：图像在空间上的离散化。 按一定的间隔取值，得到一系列的离散点。称为样点（或像素）。 约束条件：由这些样点采用某种方法能够正确重建原图像——采样定理。 采样的实质是用若干像素点来描述一幅图像，结果就是分辨率，分辨率越高，图像越清晰，存储量也越大。

44 图像文件格式 图像文件格式是图像数据在文件中的存放形式，不同的软硬 件厂商可能定义不同的文件格式。
实际使用中，图像的格式多种多样，如GIF、TIFF、TGA、 BMP、PCX、JPG等。

45 GIF格式 GIF图像文件的扩展名：gif 压缩效率高、占用的存储空间很小 支持透明图像属性，动画图像属性，渐显方式。GIF动画是目
前广为流行的Web网页动画的最基本的形式之一。 但表示的颜色数量有限，适合存储颜色较少的卡通图像、徽标 等手绘图像 。

46 bmp格式 位图文件(Bitmap-File，BMP) bmp格式是Windows采用的图像文件存储格式，在
支持黑白、16色、256色、RGB真彩色图像，图像质量较 高，是一种不压缩的格式，没有数据损失。但占有较大的存 储空间，与设备无关。

47 JPG格式 JPEG(Joint Photographic Experts Group)负责制定静 态的数字图像数据压缩编码标准
量 适合存储色彩丰富的照片

48 单色位图

49 16色位图

50 256色位图

51 24位位图

52 GIF图像

53 JPG图像

54 各种图像格式的比较 图像分辨率：1020×808 文件大小的比较： 单色位图：101KB 16色位图：404KB 256色位图：805KB
24位位图：2.35MB JPG：144KB GIF：273KB

55 数字图像编辑 处理图像需要借助图像处理软件进行。 具有缩放图像尺寸、色彩变换、图像扫描、简单的图像绘制、文字编
辑、特殊效果制作、打印、文件管理等功能。 调整色相、饱和度、亮度、对比度、色调等。

56 图像处理示例