《多媒体技术》PPT课件 (2).ppt
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1、教学进度教学进度教学进度教学进度片头动画教学进度教学进度教学进度教学进度第七章第七章 多媒体技术多媒体技术 本章主要介绍多媒体计算机硬件与软件方面的基本概念与基础知识,以及在计算机中音频、图像等信息的获取与处理、多媒体数据压缩原理与方法等方面的相关知识。教学进度教学进度教学进度教学进度7.1.1 7.1.1 多媒体计算机的概念多媒体计算机的概念7.1 多媒体计算机技术概述多媒体计算机技术概述媒体分类:2.为为传传送送和和表表达达感感觉觉媒媒体体而而人人为为研研究究出出来来的的媒媒体体(如如ASCII、图图像像、声音、视频编码等声音、视频编码等)1.人人类类通通过过感感观观直直接接感感知知的的信
2、信息息(文文字字、声音、图像等声音、图像等)3.输输入入和和输输出出信信息息的的媒媒体体(如如键键盘盘、鼠鼠标标、显显示器、打印机等示器、打印机等)4.存存储储表表示示媒媒体体的的介介质质(软软盘盘、硬盘、光盘等硬盘、光盘等)5.传传输输的的物物理理载载体体(光纤、电缆等光纤、电缆等)教学进度教学进度教学进度教学进度7.1 多媒体计算机技术概述多媒体计算机技术概述 什么是多媒体计算机技术?什么是多媒体计算机技术?计算机综合处理多种媒体信息(文本、图形、图像、音频、视频和动画),使多种信息建立逻辑连接,集成为一个系统且具有交互性。媒体媒体:在计算机领域,媒体就是存储和传递信息的存储和传递信息的载
3、体,媒体也是表述信息的逻辑载体。什么是多媒体什么是多媒体?u一般人们将文本、音频、视频、图形、图像、动画的综合统称为“多媒体”。u“多媒体”并不是多种媒体的简单收集,而是多种媒体在计算机统一管理下的有机结合,优于多种媒体单独存在的效果,“1+12”教学进度教学进度教学进度教学进度 1984年,Apple公司推出Machintosh图形操作系统。1985年,世界上第一台多媒体计算机问世。1986年,推出光盘系统。1990年,多媒体个人计算机协会制定MPC1标准。1995年,Windows95操作系统问世。Apple计算机计算机(1984)Commodore Amiga系统系统7.1 多媒体计算机
4、技术概述多媒体计算机技术概述 7.1.2 7.1.2 多媒体技术的发展历史多媒体技术的发展历史教学进度教学进度教学进度教学进度7.1 多媒体计算机技术概述多媒体计算机技术概述 多媒体特点是:(1)多样性:多媒体不只处理一种媒体,而必须是综合处理多种媒体,包括图文声像信息。(2)集成性:多媒体不是多种媒体简单的收集,而必须是被有机地集成为系统。(3)交互性:多种媒体系统可以实现人机互动,用户可以根据需要来使用系统。7.1.3 多媒体技术的特点和关键技术多媒体技术的特点和关键技术 关键技术,包括:音频视频信号的获取技术 多媒体数据的压缩编码和解码技术 音频视频数据的实时处理和特技 音频视频数据的输
5、出技术教学进度教学进度教学进度教学进度多媒体信息的主要元素 1文本:包含字母、数字、汉字等基本元素。2图形:指矢量图形式。通过计算而描述的矢量图形通过计算而描述的矢量图形通过计算而描述的矢量图形通过计算而描述的矢量图形多媒体多媒体多媒体多媒体 多媒体多媒体多媒体多媒体各类文字和符号各类文字和符号各类文字和符号各类文字和符号1234 ABCD 1234 ABCD!?;!?;教学进度教学进度教学进度教学进度多媒体信息的主要元素 3图像:位图或像素图形式。4.动画:采用编程或动画软件创作的连续画面。用像素点描述的自然影像用像素点描述的自然影像用像素点描述的自然影像用像素点描述的自然影像编程或动画制作
