多媒体技术基础及应用期末复习指导9.pdf

1/15 多媒体技术基础及应用期末复习指导（本科）多媒体技术基础及应用是中央电大计算机科学与技术专业的限定性选修课程。4 学分，开设一学期。该课程使用的教材为多媒体技术基础及应用和多媒体技术基础及应用辅导与实验，钟玉琢、冼伟铨、沈洪编著，清华大学出版社出版。本课程综合讲述了多媒体计算机的基本原理、关键技术及其开发和应用。要求学生掌握的主要内容有：多媒体计算机的定义及其关键技术；视频音频信息的获取与处理；多媒体数据压缩编码技术；多媒体计算机硬件及软件系统结构、超文本和超媒体、多媒体计算机的应用技术。通过学习这些内容，为今后开展多媒体领域的研究和开发工作打下良好的基础。为了电大的同学更好地复习和掌握这门课程的知识，下面按照教案大纲要求，对各章的复习要点进行归纳总结，并给出相应的练习题及解答，供大家复习时参考。一、复习的主要内容第一章多媒体计算机概述1.多媒体计算机的定义和分类多媒体计算机的定义是：计算机综合处理多媒体信息（文本、图形、图像、音频和视频）使多种信息建立逻辑连接、集成为一个系统并具有交互性的技术。简单地说：计算机综合处理声、文、图信息；具有集成性和交互性。多媒体计算机的分类，从开发和生产厂商以及应用的角度出发可以分为两大类：一类是家电制造厂商研制的电视计算机（Teleputer），是把CPU 放到家电中通过编程控制管理电视机、音响。有人称它为“灵巧”电视-Smart TV；另一类是计算机制造厂商研制的计算机电视（Compuvision），采用微处理器（80X86，68XXX）作为CPU，其它设备还有VGA 卡，CD-ROM，音响设备以及扩展的多媒体家电系统，有人说它的发展方向是TV-Killer。2.多媒体计算机要解决的关键技术（1）视频音频信息的获取技术；（2）多媒体数据压缩编码和解码技术；（3）视频音频数据的实时处理和特技；（4）视频音频数据的输出技术。3.多媒体技术促进了通信娱乐和计算机的融合(1)多媒体技术是解决数字化及HDTV 的可行方案应用多媒体技术制造高清晰度电视(HDTV)它可以支持任意分辨率的输出,而且输入输出分辨率可以独立,输出分辨率也可以任意地改变。可以用任意的窗口尺寸输出，同时还具备许多新的功能，如图形功能、视频音频特技以及交互功能。高清晰度数字电视技术及交互式电视技术由于采用了数字式视频数字式音频及MPEG 压缩编码算法以便于数据传输、存储及计算机控制和管理。国际标准MPEG-，提供了四种工具：空间可扩展性、时间可扩充性、信噪比可扩充性及数据分块等。（2）利用多媒体技术制作VCD、DVD 及影视音响应用多媒体计算机技术可制作VCD、DVD、影视音响卡拉OK 机等。VCD 播放系统主要有两种，一种是MPEG 播放卡，另一种是VCD 播放机。MPEG 卡由 Mediamatics 公司研制的，这种卡由三块主要的芯片：MX501、4Mbit-DRAM和 40MHzOSC。它由视频音频解码2/15 加速器、PCI 总线/主机寄存器组成。(3)个人信息通信中心（PIC）多媒体计算机由于具有录音机、电话（可视电话）、图文传真机、立体声音设备、电视机和录音像机等多种功能。通过联网在网上传输多种信息，因此，有人称它为个人信息通信中心（PIC）。第二章音频信息的获取与处理 1.数字音频的基本概念（）模拟音频与数字音频技术声音是一种机械振动，振动越强，声音就越大。例如话筒把机械振动转换成电信号，这是一种模拟的音频，它是以模拟电压的幅度表示声音的强弱。数字音频技术是把表示声音强弱的模拟电压用数字表示，如0.5V 电压用数字20 表示，2V 电压用80 表示。