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计算机绘图与多媒体第1页，此课件共68页哦6.2.1 声波技术基础v声音是纵波，如图6-2-1所示。v决定声波的物理特性有振幅、频率和相位。图6-2-1 声波的基本形式第2页，此课件共68页哦声波的物理特征v声音的强度国际标准的参照声：在1kHz频率的正弦波中，能被人耳察觉的最弱声压大约是2.8310-4dyn/cm2。v声波的频率指物体每秒钟振动的次数。一般人的听力范围是 20Hz20kHz。这个频率区域称为可闻声段，大致可分为低频、中频和高频。v相位指波形的变化方向，如果是多个波形组合，起始相位可以相同或不同。第3页，此课件共68页哦声波的物理特征v在某一个瞬时T，不同波形的相位都可以是不同的图6-2-2 波形的相位和波形瞬时T第4页，此课件共68页哦声音的数字原理v模拟声音的信号是个连续量，可能由许多具有不同振幅和频率的正弦波组成。必须将模拟声音数字化后才能在计算机中进行处理。v声音的模/数转换（ADC），就是将模拟的声音信号转化成计算机能识别的数字信号。v声音的数/模转换（DAC），即由数字声音变成模拟的波形。第5页，此课件共68页哦声音的数字化过程图6-2-3 声波的数字化量化采样编码模拟声音数字声音按时间对声波分割从而提取波形的样本。横轴表示时间纵轴表示振幅第6页，此课件共68页哦量化-将模拟信号的采样值用数字方法读出v量化过程-将采样后的信号按整个声波的幅度划分为若干个区段，把落入某区段的样值归为一类，并赋予相同的量化值。图6-2-4声音的采样声音在数字化后的波形图第7页，此课件共68页哦编码v编码是按一定的格式将离散的数字信号记录下来。v并在数据的前、后加上同步、纠错等控制信号。v音频编码有许多标准，分别用于不同的应用环境。第8页，此课件共68页哦数字声音质量的主要因素v声音的采样速率即采样频率，单位为Hz（赫兹）。v流行的采样频率主要为：22.05KHz、44.1KHz、48KHzv采样速率越高，采样周期越短，单位时间内得到的数据越多，对声音的表示越精确，音质越真实。v但是高采样率的数据将占有很大的空间。第9页，此课件共68页哦数字声音质量的主要因素v声音可以有多个通道个数v声音的采样还与声道数有关：单声道只有一个数据流，立体声的数据流至少在两个以上。立体声在时间和空间上都能显示更好的效果，但相应数据量将成倍增加。第10页，此课件共68页哦数字声音质量的主要因素v采样数据量采样数据的存储容量计算公式如下：存储容量(字节)=采样频率采样精度/8声道数时间v为了减少数据量，采样且量化后的数据常要进行压缩。第11页，此课件共68页哦与采样的数字声音质量有关的参数：v采样精度：即采样位数或采样分辨率，表示采样点的等级数。常用的采样精度分别是8位、16位和32位。用8位二进制描述采样点的幅值可以有256个等级，若用16位二进制分割，则分为65536个区。v采样位数越多，可分出的幅度级别越多，则分辨率越高，失真度越小，录制和回放的声音就越真实。但是位数越多，声音质量越高，所占空间就越大。v国际标准的语音采用8位二进制位编码。第12页，此课件共68页哦6.2.2 常用的声波编辑方法vCool Edit Pro 2.1软件的功能特点v高精度多链接高精度多链接。提供32-bit 音频处理精度，支持 24bit/192kHz 以及更高的精度。支持 SMPTE/MTC Master、视频、CD、MIDI、等设备。v两种编辑模式。两种编辑模式。单轨模式可以对一个音频文件或者部分音节进行编辑。多轨模式允许同时打开多个音频文件，支持轨数最多为128轨。v强大的音频编辑功能。强大的音频编辑功能。支持可选的插件、崩溃恢复、自动静音检测和删除、自动节拍查找、录制等。可以创建音调、歌曲、声音、弦乐、颤音、噪音。v丰富的特效功能。丰富的特效功能。提供实时效果器、实时均衡处理器。提供超过 40 种音频效果器，使作品增色：放大、降低噪音、压缩、扩展、回声、失真、延迟等。v支持多音频文件格式和格式转换。支持多音频文件格式和格式转换。