6、软件生成的画面编程或动画制作软件生成的画面多画面帧动画多画面帧动画多画面帧动画多画面帧动画单画面矢量动画单画面矢量动画单画面矢量动画单画面矢量动画教学进度教学进度教学进度教学进度多媒体信息的主要元素 5.音频:指人耳能听到的连续变化的音波。6.视频:动态的影视图像。数字音频信号、压缩音频信号数字音频信号、压缩音频信号 midimidi音频音频音频音频 wavwav音频音频音频音频 mp3mp3压缩音频压缩音频压缩音频压缩音频用电视摄像设备捕捉的实物场景用电视摄像设备捕捉的实物场景音频音频音频音频 +视频视频视频视频ENDEND教学进度教学进度教学进度教学进度7.1.4 多媒体技术的发展和应用多
7、媒体技术的发展和应用7.1 多媒体计算机技术概述多媒体计算机技术概述教育教育(形象教学、模拟展示)(形象教学、模拟展示)医疗医疗(远程诊断、远程手术)(远程诊断、远程手术)人工智能模拟人工智能模拟(生物、人类智能模拟)(生物、人类智能模拟)商业广告商业广告(特技合成、大型演示)(特技合成、大型演示)影视娱乐业影视娱乐业(电影特技、变形效果)(电影特技、变形效果)教学进度教学进度教学进度教学进度7.1 多媒体计算机技术概述多媒体计算机技术概述 (1)多媒体技术智能化多媒体技术智能化 即把人工智能领域某些研究课题和多媒体计算机技术很好地结合。(2)多媒体信息实时处理和压缩编码算法芯片化多媒体信息实
8、时处理和压缩编码算法芯片化 把多媒体信息实时处理和压缩编码算法直接放置到CPU芯片中,从而大大改善多媒体计算机的性能指标。(3)虚拟现实技术虚拟现实技术 是指运用多种技术综合形成一种模拟现实环境的人造环境,用户在该环境中通过五官和大脑的亲自体验和活动参与到该人造的、虚拟的环境中,可以与之交互。让你感觉到如同置身于真实世界一样。它是多媒体技术的最高境界。7.1.5 未来多媒体技术的发展未来多媒体技术的发展教学进度教学进度教学进度教学进度7.2.1 7.2.1 多媒体计算机硬件系统多媒体计算机硬件系统7.2 多媒体计算机系统多媒体计算机系统教学进度教学进度教学进度教学进度7.2 多媒体计算机系统多
9、媒体计算机系统 (1)基本硬件设备:光盘存储器 光盘存储器由光盘和光盘驱动器构成。光盘用于存储数据,光盘驱动器用于读写光盘中的数据。音频卡 音频卡又名“声卡”,主要用于处理声音,是多媒体计算机的基本配置。不过,目前许多计算机的主板上都集成了声卡的功能,声卡不再以单独形式存在。7.6 音频卡的基本原理教学进度教学进度教学进度教学进度7.2 多媒体计算机系统多媒体计算机系统 音频卡的作用主要有:进行A/D(模/数)转换将作为模拟量的自然声音经过变换,转化成数字化的声音,然后以文件形式保存在计算机中,可以利用声音处理软件对其进行加工和处理。完成D/A(数/模)转换把数字化的声音转换成作为模拟量的自然
10、声音。转换后的声音输出到声音还原设备(例如耳机、有源音箱、音箱放大器等)中。输入、输出功能利用声卡的输入端子和输出端子,可以将模拟信号引入声卡,然后转换成数字量;还可以将数字信号转换成模拟信号送到输出端子,驱动音响设备发出声音。教学进度教学进度教学进度教学进度音频卡的主要接口总线(Bus)线路输入(Line in)话筒输入(Mic in)线路输出(Line out)扬声器输出(Speaker Out)游戏棒/MIDI(Joystick/MIDI)7.2 多媒体计算机系统多媒体计算机系统教学进度教学进度教学进度教学进度声卡与外部设备的连接示意图 音箱音箱2 2、麦克风输入、麦克风输入3 3、扬声
