第 9 章 多媒體.

Presentation on theme: "第 9 章 多媒體."— Presentation transcript:

1 第 9 章 多媒體

2 學習目標 看完本章, 您應該學會以下主題： 多媒體的定義 文字的輸入方式、編碼與字型 常見的影像名詞、類型與格式
聲音的形成原理、格式與壓縮原理 視訊的形成原理、格式與壓縮原理 多媒體的軟硬體

3 前言 在 1980 年代, 電腦運算能力還未臻理想時, 我們在電腦中只能看看純文字檔或靜態圖檔。隨著科技的進步, 現在電腦也能播放音樂、影片了, 而這就是多媒體。 本章將為您細說分明, 包括多媒體所代表的意義, 多媒體常見的媒體型態, 多媒體電腦、週邊及相關的軟體。

4 9-1 什麼是多媒體 「多媒體」一詞是由英文單字「MultiMedia」所翻譯而來。「MultiMedia」則是由「Multi (Multiple)」 跟「Media」所組合而成的英文單字, 字面上的意思為「以二種以上的媒體形式所呈現的資訊」。 更進一步可解釋為：在電腦上以文字 (text)、影像 (image)、聲音 (audio) 及視訊 (video) 等多種媒體呈現的資訊, 不再侷限於傳統只以文字及靜態圖像的方式展示。

5 9-1 什麼是多媒體 因此多媒體意味著能呈現更多聲光效果, 讓使用者有更好的視覺、聽覺感官享受。
多媒體會在電腦上興起, 是拜科技發展所賜。早些年, 電腦能力不佳的時候, 根本無法處理音效、動畫的即時播放, 只能觀看純文字的文件檔、或是靜態圖檔。不過, 隨著電腦技術的日新月異, 現在電腦流暢地播放音樂、動畫再也不是問題；甚至由於寬頻時代的來臨, 目前也可以透過網路聽廣播、看影片, 使得多媒體更加地蔚為風潮。

6 9-1 什麼是多媒體 多媒體常見的媒體型態有文字、影像、聲音及視訊, 接下來將分別介紹這 4 種媒體型態。

7 9-2 文字媒體 文字, 是電腦最早期所使用的媒體型態。在電腦剛開始發展的年代, 那時的電腦螢幕是單色的, 只能顯示文字資料, 並無法顯示圖片及動畫；人們也只能以鍵盤輸入資料及命令, 既沒有麥克風, 也沒有掃描器、數位相機可供輸入聲音、影像。

8 輸入文字的方式 一般而言, 人們是透過鍵盤來輸入文字。如果要輸入的是英文字, 直接透過鍵盤上的按鍵即可輸入；如果要輸入非英文文字, 例如台灣地區使用的繁體中文, 則要透過各種輸入法才能輸入。 目前常被使用的中文輸入法有注音、倉頡、嘸蝦米、大易……等。使用輸入法來輸入中文, 雖然不難, 但一般而言仍需要一段時間的練習, 才能快速輸入中文字, 因此造成不少人的困擾。

9 輸入文字的方式 隨著科技的進步, 現在除了可以用鍵盤輸入外, 還可以透過以下方式輸入文字：
手寫辨識：使用者可透過手寫板、滑鼠或觸控螢幕寫出中文字, 經由軟體辨識後輸入到電腦。手寫辨識的優點為可直接書寫文字, 不需學習任何一種輸入法；缺點為透過手寫辨識輸入的速度, 通常比熟悉輸入法的人來的慢。

10 輸入文字的方式

11 輸入文字的方式 語音辨識：使用者透過麥克風講話, 經由軟體辨識後輸入到電腦。語音辨識理想上, 只要使用者唸出文字後, 即可將文字輸入到電腦裡, 因此輸入速度可以很快。 但實際上, 在使用語言辨識軟體輸入時, 由於每個人講話都有其習慣的咬字方式, 為了讓語音辨識軟體能熟悉使用者的發音, 通常會要求在第一次使用語音辨識軟體之前, 需要先經過訓練過程, 才能開始語音輸入。

12 輸入文字的方式 其訓練方式通常是：語音辨識軟體會在螢幕上顯示一段既定的文字要使用者唸一次, 以讓軟體熟悉其發音方式。

13 輸入文字的方式 實際上, 目前語音辨識的辨識率並不是很好。但相信隨著往後技術的不斷提升, 辨識率將日益提高, 最終達成以後操作電腦時, 只需講話, 即能完全操作電腦的理想。 光學字元辨識 (OCR, Optical Character Recognition)：如果要輸入的是已經印刷於紙上的文字, 則可先用掃描器掃描後, 再經由光學字元辨識軟體辨識後, 輸入到電腦裡。

14 輸入文字的方式 由於印刷字體的字跡比較固定, 因此目前光學字元辨識率甚高；且因為可一次掃描大量的文字, 因此其輸入文字的速度也最快。

15 文字的編碼方式 當輸入文字後, 電腦就需要將其儲存起來。如 5-5 節所述, 在電腦中, 資料是以 2 進位的數字儲存。由於文字不是數字, 無法直接儲存, 所以每一種文字都有其編碼系統, 透過此編碼方式, 將文字轉換成數字儲存在電腦裡。 要讀取文字時, 則先讀取出數字, 再經由編碼系統還原成原來的文字。

16 文字的編碼方式 每種文字都有其編碼系統, 例如英文字最常使用的編碼系統為 ASCII 碼, 繁體中文字則為 BIG5 編碼；為了讓全球文字能有統一的編碼方式, 現在則有 Unicode 編碼系統。有關編碼系統的介紹, 請參考 5-5 節, 在此不再贅述。

17 文字輸出的方式 每個字的編碼只是代表 "是哪個字", 當要把字顯示在螢幕或列印出來時, 同一個字可以有不一樣的呈現方式, 如同每個人用筆寫同一個字, 就會有不同的筆跡。在電腦裡, 文字的外觀主要是由字型、大小、顏色、格式…來決定。

18 文字輸出的方式 我們可用不同大小、顏色、格式 (如粗體、斜體、加底線…) 來顯示同一個字；而字型就是我們平常說的：明體、楷書、行書……等, 這些是屬於中文的字型；英文字的字型如 Arial 、Times New Roman 、Tahoma… 等。