第13页，此课件共68页哦Cool Edit Pro 2.1的界面播放控制缩放控制当前时间音节属性所选部分和视图中音频属性管理窗格波形窗格第14页，此课件共68页哦Cool Edit的编辑一般过程1.创建新文件，录制声音或从CD、视频文件中导入音频。或打开已有的音频文件。2.设置音频文件必要的参数。3.对需要处理的各个音频文件进行单轨编辑和效果处理。4.在多轨模式下，对多个音轨进行剪切、粘贴、合并、重叠声音等编辑。5.保存或输入所编辑的音频文件。第15页，此课件共68页哦6.2.3 语音技术v语音是音素、音位到句子音段、轻重音到语调等语音手段的统称。语音以语言系统有声单位的形式出现具有语言学区别功能。v计算机对语音的处理主要包括：对语音的采样、识别、模拟和合成。数字语音也是通过对模拟语音采样、A/D转换、并按一定的方式进行编码而形成，可以用波形文件保存。第16页，此课件共68页哦语音识别技术v语音自动识别的最终目标是要将连贯的语音机械地变换成文字符号系。v目前，语音的自动识别基本上采用：孤立词的模式匹配识别有限词汇的连续识别。v孤立词的模式是一种认人的识别方式。实验结果表示，一般识别率都在95%以上。孤立词的模式识别系统的原理如图6-2-7所示。第17页，此课件共68页哦连续语音识别原理图6-2-7 连续语音识别原理切分规则拼音规则单词库语法及语义规则音素库音变规则音段切分音素识别音节识别单词识别语句识别连续语音流 输入识别结果 输出第18页，此课件共68页哦语音合成两种实现途径v可通过再生预存的语音信号再生预存的语音信号方式，是采用了数字存储技术，预先存入的语音信号，然后将预先存入的单音或词组拼接成语音。v可通过模拟发声模拟发声方式采用数字信号处理的方法。第19页，此课件共68页哦6.2.4 MIDI合成音乐技术vMusic Instrument Digital Interface即音乐设备的数字化界面。它是人们可以利用多媒体计算机和电子乐器去创作、欣赏和研究音乐的标准协议。vMIDI的组成包括：通信协议、连接器及其传播格式。通信协议中还包括乐器演奏选择、混合和平移声音和电子乐器控制等MIDI消息。第20页，此课件共68页哦MIDI合成音乐技术v数字音乐的编码事先把很多乐器排列、基本发声规律、和音乐的各种色彩等全部列出并用相应的数字来编号。vMPC中的音频卡应包含：MIDI合成器:能演奏的多种乐器及复合音MIDI输入/输出端口:连接合成音乐设备音效:在硬件上实现了回声、混响、和声等效果。第21页，此课件共68页哦6.2.5 MIDI音乐制作vCakewalk的功能特点v提供快速、高效地创作音乐和声音的集成环境，可用来录制、编辑和播放MIDI乐曲。还可输出相对应的具有歌词、表情示意在内的五线乐谱。v联合编辑功能：支持MIDI设备、乐器、音频和视频，可联合编辑创建成具有视频界面在内的音乐作品。v播放控制:可以自动搜索、部分播放、顺序播放和循环播放等，还可自定义乐曲列表。录音前允许选择不同的录音模式，如采用混合式、替换式或自动替换式。第22页，此课件共68页哦为每个音序文件提供多达256个同步音轨每个音轨可创建不同乐器所演奏的乐曲。第23页，此课件共68页哦Cakewalk的编辑窗口第24页，此课件共68页哦6.2.6 常用音频格式和格式转换vWAV声波格式波形文件中包含了模拟声音的采样数据，以二进制码的形式编排而成。v功能较强的音频播放和编辑软件：Creative Wave Studio、Sound Forge、Cool Edit Pro、Wave Lab、Media Studio 等。第25页，此课件共68页哦MIDI文件格式vMIDI文件储存着MIDI资料和命令，包括音色、音符、时间码、速度、调号、拍号、键号等乐谱指令，能保存多达16个通道的音乐信息。按照指令中时间码的顺序，音序器能够精确地按时间合成音乐，再现文件内部的乐谱指令所包含的音乐旋律。v标准的MIDI格式文件扩展名是mid，包括格式0和格式1。可以用任何MIDI软件进行创建、编辑和处理，但不能保存如强弱、其它符号、歌词等信息。