模拟电压的幅度，即使在某电平范围内，也可以取无穷多个，如1.2V、1.21V、1.215V。而用数字来表示音频幅度时，只能把无穷多个电压幅度用有限个数字表示。把某一幅度范围的电压用一个数字表示，这叫做量化。数字音频是通过采样量化把模拟量表示的音频信号转换成许多二制数1 和 0 组成数字音频文件。（）数字音频的文件格式与转换多媒体技术中常用的声音文件格式有：WAV 文件 WAV 是Microsoft公司的音频文件格式。Microsoft sound system 软件Sound Finder 可以转换AIF，SND 和 VOC 文件到WAV 格式。其中AIF 是 Apple 计算机的音频文件格式；SND 是另一种计算机的波形音频文件格式；VOC 文件 VOC 文件是 Creative 公司波形音频文件格式。利用声霸卡提供的软件可实现VOC 和 WAV 文件的转换。程序VOC2WAV 转换 Creative的 VOC 文件到Microsoft的 WAV 文件。程序WAV2VOC 转换 Microsoft 的 WAV 文件到Creative 的 VOC 文件。MIDI 文件 MIDI 文件是（Musical Instrument Digital Interface）乐器数字接口的缩写。RMI 是 Microsoft 公司的 MIDI 文件格式。2.音频卡的功能及工作原理（）音频卡的功能音频卡的功能有以下几个主要方面：音频录放、编辑、音乐合成、文语转换、CD-ROM接口、MIDI 接口、游戏接口等。音频录放数字化音频采样频率范围：5kHz44.1kHz；量化位：8 位 16 位；通道数：立体声单声道。编码与压缩：基本编码方法有PCM(脉冲编码调制)；压缩编码方法有ADPCM（8:4；8:3；8:2；16:4）；CCITT 律（13:8）CCITT 律（14:8）实时硬件压缩软件压缩。音频录放的自动动态滤波。文档编码:CR1V9Y7W1X5 HM8U7G5P9J4 ZJ6X1L7C4M4文档编码:CR1V9Y7W1X5 HM8U7G5P9J4 ZJ6X1L7C4M4文档编码:CR1V9Y7W1X5 HM8U7G5P9J4 ZJ6X1L7C4M4文档编码:CR1V9Y7W1X5 HM8U7G5P9J4 ZJ6X1L7C4M4文档编码:CR1V9Y7W1X5 HM8U7G5P9J4 ZJ6X1L7C4M4文档编码:CR1V9Y7W1X5 HM8U7G5P9J4 ZJ6X1L7C4M4文档编码:CR1V9Y7W1X5 HM8U7G5P9J4 ZJ6X1L7C4M4文档编码:CR1V9Y7W1X5 HM8U7G5P9J4 ZJ6X1L7C4M4文档编码:CR1V9Y7W1X5 HM8U7G5P9J4 ZJ6X1L7C4M4文档编码:CR1V9Y7W1X5 HM8U7G5P9J4 ZJ6X1L7C4M4文档编码:CR1V9Y7W1X5 HM8U7G5P9J4 ZJ6X1L7C4M4文档编码:CR1V9Y7W1X5 HM8U7G5P9J4 ZJ6X1L7C4M4文档编码:CR1V9Y7W1X5 HM8U7G5P9J4 ZJ6X1L7C4M4文档编码:CR1V9Y7W1X5 HM8U7G5P9J4 ZJ6X1L7C4M4文档编码:CR1V9Y7W1X5 HM8U7G5P9J4 ZJ6X1L7C4M4文档编码:CR1V9Y7W1X5 HM8U7G5P9J4 ZJ6X1L7C4M4文档编码:CR1V9Y7W1X5 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彩色空间现代的彩色电视系统中，一般采用摄像机把摄到的彩色图像信号，经过分色棱镜分成R0、G0、B0三个分量的信号，经过放大和校正后得到RGB 信号，再经过矩阵变换电路得到亮度信号Y 和色差信号R-Y、B-Y，最后发送端将Y、R-Y 及 B-Y 三个信号进行编码，用同一信道经过高频功率放大，通过天线发送出去。