19 文字輸出的方式 在字型的發展上, 主要分成了兩大類：
點陣字 (Bitmapped Fonts)：點陣字字型的每個字, 像把字寫在方格紙上, 方格紙內的每個小方格不是黑色就是白色, 而字的外觀就由此方格來呈現：

20 文字輸出的方式 點陣字是最早發展出來的文字呈現方式, 這類字體的精細程度由組成每個字的方格數量來決定。例如 64 × 64 的點陣字, 就是由長、寬各為 64 格的方格來呈現一個字, 其精細程度就會比 16 × 16 的點陣字來得好。但點陣字有以下的缺點：

21 文字輸出的方式 放大縮小會失真：由於點陣字的每個字是以方格型式所構成, 在顯示字體時, 如果將字體給放大, 就會產生踞齒狀；若縮小字體, 也會導致失真 (例如將 "目" 字縮小時, 可能就變成 "日" 了), 這都會使得文字不夠美觀！右圖即為將 "久" 這個點陣字放大後的結果：

22 文字輸出的方式 需要準備不同大小的字：對於同一套字型, 使用者可能需要在不同的場合使用大小不同的字, 例如在海報上就需要用比較大的字；打報告時用較小的字即可。由於點陣字放大縮小, 都會使字體失真, 因此字型廠商在設計這類的字型時, 就需要準備大小不同的多種字, 例如 16 × 16 的小字, 128 × 128 的大字。

23 文字輸出的方式 較大的字型會佔用較大的空間：在點陣字中, 每個小方格是利用 1 Bit 的 0、 1 來表示黑或白, 因此一個 16 × 16 大小的字, 就會佔用 16 × 16 = 256 Bits 的空間。 較大的字型也會因而佔用較大的空間, 例如 128 × 128 大小的點陣字所佔用的空間, 將是 16 × 16 字型的 64 倍。

24 文字輸出的方式 描邊字 (Outline Fonts)：描邊字在儲存時, 是儲存每個字輪廓的曲線, 而這些曲線是用數學運算式表示。
當要使用到某個字時, 會 立刻經由運算式計算出這 個字的輪廓, 所以描邊字 型在放大時, 就不會產生 如點陣字的鋸齒狀, 因而 比較美觀。

25 文字輸出的方式 也由於描邊字沒有點陣字所具有的缺點, 因此是目前電腦字型的主流, 例如一般常見的 TrueType Font 字型, 及有些印表機內建的 Postscript 字型, 均屬描邊字。 雖然描邊字放大後不會失真, 但在顯示小字時, 有時卻會有粗細不一、或模糊等現象。為了解決這個問題, 現在有些描邊字會同時內含小字的點陣字, 當要使用小字時, 就直接以點陣字顯示。

26 9-3 影像媒體 俗話說：「圖片會說話」, 有時一張圖片的效果勝過千言萬語。影像是目前應用最廣的多媒體資料型態之一, 而這裡講的「影像」, 是指所有能直接出現在電腦裡的圖片, 並不包含一般的照片、書本裡的圖片、或畫在紙上的塗鴉等。

27 取得影像的方式 在目前的電腦應用裡, 我們可透過數位相機、數位攝影機 (DV)、掃描器……等多種方式來取得影像。

28 取得影像的方式

29 取得影像的方式

30 9-3-1 關於影像的術語 要瞭解影像之前, 有 4 個相關的名詞是您必須了解的：像素、影像尺寸、列印尺寸與列印解析度。

31 像素 我們在電腦螢幕上看到的圖片, 其實是由許多細微的小格點所組成, 這些小格點稱之為像素 (Pixel)。像素裡面僅包含了顏色的資訊, 換言之, 像素只是一個填滿顏色的小點而已！ 每個像素都有一個明確的顏色, 許多不同顏色的像素排列後就構成了一張圖片。這就像拼圖一樣, 由一堆小圖塊拼成一大張圖, 只不過像素比單一拼圖塊小太多了, 除非將影像放到很大, 否則很難用肉眼辨別這些小格點：

32 像素

33 影像尺寸 像素是影像的尺寸單位, 所以我們可以用 "水平方向像素數目 × 垂直方向像素數目" 的方式來表示影像尺寸, 例如 800 × 600、1024 × 768。但是依據每個人螢幕解析度設定的不同, 同一張影像在不同螢幕上所呈現的大小也不一樣。 假設你的螢幕解析度為 1024 × 768, 一張 1024 × 768 的影像將會填滿整個螢幕；同樣一張影像在螢幕解析度為 800 × 600 的螢幕中, 則會超出螢幕的顯示範圍。

34 影像尺寸 一張 1280 × 960 的圖片, 此張圖片所包含的像素總數為：1280 × 960 =1,228,800 點。

35 您的數位相機需要多少像素？ 在現在的日常生活, 幾乎已成為生活必需品的數位相機, 在購買的時候, 相信您常會聽到這台相機是 8 百萬像素、那台相機是一千萬像素……的說法。雖然目前數位相機的像素越來越高, 那到底多少像素才是必要的？像素真的越高越好嗎？ 一般而言, 若您要列印高品質的影像, 才需要特別考慮是多少像素的圖檔 (300 萬、500 萬、800 萬或者更高), 並藉此判斷最合適的輸出大小, 才能得到最好的輸出結果。

36 您的數位相機需要多少像素？ 以 200 萬像素為例, 在列印 4 × 6 的相片時可以得到最佳的輸出品質；若是將其列印成 5 × 7 的相片, 比較兩者實際的列印成品, 您會感覺到後者的細緻程度稍微遜色。 此外, 我們要提醒您, 並非圖檔的總像素愈大, 列印出來的品質就愈好！經實際列印測試,發現使用 500 萬像素圖檔列印 4 × 6 的照片時, 品質和使用 200 萬像素的圖檔列印出來的成品差不多, 所以使用 200~300 萬像素照相, 就已經能夠應付 4 × 6 的輸出要求了。

37 您的數位相機需要多少像素？

38 列印尺寸 影像的列印尺寸, 即是我們一般常用的 4 × 6 吋、13 × 18 公分...等。我們可以利用影像尺寸及列印解析度 (稍後說明) 計算出影像的列印尺寸： 例如一張 1600 × 1200 像素的影像, 以列印解析度 300 像素/英吋來列印, 可算出列印尺寸會是 5.3 × 4 英吋。