v非标准的MIDI文件。可以记录一些“.mid”文件无法记录的内容。例如：可以记录强弱、其它符号、歌词的tri格式，可以记录歌词、表情等内容的.wrk（Cakewalk软件）格式、Band-In-a-box的“.sgu”格式。自定格式的文件可以把效果器代码和参数、音场和位向、混响度等等信息通过系统码的方式保存在文件中。第26页，此课件共68页哦MP3压缩音频格式vMP3 即MPEG1 Layer 3 使用了 MPEG1 Audio Layer 3 技术，可将音频文件以1:10至1:12的压缩率进行压缩。vmp3文件压缩比例通常用比特率bps表示比特率越高，压缩文件就越大，音质就越好。MP3文件的特点是文件存储空间和音质损坏都较小，便于存储和网上传播。第27页，此课件共68页哦文件压缩比率和播放媒体最低位率MP3（Layer 3）的文件压缩比率较高，但播放媒体最低位率相对较低第28页，此课件共68页哦mp3PROv是MP3格式的新版本。针对原来mp3技术中损失了的音频细节进行独立编码处理，并捆绑在原来的mp3数据上，在播放的时候通过再合成而达到良好的音质效果。vmp3PRO的特点是降低了压缩比，并可以在64KB/s速率下最大限度地保持压缩前的音质。第29页，此课件共68页哦网络流媒体文件格式vReal Media其中包含RA、RMA，特点是可以在低达28.8kbps带宽下提供好音质。vWindows Media包含了Windows Media Audio&Video 编码和解码器、可选集成数字权限管理系统和文件容器。其特点是高质量、高安全性、最全面的数字媒体格式。可用于 PC、机顶盒和便携式设备上的流式处理和下载并播放等应用程序。第30页，此课件共68页哦6.3 图像和图形本章介绍计算机图像获取、图类数据原理、色彩模式，并结合常见的计算机图类软件。第31页，此课件共68页哦6.3.1 图像的获取v计算机图像的获取主要可通过摄像头、照相机、摄像机、扫描仪、屏幕截取、网络下载等方式。v由于许多照相机和摄像机已经直接拥有直接插拔的USB接口，可以将它们作为闪存一样来进行存取。第32页，此课件共68页哦图像扫描v软件提供：标准控制、高级控制和参数设置面板v基本参数:包括扫描任务、图像类型、分辨率、缩放比、标尺单位选择、锁定选项和扫描结果图像方向变换等设置。v附加参数:包括动态范围、色调曲线、亮度和对比度、滤镜和去网。对应的下拉列表提供可选参数，而右边的按钮提供更高级的自定义设置。第33页，此课件共68页哦扫描文字的识别vOCR软件（表格文字识别系统）可将文字扫描后转换成可逐字的编辑文字vOCR软件的功能：可直接启动扫描软件文字的倾斜矫正、版面分析、文字识别、文字校对和文件输出等。第34页，此课件共68页哦6.3.2 数字图形/图像基础v数字图像可以有多种编码方式，所采用的颜色编码与色彩模式和颜色深度有关。v关系到试图要模拟出的色彩。v关系到试图要模拟的颜色层次。第35页，此课件共68页哦色彩空间v色彩模型就是用于描述和重现色彩的方法例如：HSB 模型。v“色彩空间”或“色域”某种色彩模型所组成的色彩的集合实际上就是颜色范围。第36页，此课件共68页哦常见的彩色模式包括：v位图模式用1bit描述，可描述黑白两种颜色。v索引色彩模式用8bit描述，最多可以使用256种颜色。v灰度模式最多使用256级灰度来表现图像，图像中的每个像素有一个0（黑色）到255（白色）之间的亮度值。vHSB模式是根据人眼的视觉特征而制定的，HSB色彩模式将自然界的颜色看作由色相(Hue)、饱和度(Saturation)、明亮度(Brightness)组成。第37页，此课件共68页哦常见的彩色模式vRGB模式，R代表红色，G代表绿色、B代表蓝色。由于该模型的混合色是通过R、G、B三种颜色叠加组合而成的，所以，RGB模型也称为加色模型。vCMYK模式，CMYK 模型以打印在纸上的油墨的光线吸收特性为基础。当白光照射到半透明油墨上时，色谱中的一部分被吸收，而另一部分被反射回眼睛。vLab 模式，它是在 1931 年国际照明委员会(CIE)制定的颜色度量国际标准模型的基础上建立的。