11、器输出、扬声器输出4 4、MIDI/MIDI/操纵杆端口操纵杆端口外部音频设备外部音频设备麦克风麦克风操纵杆操纵杆MIDI声音装置声音装置1 1、线性输入、线性输入5 5、音量调节旋钮、音量调节旋钮7.2 多媒体计算机系统多媒体计算机系统教学进度教学进度教学进度教学进度 (1)数字信号处理器DSP:是声卡的核心部件,用于管理所有声音的输入输出以及音频信号的模/数(A/D)转换和数/模(D/A)转换。(2)混合信号处理器:可以选择输入一个声源或将几个不同声源进行混合录音。(3)音乐合成器:主要用于MIDI音乐文件的播放。音频卡中的关键部件(了解了解)7.2 多媒体计算机系统多媒体计算机系统计算机
12、科学与工程系计算机科学与工程系教学进度教学进度教学进度教学进度7.2 多媒体计算机系统多媒体计算机系统 (2)扩展设备:具有代表性的扩展设备有:触摸屏、视频卡、扫描仪、数码相机、数字摄像机、各种彩色打印机、彩色投影仪等。数码照相机数码照相机彩色扫描仪彩色扫描仪数码摄像机数码摄像机触触 摸摸 屏屏彩色打印机彩色打印机计算机科学与工程系计算机科学与工程系教学进度教学进度教学进度教学进度 触摸屏:属于输入设备,可通过手指直接在屏幕上指点及触及屏幕上的菜单、光标、接钮等。系统主要由传感器、控制部件、驱动程序组成。当用手指或其它设备触摸安装在计算机显示器前面的触摸屏时,所摸到的位置以坐标形式被触摸屏控制
13、器检测到,并通过接口送到CPU,从而确定用户所输入的信息。触摸检测装置触摸检测装置触摸检测装置触摸检测装置触摸屏控制卡触摸屏控制卡触摸屏控制卡触摸屏控制卡驱动程序驱动程序驱动程序驱动程序电缆电缆电缆电缆7.2 多媒体计算机系统多媒体计算机系统计算机科学与工程系计算机科学与工程系教学进度教学进度教学进度教学进度 视频卡:是一种专门用于对视频信号进行实时处理的设备。视频卡插在主机板的扩展槽内,可以对视频信号进行数字化转换、编辑和处理,以及保存数字化文件。通常使用的视频采集卡可以接收来自视频输入端的模拟视频信号(录像机、电视机、LD影碟机等),对该信号进行数字化处理,然后压缩编码成数字视频。大多数视
14、频卡都具备硬件压缩的功能。此外,还有一种比较流行的视频采集卡,我们称之为IEEE1394数字视频采集卡。它主要的作用是将DV视频数据从数码摄像机传送到电脑的硬盘中,和模拟采集不同,它在传送数据的过程中没有任何质量损失。7.2 多媒体计算机系统多媒体计算机系统 视视频卡频卡数字视频采集卡数字视频采集卡计算机科学与工程系计算机科学与工程系教学进度教学进度教学进度教学进度 扫描仪工作原理:把原件面朝下放在扫描仪的玻璃台上,扫描仪内发出光照射原件,反射光线经光学镜面导向后,照射到CCD的光敏器件上。来自CCD的电量送到模数转换器中,电压转换成代表每个像素色调或颜色的数字值。步进电机驱动扫描头沿平台作微
15、增量运动,每移动一步,即获得一行像素值。扫描样张扫描样张扫描样张扫描样张光电转换器光电转换器光电转换器光电转换器导轨导轨导轨导轨光源光源光源光源数字信号数字信号数字信号数字信号输出输出输出输出识别反射识别反射识别反射识别反射光线光线光线光线7.2 多媒体计算机系统多媒体计算机系统 扫描仪:是一种图形输入设备。配合适当的应用软件后,扫描仪还可以进行中、英文智能识别。计算机科学与工程系计算机科学与工程系教学进度教学进度教学进度教学进度 数码照相机 数码照相机是一种数字成像设备。数码相机采用CCD作为记录图像的光敏介质,CCD实际上是一块布满光敏元件即电荷耦合器的感光板,CCD是通过光照的不同引起的