39 列印解析度 列印解析度是指列印圖片時, 單位長度內的像素數目, 一般是以每英吋所含的像素數目計算, 其單位為像素/ 英吋 (PPI, Pixel Per Inch)。列印解析度愈高, 單位長度內所含的像素就愈多, 其品質也就愈細緻；反之, 列印解析度愈低, 輸出的品質也就愈粗糙。

40 列印解析度 想想看, 同樣一張圖片分別以 100 及 50 列印解析度來列印。在一英吋的長度中, 有100 個像素的圖片, 當然會比只有 50 個像素的圖片細緻許多。因為前者有更多的像素可以做變化, 也就是可以容納更多的顏色；以 50 列印解析度列印的圖片則像素較少, 顏色變化就會比較少, 這樣圖片的品質當然比較差。

41 列印解析度

42 9-3-2 影像的色彩 在一般常見的影像中, 主要分成了以下 6 種類型。接下來為了方便大家比較, 我們用同一張圖片來當例子, 讓您清楚辨別各種影像類型。 黑白：黑白影像的特色就是 「非黑即白」 , 也就是一張圖片裡只能有純黑及純白兩種顏色而已。除非拿來做一些特殊的視覺效果, 一般人很少會用到真正黑白的圖片；或者將文字稿件掃描進電腦時, 掃成黑白影像, 可以減少檔案大小。

43 9-3-2 影像的色彩 黑白圖片看起來好像有深淺的灰色分別, 其實是像素疏密排列所造成的錯覺, 實際上每個像素仍然只有黑色及白色。

44 9-3-2 影像的色彩 黑白影像每個像素只有 1 Bit 的空間能表現顏色。因為以 1 Bit 記錄 0 或 1 兩種數值, 所以只有兩種變化：最亮 (白色) 或最暗 (黑色)。

45 9-3-2 影像的色彩 灰階：灰階影像除了純黑和純白之外, 還可以包含深淺不同的灰色, 說穿了就是在黑色與白色之間加上不同的明暗度 (把黑色調亮一點, 不就變成灰色嗎？) 所以嚴格來說, 黑白影像也算是灰階影像的一種。 由於每個像素佔有 8 Bits 的空間, 所以明暗度也就有 28 = 256 種變化, 但也僅止於由黑到白的亮度變化而已, 無法出現紅色、綠色等其他色彩。

46 9-3-2 影像的色彩 一般我們說的 「黑白照片」 或 「黑白電視」, 其實應該是灰階的才對！

47 9-3-2 影像的色彩 16 色：16 色影像是屬於索引式色彩 (Index Color), 每張圖片都搭配著一個 16 色的色盤 (Color Palette), 就好像我們在畫畫時用的調色盤一樣。 不過這個色盤只有 16 個格子, 所以圖片的顏色最多只能有 16 種, 至於要放哪 16 種顏色, 則可由使用者自行決定, 總之不能超過 16 色。如果我們把原本色彩豐富的圖片轉換成16 色, 那麼有些顏色就會表現不出來, 而變成四圖那樣。

48 9-3-2 影像的色彩 在 16 色影像中, 每個像素佔有 4 Bits 的空間, 所以有 24 = 16 種顏色變化。

49 9-3-2 影像的色彩 在索引式色彩中, 每個像素並不是記錄著顏色的亮度、色彩等資訊, 而是儲存該顏色在色盤中的編號。例如儲存著 「005」 , 表示要顯示色盤中的第 5 號顏色 (假設是紅色)。如果您把色盤中的第 5 號顏色變成綠色, 那麼所有記錄著 「005」 的像素就會統統變成綠色。

50 9-3-2 影像的色彩 256 色：256 色和 16 色影像一樣, 也是一種索引式色彩。因為每個像素佔有 8 Bits 空間, 所以最多可以有 28 = 256 種顏色。256 色聽起來不多, 但人的眼睛也不是厲害到能辨別出每種顏色的不同, 從螢幕上看起來, 全彩或 256 色的影像並不容易看出明顯的差別。

51 9-3-2 影像的色彩 不過, 若是要將影像用於輸出 (列印或沖洗), 就比較容易看出明顯差異。因此, 全彩仍是目前較普遍使用的影像色彩。
高彩：每個像素由 R (紅)、G (綠) 及 B (藍) 三種顏色混合而成, 其中紅色及藍色是以 5 Bits 表示, 綠色則是用 6 Bits 表示, 因此每個像素佔用了 16 Bits 的空間, 能呈現的顏色變化數則為 216 = 65,536 種顏色。

52 9-3-2 影像的色彩 雖然目前的作業系統 (如 Windows 及Linux) 都能以高彩模式顯示, 不過, 大部分的影像格式並不支援此影像色彩。 全彩：每個像素也是由 R(紅)、G(綠) 及 B(藍) 三種顏色混合而成, 紅、綠及藍各分別佔 8 Bits 空間, 所以一個像素就佔了 24 Bits, 也就是有 224 = 16,777,216 種顏色變化, 這已經超過肉眼所能辨識的極限了, 所以被稱為全彩影像。由於全彩影像可以包含豐富的色彩, 所以最常拿來做影像處理之用。

53 9-3-2 影像的色彩 有些作業系統或影像處理軟體會用更高的 32 Bits 或 48 Bits 來表示全彩影像, 這樣的影像將具有更好的品質。

54 影像色彩與影像資料量大小的關係 一張圖片的資料量大小 (也就是用了幾個 Bytes ), 與像素數目及影像類型成正比。例如要計算一張 800 × 600、全彩影像的資料量, 首先我們知道全彩影像是 1 個像素佔了 24 Bits, 也就是 3 Bytes (1 Byte = 8 Bits), 而這張圖片共有 800 × 600 個像素, 所以用掉的資料量就是：

55 影像色彩與影像資料量大小的關係 不過, 實際上儲存檔案時, 除了儲存每個像素的顏色之外, 還會記錄此張圖的長寬、影像類型等資訊；而且大部分的圖檔格式在存檔時都會壓縮, 依據存檔格式的不同, 壓縮的方法及比率也有所差異, 所以實際的圖檔大小要等到存檔完成之後才會知道。