这种信号就是常用的YUV彩色空间表示。由于这种彩色空间的亮度信号Y 解决了彩色电视与黑白电视的兼容问题，而且实验表明人眼对彩色图像细节的分辨能力比对黑白低得多，因此可以对色度信号U、V 采用“大面积着色原理”用亮度信号Y 传送细节而用色差信号U、V 进行大面积涂色。采用YIQ 彩色空间表示的好处是人眼的彩色视觉特性表明，人眼分辨红、?黄之间颜色变化的能力最强，而分辨蓝与紫之间颜色变化的能力最弱。(3)RGB 与 YUV 和 YIQ 之间的转换彩色摄像机得到的信号是经过校正的RGB 信号。考虑到和黑白电视机兼容及压缩编码，在传送过程中包含亮度信号和色差信号，则亮度方程可简化为：Y0.3R 0.59G0.11B。从这个公式可看到，采用三基色显示彩色时，各基色组成亮度Y 的比例关系是不变文档编码:CR1V9Y7W1X5 HM8U7G5P9J4 ZJ6X1L7C4M4文档编码:CR1V9Y7W1X5 HM8U7G5P9J4 ZJ6X1L7C4M4文档编码:CR1V9Y7W1X5 HM8U7G5P9J4 ZJ6X1L7C4M4文档编码:CR1V9Y7W1X5 HM8U7G5P9J4 ZJ6X1L7C4M4文档编码:CR1V9Y7W1X5 HM8U7G5P9J4 ZJ6X1L7C4M4文档编码:CR1V9Y7W1X5 HM8U7G5P9J4 ZJ6X1L7C4M4文档编码:CR1V9Y7W1X5 HM8U7G5P9J4 ZJ6X1L7C4M4文档编码:CR1V9Y7W1X5 HM8U7G5P9J4 ZJ6X1L7C4M4文档编码:CR1V9Y7W1X5 HM8U7G5P9J4 ZJ6X1L7C4M4文档编码:CR1V9Y7W1X5 HM8U7G5P9J4 ZJ6X1L7C4M4文档编码:CR1V9Y7W1X5 HM8U7G5P9J4 ZJ6X1L7C4M4文档编码:CR1V9Y7W1X5 HM8U7G5P9J4 ZJ6X1L7C4M4文档编码:CR1V9Y7W1X5 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行、隔行扫描、帧频为25Hz、场频为50Hz、行频为15625Hz、以及同步方式、频带宽度等。（b）彩色电视信号中应包含有一个代表图像的亮度信号（称为亮度信号），这个信号中彩色接收机和黑白接收机中均能重现黑白图像。（c）彩色电视图像信号中还应包含有代表图像颜色的信号（称为色度信号）和色同步信号。彩色全电视信号的组成彩色全电视信号是由色度信号F、亮度信号Y（或用B 表示）、复合消隐信号A（包括行消隐和场消隐信号）、复合同步信号S（包括行同步和场同步信号）等迭加在一起组成的，通常可用符号FBAS 来表示。在我国消隐电平规定为零电平，因此，在彩色全电视信号中实际上并没有迭加特定的消隐信号。另外，为了接收机解调色度信号的需要，在彩色全电视信号中还应包括色同步信号，这是由位于行同步后肩，具有十个周期左右的副载波组成。（3）视频信息和获取技术 利用计算机产生彩色图形，静态图像和动态图像。利用彩色扫描仪，扫描输入彩色图形和静态图像。利用视频信号数字化仪，将彩色全电视信号经数字化处理后，输入到多媒体计算机中，获得静态和动态图像。3.视频采集卡的组成 模数（AD）变换和数字解码 窗口控制器 帧存储器系统 数模（DA）转换和矩阵变换 视频信号和VGA 信号的叠加 数字式多制式视频信号编码 4.