1976 年，该模型经过重新修订并命名为 CIE L*a*b。第38页，此课件共68页哦色彩深度v色彩深度是指构成图像颜色的总数目，用bit表示采用1 bit（即一个二进制位）来描述的颜色深度，那么就只能描述黑、白两种颜色。而4 bit就可以表示16种颜色的位图图像。8 bit 就可以表示256种颜色（即28256），16 bit 就可表示65536种颜色。24 bit 位图就可显示具有1600多万种颜色。v显示器的色彩深度取决于计算机与显示相关硬件的支持性。第39页，此课件共68页哦位图图像的原理v计算机位图图像，其基本数据单位是像素。也就是说位图图像是由在空间上离散的像素组成，每个像素具有不同颜色和亮度。v影响位图质量的重要因素就是分辨率。v与图像有关的分辨率包括：图像分辨率、显示分辨率、打印分辨率、扫描分辨率、像素分辨率。第40页，此课件共68页哦图像分辨率v是指构成图像的像素总数以水平和垂直的像素表示v显示组成位图图像的像素越多或表示每个像素的位数越多，则分辨率越高，图像质量就越好。但所需要存储的数据量也就越大。图6-3-1 图像的组成第41页，此课件共68页哦分辨率v显示分辨率是指在某种显示方式下，在屏幕上最大的显示区域中，可显示的像素总数。v打印分辨率、扫描分辨率分别是打印机和扫描仪的性能指标，决定打印或扫描图像的图像细节。这些分辨率的大小通常用DPI来描述，表示每英寸可表示的像素点数。v像素分辨率是指像素本身的尺寸。不同的图像显示设备，像素的尺寸可能不同。第42页，此课件共68页哦文件数据量v彩色图像文件的数据量：v计算公式：B=(hw c)/8v其中：B（字节）代表数据量 v h为垂直像素数 v w为水平像素数 v c为色彩深度第43页，此课件共68页哦有关位图文件v图像的清晰度取决于图像分辨率和设备分辨率，v图像的真实程度取决于像素的色彩深度。v图像分解比较困难，各成分的边界较模糊。v位图文件的数据量比较大第44页，此课件共68页哦矢量图形的原理v图形（Vector Graphic）又称矢量图，它的基本单位是直线、圆、圆弧、矩形等几何图形，几何图形是用指令方法来描写的。v显示矢量图，需要对这些图形指令进行解释或者说要进行运算，将这些图形形状被转换成位图。容易组合也容易拆分第45页，此课件共68页哦矢量图的特点v矢量图是文件的数据量比较小，容易修饰和处理，因为它的组件可以单独处理的。v矢量图的不适应性不便于描述人物、风景等实物和实景。v图形的显示是通过计算而得的说明了图形的清晰度与显示器的分辨率无关。同时图形的计算需要一定的时间。第46页，此课件共68页哦位图文件格式vWindows 的位图格式(有bmp、rle和dib)bmp 是非压缩的文件，支持124bit色彩，文件能较好地保存原图像质量，文件比较大，不便于在网上传输，而且Web 浏览器不支持。rle是一种经过压缩的文件，dib是与设备无关的文件。v通常情况下，在Web网页中使用图片，应该选用那些被绝大多数浏览器支持的图片格式GIF、JPEG和SWF。第47页，此课件共68页哦GIF图像交换格式vGIF（Graphic Information Format）主要用来记录一些重要的图像资料如尺寸、颜色和缩码等。GIF格式适用于多种操作系统，并广泛支持 Internet标准。vGIF颜色数较少，最多只支持256种颜色。vGIF 图片支持有限的透明度，但不支持如alpha 通道这样的半透明或褪色效果。vGIF格式支持无损压缩、图像进行交错处理。v在GIF 文件规范的 GIF89a 版本中支持基于帧的动画 GIF。第48页，此课件共68页哦JPEG联合摄影专家组格式vJPEG（Join PhotoGraphic Experts Group）是一种高度压缩的全彩色图像格式。vJPEG 是与应用平台无关的图像格式支持无损压缩编码也支持有损压缩编码。有损压缩的JPEG文件压缩比率可以是10:1 到 20:1，最高可达 100:1。但是，在高压缩比下的图像质量会下降。