56 影像色彩與影像資料量大小的關係 通常多媒體檔案的壓縮方法可以概分為 「破壞性」 與 「非破壞性」 兩種 (亦可稱 「失真」 與 「非失真」)。破壞性壓縮法在壓縮時會捨棄不重要或可忽略的資料, 以提高壓縮率, 有效減少檔案的大小。 不過因為部分資料已經捨棄, 所以壓縮後無法逆向還原為原始資料, 故稱為破壞性壓縮。至於非破壞性壓縮則保留所有資料進行壓縮, 所以資料不會破壞或失真。一般來說, 非破壞性壓縮的壓縮率都較低, 檔案會比較大。

57 9-3-3 常見的影像格式 目前一般常見的影像格式有以下幾種：
BMP 影像格式：BMP (bitmap) 是微軟公司所提出的點陣圖格式, 原本是專門用在 Windows 作業系統上, 讓各軟體的圖檔能彼此相容。 BMP 檔雖然普遍, 但有個壞處是無法壓縮全彩圖檔, 所以存檔後會變得很大 (影像佔用多少資料量, 存檔後就有多大)；而 256 色、16 色和灰階圖片則可壓縮, 壓縮後圖片不會失真, 但儲存和開啟的速度會比較慢。

58 9-3-3 常見的影像格式 GIF 影像格式：GIF (Graphics Interchange Format) 是網頁上最常用的圖檔格式, 原因是它可存成透明圖 (把其中一種顏色變透明)、交錯圖 (在瀏覽器中慢慢顯現) 和動畫 (把多張 GIF 圖片連續重疊成一個檔案), 而且提供「非破壞性壓縮」, 存檔後的體積比原來小, 圖片也不會失真。

59 9-3-3 常見的影像格式

60 9-3-3 常見的影像格式 GIF 最多只能儲存 256 色的色彩數目, 所以在儲存之前, 必須將圖片轉為256 色、16 色、灰階或黑白的影像類型, 才能存成 GIF 檔。 JPG 影像格式：JPG (Joint Photographic Experts Group, 亦可縮寫為JPEG) 也是網頁常用的圖檔格式, 它的壓縮率非常驚人, 原本 1 MB 的圖片存成 JPG 檔後, 可能只剩幾十 KB 而已 (視影像的顏色相似程度, 及設定的壓縮率而異)。

61 9-3-3 常見的影像格式 由於 JPG 格式屬於破壞性壓縮, 存檔時會捨棄一些不重要的像素 (捨棄後, 就再也救不回來), 因此可能造成圖片失真。不過一般而言, 若不使用過高的壓縮率, 肉眼很難看出壓縮前後品質的差異。 儲存 JPG 檔時, 一般可在影像處理軟體中調整壓縮率, 壓縮率設越高, 影像的品質越低；壓縮率越低, 則影像越接近原來的品質, 但檔案也相對地較大。JPG 格式支援全彩、灰階等影像類型。

62 9-3-3 常見的影像格式 PNG 影像格式：早期由於 GIF 所用的壓縮技術有權利金問題, 所以 PNG (Portable Network Graphics) 格式就成為 GIF 的另一種選擇, 在網際網路上作為非破壞性壓縮的影像格式, 並能製作出透明背景的效果。 其與 GIF 不同之處在於：PNG 支援全彩影像, 但無法儲存動畫。PNG 支援的影像類型：全彩、256 色、16 色、灰階及黑白影像類型。

63 9-3-3 常見的影像格式 PNG 格式是 W3C 建議的網路圖檔格式, 目前 IE 和 Firefox 都支援 PNG 格式。若想知道某個應用程式是否有支援, 可參考 libpng.org/pub/png/pngapps.html 。

64 9-3-3 常見的影像格式 TIF 影像格式：TIF (Tagged Image File Format, 亦可縮寫為 TIFF) 是影像處理界最普遍支援的圖檔格式, 這是因為它可以跨平台、提供非破壞性壓縮, 並支援印刷成品輸出用的 CMYK 色彩模式, 所以大多數的影像處理軟體及排版軟體都會支援 TIF 圖檔 (如果您有買過較專業的圖庫光碟, 會發現它的圖片檔也都存成 TIF 格式, 以方便排版及印刷的需求)。

65 9-3-3 常見的影像格式 TIF 支援全彩、256 色、16 色、灰階及黑白影像類型, 目前也唯有 TIF 檔能存成 16 Bits 灰階及 48 Bits 的全彩類型, 如果影像是要做為印刷用途, 那麼存成 TIF 檔是最好的方式。 RAW 影像格式：這是在中高階數位相機中可儲存的圖檔格式。一般數位相機的感光元件捕捉影像之後 (請參考 4-9 頁) , 會先經由數位訊號處理器 (DSP, Digital Signal Processor) 加以處理再存成檔案, 因此不管是 JPG 或 TIF 檔都已經是經過修正補償的結果。

66 9-3-3 常見的影像格式 然而相機的數位處理能力畢竟不如 PC 或更高級的影像軟體, 而且對於專業人士而言, 相機所做的處理也可能不符合他們的需求, 所以相機廠商就提供了 RAW 檔的選項, 將感光元件所抓取的原味影像不加處理地存成檔案, 這種檔案就叫做 RAW (未處理的) 檔。

67 9-3-3 常見的影像格式

68 隨堂練習 1.一張 1280 × 960 像素的影像, 以列印解析度 300 像素/英吋列印, 其列印出來的大小為何？ 2.請問一張 1600 × 1200 的 256 色圖檔, 在不壓縮及不包含額外資訊的情況下, 所佔用的儲存空間是多少？ 3.請利用任一影像處理軟體, 將一張圖檔分別存成 BMP、GIF、JPG、PNG 及 TIF 等影像格式, 並比較其檔案大小及影像品質。

69 隨堂練習 4.請利用任一影像處理軟體, 將一張全彩圖檔分別轉成黑白、灰階、16 色、256 色, 並比較檔案大小及影像品質。

70 9-4 聲音媒體 除了以肢體語言溝通之外, 聲音是人類能彼此傳達訊息的重要媒介之一。
而電腦在加上了聲音之後, 也使得人類的感受更加身歷其境。底下, 我們介紹電腦中數位聲音的重要技術, 及常見的聲音格式。