视频卡的工作原理视频卡的工作原理（参考教材上视频卡的工作原理框图）可概述为：视频信号源、摄像机、录像机或激光视盘的信号首先经过模数（AD）变换，送到多制式数字解码器进行解码得到Y、U、V 信号，然后由视频窗口控制器对其进行剪裁，改变比例后存入帧存储器。帧存储器的内容在窗口控制下，与VGA同步信号或视频编码器的同步信号同步，再送到数模（DA）变换器模拟彩色空间变换矩阵，同时送到数字式视频编辑器进行视频编文档编码:CR1V9Y7W1X5 HM8U7G5P9J4 ZJ6X1L7C4M4文档编码:CR1V9Y7W1X5 HM8U7G5P9J4 ZJ6X1L7C4M4文档编码:CR1V9Y7W1X5 HM8U7G5P9J4 ZJ6X1L7C4M4文档编码:CR1V9Y7W1X5 HM8U7G5P9J4 ZJ6X1L7C4M4文档编码:CR1V9Y7W1X5 HM8U7G5P9J4 ZJ6X1L7C4M4文档编码:CR1V9Y7W1X5 HM8U7G5P9J4 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多媒体数据压缩编码技术1、多媒体数据压缩的重要性和分类(1)为什么要进行数据压缩多媒体信息包括了文本、数据、声音、动画、图形、图像以及视频等多种媒体信息。虽然经过数字化处理后其数据量是非常大的，如果不进行数据压缩处理，计算机系统就无法对它进行存储和交换。另一个原因是图像、音频和视频这些媒体具有很大的压缩潜力。因为在多媒体数据中，存在着空间冗余、时间冗余、结构冗余、知识冗余、视觉冗余、图像区域的相同性冗余、纹理的统计冗余等。它们为数据压缩技术的应用提供了可能的条件。因此在多媒体系统中必须采用数据压缩技术，它是多媒体技术中一项十分关键的技术。(2)数据压缩方法的分类常用的压缩编码方法可以分为两大类，一类是无损压缩法；另一类是有损压缩法。常用的数据压缩方法按其原理分类也可分为：预测编码、变换编码、量化与矢量量化编码、信息熵编码、分频带编码、结构编码和基于知识的编码。2.量化的基本原理(1)量化的概念和原理量化的作用是在图像质量或声音质量达到一定保真度的前提下，舍弃那些对视觉或听觉影响不大的信息。量化的过程是模拟信号到数字信号的映射。模拟量是连续量，而数字量是离散量，因此量化操作实质上是用有限的离散量代替无限的连续模拟量的多对一的映射操作。量化概念主要来自于从模拟量到数字量的转换，即A/D 转换，也就是通过采样把连续的模拟量离散化。量化过程预先设置一组判决电平和一组重建电平，各个判决电平覆盖一定的区间，所有判决电平将覆盖整个有效取值区间。量化时将模拟量的取样值同这些电平比较，若采样值幅度落在覆盖区间之上，则取这个量化级的代表值，称为码字。一个量化器只能取有限多个量化级，因此量化过程不可避免地存在量化误差。3.常用的压缩编码（1）统计编码(2)预测编码（3）变换编码 4多媒体数据压缩编码的国际标准（1）静态图像压缩编码标准JPEG 1986 年 CCITT 和 ISO 两个国际标准化组织联合成立了一个联合图像专家组JPEG（Joint Photographic Experts Group），致力于建立适合彩色和单色灰度级的连续色调静止图像的压缩标准。（2）运动图像压缩编码标准MPEG MPEG 标准是ISO/IEC 委员会的第11172 号标准，是针对全活动视频的压缩标准。该标准包括MPEG 视频、MPEG 音频和MPEG 系统三大部分。MPEG 视频是面向位速率约1.5Mbit/s全屏幕运动图像的数据压缩；MPEG 音频是面向每通道数率为64，128 和192kbit/s 的数字音频信号的压缩。