第49页，此课件共68页哦PNG便捷式图像格式vPNG（Portable Network Graphic）PNG可以同时支持基于调色板和全真彩色的图像提供了无损压缩模式alpha通道透明度支持伽玛校正支持交错vPNG格式综合了JPG和GIF格式的优点GIF格式支持多图像文件和动画文件，而PNG 不支持压缩比方面，PNG的压缩比高于GIF，但与JPEG的有损耗压缩相比，PNG提供的压缩量较少。第50页，此课件共68页哦矢量图文件格式vPS格式（PostScript）是强大的stack-based编程语言，主要用来描述文字及图形，受到很多激光打印机支持。vEPS格式（Encapsulated Postscript）包含了Postscript的指令，即以文字描述图像。vEPS DCS格式EPS DCS（Desktop Color Separation）在Photo内可以储存这格式。图形文件储存DCS后，会共有5个图形文件出现，包括有C.M.Y.K各版以及预视的72DPI影像图形文件。第51页，此课件共68页哦PDF特性vPDFv（Adobe Portable Document Format）v需要一个软件名为ADOBE ACROBAT READER 便可以开启这个图形文件。第52页，此课件共68页哦6.3.3 认识 Photoshop 软件v优秀的平面美术设计软件，它提供了功能全面的修饰、绘画、绘图和 Web 工具等工具组，以功能完善、性能稳定和使用方便。vPhotoshop的功能随着版本的升级而增强。v下面以Photoshop CS为背景介绍图像处理软件的基本功能和方法，其中CS的意思是Creative Suit，它是继Photoshop 7.0之后的版本。第53页，此课件共68页哦Photoshop主要的功能特点主要的功能特点 v绘图功能提供炭笔、蜡笔、湿画笔、干画笔、形状、钢笔等。v文本编辑功能提供文本输入、格式、编辑、排版和艺术字和检索。v色彩环境软件提供适合多种应用的领域的颜色模式。v编辑功能拥有强大的图像选择、形变、修复、和修饰等功能。v选择功能提供几何选择、磁性选择、魔棒或“颜色范围”、钢笔工具和抽出隔离等多种方式。第54页，此课件共68页哦Photoshop主要的功能特点主要的功能特点 v变换功能更改画布大小、旋转、翻转、扭曲或斜切。还可以进行裁切图像、二维变换对象、三维变换对象、仿制和修复图像、修饰图像。v图像修复可自动保留原始照片的阴影、光照和纹理。v色彩调节多种色彩调节方法可用来对图片进行调节。v层功能组成图像的各个元素可以分层编辑处理。v文件管理可以搜索图像、快速检查、修改文件属性、文件排序和文件夹管理。v图像效果提供上百种特殊效果滤镜，还允许自行义添加滤镜。第55页，此课件共68页哦Photoshop工作界面 面板窗面板选项栏画布图6-3-3 Photoshop工作界面工具箱第56页，此课件共68页哦6.3.4 Photoshop的使用v选择工具图6-3-4 选择工具第57页，此课件共68页哦例1：使用选择工具：任务是试创建多选区和制作边缘被羽化的图像 图6-3-5 选择工具处理图像选区的增加选区的羽化第58页，此课件共68页哦使用绘画工具图6-3-6 绘画工具第59页，此课件共68页哦例2：使用绘画工具：任务是试画出“花瓣”图案、仿制图案、填充选区、创建颜色渐变层。第60页，此课件共68页哦使用绘图工具图6-3-9 绘图工具第61页，此课件共68页哦例3：使用形状工具绘图，任务是创建形状图层、填充像素图层和路径描边图层。图6-3-10 使用形状工具第62页，此课件共68页哦例4：使用矢量工具绘制复杂图案，如图6-3-11所示。任务是绘制交叉的工作路径，并通过工作路径在图层中创建填充图案。图6-3-11 矢量图绘制用前景色填第63页，此课件共68页哦例5：使用文字工具，绘制如图6-3-14 所示的文字。任务是创建点文字、创建变形的段落文字、创建形状文字。第64页，此课件共68页哦使用颜色、色板和样式第65页，此课件共68页哦使用层混合模式菜单按钮第66页，此课件共68页哦使用蒙版遮罩图像第67页，此课件共68页哦存储图像第68页，此课件共68页哦