71 9-4-1 數位聲音的形成原理 聲音的形成是先由發聲源發出聲波後, 經由氣體、液體或固體介質的傳播, 逐漸擴散出去。而隨著聲波傳播的距離越遠, 單位面積的能量也越少, 使得聲音越來越小。

72 9-4-1 數位聲音的形成原理

73 9-4-1 數位聲音的形成原理 要把類比形式的聲波轉換成數位形式的資料儲存起來, 需先經由麥克風收音之後, 再由電腦進行類比/數位聲音的轉換, 轉換之後才能儲存在電腦中。而將類比聲音轉換成數位聲音時, 決定轉換後聲音品質好壞的因素, 主要有以下 2 點：

74 9-4-1 數位聲音的形成原理 取樣頻率：每秒鐘聲音取樣的次數, 單位為赫茲 (Hz, 每秒鐘 1 次)。例如取樣頻率為 96 K 赫茲, 即表示每秒鐘取樣 96 × 1000 次。取樣的頻率越高, 聲音的品質就會越好, 缺點則是需要越多的儲存空間, 及更多電腦運算時間。 取樣大小：當對聲波取樣時, 每個取樣樣本要用幾個 Bit 表示。

75 9-4-1 數位聲音的形成原理 例如取樣大小為 8 Bits, 即表示每個樣本以 8 Bits 表示, 因此其聲音大小可用 0 到 255 之間的數字來表示 (2 的 8 次方為 256)。取樣的位元數越高, 聲音的品質也會越好, 但需要更多的儲存空間, 及更多的電腦運算時間。

76 9-4-1 數位聲音的形成原理 下表是音樂 CD 、收音機、電話的取樣頻率及取樣大小的列表比較：

77 宇宙中發出轟然巨響？ 聲音需要有介質才能傳播, 因此在真空的環境裡是無法傳遞聲波的。如果我們身處外太空的真空環境中, 實際上, 根本無法聽見聲音。 有些太空大戰的影片, 常會演出宇宙的物體發生爆炸, 而發出轟然巨響, 其只是為了達到聲光效果, 並沒有學理上的依據。

78 9-4-2 聲音的資料量 一段聲音資料量的大小, 是由取樣頻率及取樣大小所決定。如剛剛所述, 音樂 CD 的取樣頻率是 44.1 K 赫茲, 而取樣位元數為 16 Bits。所以如果錄一段長度為 10 秒鐘, 且具 CD 品質的單聲道聲音, 則其所需的資料量如下：

79 9-4-2 聲音的資料量 不過, 現在有些聲音格式在儲存時會進行壓縮, 並加上其他有關此聲音的資訊, 因此實際聲音檔案的大小要等到存檔之後才會知道。

80 9-4-3 常見的聲音格式 目前一般常見的聲音格式有以下幾種：
MIDI 聲音格式：MIDI (Musical Instrument Digital Interface) 檔採用電腦的合成音效。實際上, MIDI 格式並不是一段錄好的聲音, 而是一連串的控制訊號, 要求音效卡發出內建音源所組成的樂器聲音。 MIDI 檔的檔案大都很小, 一段 30 秒長度的 MIDI 音樂, 大約只有 4 K～5 KBytes 而已, 相當適合於網路上的傳輸。不過MIDI 只能用來合成樂曲, 無法拿來錄製真實的聲音。

81 9-4-3 常見的聲音格式 WAV 聲音格式：WAV (或稱WAVE) 檔案的原理與 MIDI 檔不同, 它是透過取樣方式, 將聲音記錄下來, 因此所需佔用的空間量相當大。若取樣頻率越高, 所產生的資料量也越大, 但也越能接近不失真的效果。

82 9-4-3 常見的聲音格式 MP3 聲音格式：有鑑於 WAV 聲音所佔用的空間實在太大, 因此就產生了 MP3 (MPEG-1 Audio Layer 3) 的聲音格式, 其會將聲音經過 MPEG (Moving Picture Experts Group) 壓縮法 (稍後說明) 進行失真性壓縮後儲存。一段 50 MB 左右的 WAV 檔轉成 MP3 格式之後, 往往只剩下 4、5 MB。

83 9-4-3 常見的聲音格式 雖然 MP3 是採用失真性壓縮的演算法, 但其聲音的品質還是很高, 一般人並無法聽出轉換前後的細微差別, 同時也因為儲存空間的大幅減少而廣受歡迎。 RealAudio 聲音格式：這是由 RealNetworks 公司所發展出來的。它是一種壓縮的音效檔, 可經由 RealPlayer 提供即時解壓縮, 將聲音還原後加以播放。此外, 亦支援串流技術, 具有線上播放的能力。

84 9-4-3 常見的聲音格式 WMA 聲音格式：WMA (Windows Media Audio) 是微軟公司所推出的聲音格式。相較於 MP3, 它有更好的壓縮率及聲音品質, 並支援串流技術, 還能加入版權保護。

85 9-4-3 常見的聲音格式

86 9-4-3 常見的聲音格式 AMR 聲音格式：AMR (Adaptive Multi-Rate) 是一種針對人類語音最佳化的編碼格式, 目前許多手機錄音時會使用此格式儲存檔案。

87 何謂串流 串流 (Streaming) 技術, 指的是使用者在播放網路上的聲音或視訊時, 可以一邊下載檔案一邊播放聲音, 不必等到完整下載後才能播放。串流技術讓使用者得以很快地就能觀看網路上的媒體, 而不需要一段長時間的等待。 串流技術普遍應用於網路直播、隨選視訊、視訊會議、遠距教學…等應用上。目前支援串流技術的軟體主要有微軟公司的 Windows MediaPlayer、RealNetworks公司的 RealPlayer 及 Apple 公司的 QuickTime。