MPGE 输入图像亮度信号的分辨率为360 240，色度信号的分辨率为180 120，每29.97 帧，采用双向运动补偿。MPEG 把输入的视频信号分成组，用三种图像格式标出：帧内图像、预测图像和差补图像。每组中的第一帧用帧内图像格式编码，第1M、2M、3M文档编码:CR1V9Y7W1X5 HM8U7G5P9J4 ZJ6X1L7C4M4文档编码:CR1V9Y7W1X5 HM8U7G5P9J4 ZJ6X1L7C4M4文档编码:CR1V9Y7W1X5 HM8U7G5P9J4 ZJ6X1L7C4M4文档编码:CR1V9Y7W1X5 HM8U7G5P9J4 ZJ6X1L7C4M4文档编码:CR1V9Y7W1X5 HM8U7G5P9J4 ZJ6X1L7C4M4文档编码:CR1V9Y7W1X5 HM8U7G5P9J4 ZJ6X1L7C4M4文档编码:CR1V9Y7W1X5 HM8U7G5P9J4 ZJ6X1L7C4M4文档编码:CR1V9Y7W1X5 HM8U7G5P9J4 ZJ6X1L7C4M4文档编码:CR1V9Y7W1X5 HM8U7G5P9J4 ZJ6X1L7C4M4文档编码:CR1V9Y7W1X5 HM8U7G5P9J4 ZJ6X1L7C4M4文档编码:CR1V9Y7W1X5 HM8U7G5P9J4 ZJ6X1L7C4M4文档编码:CR1V9Y7W1X5 HM8U7G5P9J4 ZJ6X1L7C4M4文档编码:CR1V9Y7W1X5 HM8U7G5P9J4 ZJ6X1L7C4M4文档编码:CR1V9Y7W1X5 HM8U7G5P9J4 ZJ6X1L7C4M4文档编码:CR1V9Y7W1X5 HM8U7G5P9J4 ZJ6X1L7C4M4文档编码:CR1V9Y7W1X5 HM8U7G5P9J4 ZJ6X1L7C4M4文档编码:CR1V9Y7W1X5 HM8U7G5P9J4 ZJ6X1L7C4M4文档编码:CR1V9Y7W1X5 HM8U7G5P9J4 ZJ6X1L7C4M4文档编码:CR1V9Y7W1X5 HM8U7G5P9J4 ZJ6X1L7C4M4文档编码:CR1V9Y7W1X5 HM8U7G5P9J4 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个概率，按概率大小排序。将 n 个概率中，最后两个小概率相加，这时概率个数减为n-1 个。将 n-1 个概率，按大小重新排序。重复，将新排序后的最后两个小概率再相加，相加和与其余概率再排序。如此反复重复n-2 次，得到只剩两个概率序列。以二进制码元（0.1)赋值，构成霍夫曼码字。编码结束。在理解上述步骤的基础上，学会给已知的信源编码。第五章多媒体计算机硬件及软件系统结构1.多媒体个人计算机MPC 的技术标准MPC 联盟规定多媒体计算机包括五个部件：个人计算机（PC）、只读光盘驱动器（CD-ROM）、声卡、Windows 操作系统和一组音箱或耳机等组成。并对CPU、存储器容量和屏文档编码:CR1V9Y7W1X5 HM8U7G5P9J4 ZJ6X1L7C4M4文档编码:CR1V9Y7W1X5 HM8U7G5P9J4 ZJ6X1L7C4M4文档编码:CR1V9Y7W1X5 HM8U7G5P9J4 ZJ6X1L7C4M4文档编码:CR1V9Y7W1X5 HM8U7G5P9J4 ZJ6X1L7C4M4文档编码:CR1V9Y7W1X5 HM8U7G5P9J4 ZJ6X1L7C4M4文档编码:CR1V9Y7W1X5 HM8U7G5P9J4 ZJ6X1L7