88 9-4-4 MPEG 壓縮聲音的原理 MPEG 壓縮法是由 Moving Picture Experts Group 組織所研發, 可用於壓縮聲音與影像等兩種資料, 本節先介紹 MPEG 壓縮聲音的原理, 後面會另行說明 MPEG 如何壓縮影像。 在聲音中, 除了包含人類聽的到頻率外, 還有人類聽不見或比較不易察覺的頻率；而在心理學上, 有所謂的遮蔽效應 (Masking)。

89 9-4-4 MPEG 壓縮聲音的原理 其意思為：當人類聽到一個很突出的聲響時, 將不容易同時聽到其他細微的聲音, 例如突然聽到鞭炮聲, 此時遠方若同時有小孩的講話聲, 一般人就不容易聽到。 既然這些頻率或聲音是人類聽不見或較不敏感的, MPEG 壓縮法便是藉由消除這些部分、或減少這些頻率的儲存空間, 來達到壓縮的目的。

90 9-4-4 MPEG 壓縮聲音的原理 然而, 雖然壓縮聲音時, 是消除人們較不敏感的部分, 但畢竟仍屬於破壞性的失真壓縮。因此, 如果有些聲音 (如古典音樂) 的品質較被重視, 當其壓縮時, 應該就要採用較高的取樣頻率與大小；而有些壓縮軟體也會提供多種壓縮等級讓使用者挑選。

91 隨堂練習 1.請利用任一聲音處理軟體 (如 Windows Media Player) 將音樂 CD 分別存成 MP3 與 WMA 的聲音格式 (儲存時, 亦可試著設定不同的擷取品質), 並比較其檔案大小及聲音品質。 2.請問以 44.1 K 赫次的取樣頻率、8 Bits 的取樣位元數, 錄製一段 1 分鐘的聲音, 在不壓縮及不包含額外資訊的情況下, 此聲音檔所佔用的儲存空間是多少？

92 9-5 視訊媒體 隨著科技文明的進步, 單只有影像或聲音已經不能滿足一般人的渴望, 同時結合影像及聲音的視訊已成為電腦視聽娛樂的趨勢。

93 9-5-1 視訊形成的原理 視訊是指聲音及連續影像以同步方式播放。就視覺而言, 要看到如動畫的效果, 是利用眼睛 "視覺暫留" 的特性, 在短時間內, 播放連續的畫面, 看來就會如同連續動作一般。 至於每秒鐘要播放幾張畫面, 才算達到動畫的效果, 則依不同的規格而異。一般而言, 每秒只要播放 12 張以上, 看起來就會有動畫的感覺。

94 9-5-1 視訊形成的原理 而目前世界的電視訊號主要分成台灣、日本、北美等地區使用的 NTSC 及歐洲的 PAL 等 2 種規格, 其中 NTSC 每秒鐘需播放 30 張的畫面, PAL 則規定每秒 25 張。此外電影則為每秒 24 張。 決定視訊播放品質優劣的要素包括：影像的大小、每秒播放的畫面數及聲音的品質。

95 9-5-1 視訊形成的原理 因此想要有更好的視訊畫面, 就需要有更大的影像尺寸、每秒更多的畫面數及更理想的聲音品質。然而根據前兩節的資料量分析, 每秒鐘 24 ~ 30 張的影像將需要很大的儲存空間。如果想更進一步利用網路進行線上播放, 還非得有相當高的頻寬才行。

96 9-5-2 常見的視訊格式 常見的視訊檔案格式, 多屬於容器 (Container) 檔案格式, 亦即該檔案格式定義的是如何存放視訊、音訊, 甚至字幕、選單等不同格式的資料。至於視訊和音訊是使用何種轉碼器 (codec) 壓縮、編碼, 則非容器檔案格式所規範。目前常見的視窗檔案格式包括：

97 9-5-2 常見的視訊格式 AVI (Audio Video Interleave)：微軟公司於 1992 年針對 Video for Windows 軟體所推出的容器格式。早期主要使用微軟 Microsoft Video 1 壓縮技術, 不過許多採用 MPEG 4 (後詳) 技術的影像軟體也都使用 AVI 格式儲存, 所以目前仍常見到此類檔案。

98 9-5-2 常見的視訊格式 QuickTime：由 Apple 公司所發展出來的一種跨平台的多媒體格式 (副檔名為 .mov 或 .qt), 在各種作業系統上都有支援 QuickTime 的播放軟體。檔案中以稱為 atom 的資料結構來儲存媒體資料, 並將描述媒體的資訊與媒體本身分開存放, 因此在進行影片編修時非常方便, 例如只需儲存編修的片段, 不需整個檔案都重新儲存。

99 9-5-2 常見的視訊格式

100 9-5-2 常見的視訊格式 您可到 http://www.apple.com/quicktime/ 網址下載 QuickTime 播放軟體。
MPEG-1：副檔名通常為 .mpg 或 .mpeg, 使用 MPEG (Moving Picture Experts Group) 組織 1992 年發表的 MPEG-1 視訊、音訊壓縮標準儲存的影音格式, 其功能可讓 NTSC、PAL 的視訊壓縮至 1.5MBps 的資料率, 可達 26:1 的壓縮率, 因此至今仍常見到此類檔案格式。

101 9-5-2 常見的視訊格式 MPEG-2：副檔名同樣為 .mpg 或 .mpeg, 有時也可見到 .m2v 的檔案 (僅含視訊), 使用功能較強的 MPEG-2 規格 (也就是 DVD-Video 採用的壓縮格式), 例如 MPEG-1 僅支援立體聲, 但 MPEG-2 則支援 5.1 環場音效。

102 9-5-2 常見的視訊格式 MPEG-4：副檔名為 .mp4, 採用 MPEG-4 標準, 在 MPEG-4 Part 14 定義的檔案格式其實是由 QuickTime 格式發展而來, 但加入新的 atom 類型, 以支援 MPEG-4 規格中的功能。 MPEG-4 規格中定義的視訊壓縮技術其實已廣泛被不同的轉碼器所使用, 所以使用其它檔案格式儲存的視訊影片, 只要使用 MPEG-4 的轉碼器, 也算是廣義的 MPEG-4 影片。

103 9-5-2 常見的視訊格式 RealVideo：由 RealNetworks 公司所研發, 是目前 Internet 頗為普及的視訊格式 (副檔名為 .rm 或 .rmvb)。 WMV (Windows Media Vedio)：微軟公司所推出的視訊格式, 使用微軟自行開發的 MPEG-4 轉碼器, 有相當好的壓縮比, 也具有串流能力。

104 9-5-2 常見的視訊格式 SWF：副檔名為 .swf, 原本是用於 FLASH 等軟體製作, 以向量式動畫為主的網頁動畫格式, 但後來加入視訊功能, 可用於播放內嵌的視訊或串流, 也支援播放 FLV 格式的視訊。 FLV (Flash Video)：副檔名為 .flv, 如其名稱所示, 是專為 FLASH 播放視訊而設計的檔案格式, 採用 MPEG-4 AVC (或稱 H.264) 壓縮技術, 是目前 Youtube 等影片、新聞網站廣泛使用的格式。

105 9-5-3 MPEG 壓縮視訊的原理 在動畫裡, 一般而言, 連續的兩張畫面只會有細微的變化, 例如以下這幅連續的動畫, 有隻蜜蜂在花叢裡飛舞：

106 9-5-3 MPEG 壓縮視訊的原理 在上述的 3 張連續畫面裡, 背景的花叢是固定的, 只有蜜蜂的位置與姿勢有所不同。

107 9-6 多媒體硬體簡介 在 1990 年左右的電腦, 一般都只有主機、螢幕、鍵盤、頂多加上滑鼠等設備, 並沒有音效卡、喇叭、光碟機...等能產生各種聲光效果的設備。 隨著科技的進步, 以及人們想要更好的視聽效果, 使用者開始在電腦上加裝能產生音效的音效卡及喇叭、播放 CD 的光碟機, 甚至由於當時 CPU 效能不好, 還會加裝專門解 MPEG 壓縮, 以能流暢播放 VCD 的 MPEG 卡。

108 9-6 多媒體硬體簡介 而當時附有音效卡、喇叭及光碟機的電腦, 就被稱為多媒體電腦。
從前的多媒體電腦基本上指的是含有光碟機、音效卡及具有 MPEG 解壓縮能力的電腦, 目前一般電腦都已經符合。此外, 現今電腦 CPU 運作效能已經都很快, 利用 CPU 做 MPEG 軟體解壓縮, 早已不是問題, 因此再也不需要加上硬體 MPEG 解壓縮卡輔助, 所以多媒體電腦規格的意義已經不大。

109 9-6 多媒體硬體簡介 值得一提的是, 現在多媒體的週邊愈來愈多, 例如數位相機、數位攝影機、掃描器、搖桿、DVD 、5 件式喇叭、視訊擷取卡、視訊攝影機、電視外接盒…等。只要經費許可, 就可以將電腦改裝成一部符合各種視聽娛樂需求的享樂主機。

110 9-6 多媒體硬體簡介

111 9-7 多媒體軟體簡介 之前介紹的都是關於多媒體的硬體配備, 其實要發揮多媒體的各種效果, 當然還要有適當的軟體搭配。本節即以作業系統及應用軟體 2 類做介紹。

112 9-7-1 支援多媒體的作業系統 目前市面上比較多人使用的作業系統有 Windows、Linux、Unix 及 Mac OS 等。
其中 Linux 及 Unix 一般的應用還是偏向於企業、伺服器用途, 在多媒體週邊的支援上略嫌不足。Mac OS 則具有很強的圖形處理能力, 相當適合於多媒體應用上, 不過其硬體價格較高。Windows 則是目前市場佔有率最高的作業系統, 現今大部分的多媒體軟體或週邊在推出時, 都會支援 Windows。

113 9-7-1 支援多媒體的作業系統 Windows XP/Vista/7 是微軟公司所推出的作業系統, 無論是數位相機、數位攝影機、掃描器…等多媒體週邊, 利用 Windows XP/Vista/7 內建的各種工具和精靈即可輕鬆使用, 再加上 Windows Media Player 媒體播放軟體, 更能充分發揮多媒體效能。

114 9-7-2 多媒體應用軟體 除了底層的作業系統要能支援多媒體週邊之外, 還要有應用軟體才能發揮出各種效果。在此處, 我們列舉一些常見的多媒體應用軟體。

115 家用影片編輯軟體 Movie Maker Movie Maker 是 Windows XP/Vista 內建的應用軟體, 支援數位攝影機, 也可匯入現成的影音檔。在影片處理上, 可以將多個影片檔案剪輯成一部電影, 也可以將單一影片切成許多小片段, 再重新排列組合, 搭配上背景音樂及旁白, 而成為一部效果十足的電影檔。製作完成之後, 還可選擇將電影傳送到網路上或製作成光碟。

116 家用影片編輯軟體

117 家用影片編輯軟體 Windows 7 並未內建 Movie Maker, 不過使用者仍然可以到 下載並安裝最新版本的 Movie Maker。

118 家用影片編輯軟體 會聲會影 會聲會影 (Video Studio) 軟體是由 Corel 資訊公司所推出的影片編輯軟體, 相較於 Movie Maker, 功能更強大, 不過需要另行付費購買。會聲會影可從DV 擷取影片、也可讀取其他現有的影片檔, 讀取後即可剪修影片, 加入轉場特效、文字說明、配樂、錄製旁白…等, 最後再燒錄成 DVD/BD 或輸出成檔案。

119 家用影片編輯軟體 甚至可直接上傳到 Youtube 、Facebook 等網站做分享有關會聲會影的進一步說明, 請參考 網頁介紹。

120 家用影片編輯軟體

121 家用影片編輯軟體 威力導演 威力導演 (Power Director) 是由訊連科技公司推出的影片編輯軟體, 與會聲會影軟體功能類似, 從 DV 或各種輸入裝置擷取影片檔後, 即可加入影片特效、文字特效、轉場特效, 並製作播放選單、子母畫面, 錄製旁白、配樂及各種音效等, 最後輸出成 DVD/BD 或 WMV、RealVideo、QuickTime 串流檔。

122 家用影片編輯軟體 有關威力導演軟體的進一步介紹, 可參考 網頁。

123 專業影片編輯軟體 Adobe Premiere Pro 是由國際知名廠商 Adobe 公司所推出, 同樣是專業的影片剪輯軟體, 如果想更進一步瞭解 Adobe Premiere Pro, 可參考 /products/premiere.html 網頁的說明。

124 動畫製作軟體 FLASH 是目前最受歡迎的動畫製作軟體, 如阿貴、訐譙龍等大家耳熟能詳的動畫人物, 都是使用 FLASH 所製作的。FLASH 是一套集向量繪圖、動畫製作及互動設計 3 大功能於一身的動畫製作軟體。如果您想更進一步瞭解此軟體, 可參考 網頁。

125 動畫製作軟體

126 隨堂練習 1.請討論在您的日常生活中, 是否已在進行一些多媒體的應用 (如自己做影片剪輯、收看線上直播)。 2.請找一套本章所介紹的多媒體應用軟體, 試著操作看看。

127 特別企劃－閱讀新未來－電子書 自從蔡倫造紙後, 紙本書籍一直是人類傳播知識、記錄文化的最佳載具, 一千多年以來, 雖然收音機、電視等新媒體陸續出現, 但是『閱讀』仍然是人類相當重要的文化活動。 自從人類步入資訊時代, 電腦與網路已經改變了許多人欣賞音樂與電影的方式, 但是紙本書籍對人類的重要性仍然不可撼動。

128 特別企劃－閱讀新未來－電子書 紙本書籍之所以能繼續維持重要性, 在於音樂與電影都可以輕易地改用電腦欣賞, 但是很多人都無法習慣透過電腦螢幕閱讀文字, 因此電子書過去一直只是願景, 無法真正地流行。 不過隨著科技的進步, 電子書的技術也越來越成熟, 美國 Amazon 公司於 2007 年推出 Kindle 電子書閱讀器, 體積與重量都相當輕巧, 可以方便拿在手上進行閱讀, 正式帶動電子書閱讀器及電子書市場起飛。

129 特別企劃－閱讀新未來－電子書 而 Amazon 於 2011 年 1 月也發布消息指出,　在他們的網路書店, Kindle 電子書銷售量已超越紙本書籍。

130 特別企劃－閱讀新未來－電子書

131 特別企劃－閱讀新未來－電子書 一台電子書可以裝下數十、數百本書籍, 而且文字數位化之後, 還可以方便讀者進行搜尋、索引等操作, 又不用砍樹造紙兼具環保功能, 使用電子書的好處可說相當多。

132 特別企劃－電子書的顯示技術 目前電子書閱讀器的顯示方式分成兩種, 一種是新式的『電子紙』, 另一種則是傳統的 LCD 液晶螢幕。
電子紙是以舒適觀看文字為目的所研發的技術, 希望可以取代真正的紙張。電子紙與紙張一樣不會發光, 必須依靠外在光源才能閱讀, 也因此比較不傷眼睛, 適合長時間閱讀, 而且也更能節省電力, 只要不翻頁改變內容便不需要供電, 所以採用電子紙技術的　Kindle 可以長達數天至一個月不需要充電。

133 特別企劃－電子書的顯示技術 目前電子紙的技術已經可以做到彩色顯示, 並且具備可以彎折的柔軟度, 幾乎已經達到取代紙張的目標。

134 特別企劃－電子書的顯示技術

135 特別企劃－電子書的顯示技術 除了電子紙以外, 越來越輕薄的 LCD 液晶螢幕也是電子書閱讀器的另一選擇, 例如　Apple 公司的 iPad 便是採用 LCD。相較於尚未完全成熟的電子紙技術, LCD 已經是非常成熟的產品, 彩色與動態影像的顯示能力較佳, 可以方便顯示圖片與影片, 充分表現多媒體的效果。 但 LCD 耗電量較大, 所以採用 LCD 的電子書閱讀器通常使用數個小時後便需要充電。

136 特別企劃－電子書的顯示技術

137 特別企劃－電子書的軟體環境 電子書閱讀器只是用來閱讀的硬體, 在硬體逐漸成熟之下, 還必須有相對應的文字內容, 才能讓我們享受電子書閱讀的樂趣。 目前電子書的格式大多數與硬體綁住, 例如使用 Kindle 便只能至 Amazon 購買電子書。過去紙本書籍出版後便可以直接在書局、便利商店...等不同通路銷售, 但是現在如果要出版電子書, 需要將內容轉換成不同格式, 甚至可能需要重新排版, 才能在各電子書網站通路銷售。

138 特別企劃－電子書的軟體環境 為了解決解決這個問題, 統一電子書格式可說勢在必行。目前電子書格式之爭最主要的兩個競爭者為 Amazon 支持的 AZW, 以及 Google、Apple 支持的 ePub, 此外　PDF、HTML 或 TXT...等格式也有人採用, 誰能勝出仍是未定之天。

139 特別企劃－電子書的軟體環境 除了採用上述電子書格式以外, 部分業者或個人出版者將書籍製作成 Java 或 iPhone 應用程式, 只要在支援 Java 的手持裝置或者 iPhone/iPod 上執行程式, 便可以顯示書籍內容, 可說是另一種呈現電子書的方式。

140 特別企劃－電子書的軟體環境 和英文電子書相比, 中文電子書還會面臨編碼問題, 許多中文書籍製作時採用 Big5 編碼, 不過因為 Big5 編碼缺少很多非常用字 (例如王建煊的煊), 所以過去如果書籍內包括這些字, 便必須由美編自行造字, 而這些自造的字轉成電子書格式後就會成為亂碼, 也因此採用 Big5 編碼所製作的書籍轉成電子書後, 可能必須重新校對修正亂碼。

141 特別企劃－電子書的軟體環境

142 特別企劃－電子書 ＝ 閱讀的未來？ 電子書無疑是熱門的產品, 閱讀從書本轉向電子書是一種相當可能的趨勢, 但是電子書是否真的會如隨身聽、手機那樣成為人手一台的產品卻仍然值得觀察, 因為許多人目前還是眷戀於紙張在手指間翻動的感覺。 電子書可能會完全取代紙本書籍, 也有可能未來是兩者共存的局面。

143 特別企劃－電子書 ＝ 閱讀的未來？ 不論時代如何變遷、工具如何改變, 知識與文化才是人類追求的重點, 只要新的工具可以更方便地達到傳承知識文化的目的, 相信多數人都會樂見新趨勢的到來。