16、电荷分布的不同来记录被摄入的物体。它将光信号转换成电信号,然后电信号再转换成数字信号并进行编码、压缩等处理,最后把得到的压缩数字图像保存在存储器中。7.2 多媒体计算机系统多媒体计算机系统计算机科学与工程系计算机科学与工程系教学进度教学进度教学进度教学进度 数码相机的工作原理:用数码相机拍照时,进入照相机镜头的光线聚焦在CCD上。当照相机判定已经聚集了足够的电荷时,就“读出”在CCD单元中的电荷,并传送到模数转器中,把每一个模拟电压转换成二进制数字信息。从模数转换器输出的数据传送到数字信号理器中进行编码、压缩后存储在照相机的存储中。数字信号数字信号数字信号数字信号译码器译码器 存储介质存储介质
17、 数据接口数据接口CCDCCD7.2 多媒体计算机系统多媒体计算机系统计算机科学与工程系计算机科学与工程系教学进度教学进度教学进度教学进度 1.多媒体设备驱动程序,用于在启动操作系统时把设备的状态、型号、工作模式等信息提供给操作系统,并驻留在内存储器,供系统调用。2.多媒体产品制作软件,主要包括图像、视频、音频的编辑制作。3.多媒体平台软件,用于多媒体素材的组合。4.工具软件,用于加工和处理数据,如压缩、加密等。5.应用软件包括,Windows系统提供的多媒体软件、动画播放软件、声音播放软件、光盘刻录软件等。7.2 多媒体计算机系统多媒体计算机系统7.2.2 7.2.2 多媒体计算机软件系统多
18、媒体计算机软件系统媒体制作软件媒体制作软件多媒体平台软件多媒体平台软件工具软件工具软件应用软件应用软件操作系统操作系统多媒体设备多媒体设备多媒体设备驱动程序多媒体设备驱动程序上层底层计算机科学与工程系计算机科学与工程系教学进度教学进度教学进度教学进度声音是振动的波,是随时间连续变化的物理量。声音的三个重要特性振幅振幅振幅振幅周期周期周期周期振幅波的高低幅度,表示声音的强弱周期两个相邻波之间的时间长度频率每秒钟振动的次数,以Hz为单位7.3.1 7.3.1 数字音频基本概念数字音频基本概念7.3 音频信息的获取和处理音频信息的获取和处理教学进度教学进度教学进度教学进度7.3.1 7.3.1 数字
19、音频基本概念数字音频基本概念7.3 音频信息的获取和处理音频信息的获取和处理 声音是机械振动。振动越强,声音越大,话筒把机械振动转换成电信号,模拟音频技术中是以模拟电压的幅度表示声音强弱。次声波次声波次声波次声波人耳可听范围人耳可听范围人耳可听范围人耳可听范围超声波超声波20Hz 2020,000Hz20,000Hz 20,000Hz 模拟音频信号:声音波形在时间和幅度上都是连续的。一般用不同的电压表示。模拟音频信息是个连续的量,不能由计算机直接处理,必须将其数字化处理。数字音频信号:把表示声音强弱的模拟电压用数字表示。教学进度教学进度教学进度教学进度7.3.2 7.3.2 音频信息的数字化音
20、频信息的数字化7.3 音频信息的获取和处理音频信息的获取和处理 模拟信号的数字化过程模拟信号的数字化过程100101100011101 数字音频信号是由模拟声音经采样、量化和采样、量化和编码编码得来的。其信号在时间和幅度上都用离散的数字序列表示。教学进度教学进度教学进度教学进度7.3 音频信息的获取和处理音频信息的获取和处理 其过程是每隔一个时间间隔在模拟声音的波形上取一个幅度值,把时间上的连续信号变成时间上的离散信号。采样采样频率频率是指计算机每秒钟采集多少个声音样本。(1)采样采样 时间上的离散时间上的离散教学进度教学进度教学进度教学进度7.3 音频信息的获取和处理音频信息的获取和处理 提
21、高采样频率,单位时间所得到的振幅值就会更多,即采样频率越高,对于原声音曲线的模拟就越精确。采样频率声音信号最高频率 2 奈奎斯特奈奎斯特(Nyquist)采样定理:采样定理:教学进度教学进度教学进度教学进度7.3 音频信息的获取和处理音频信息的获取和处理 当今主流声卡的采样频率一般可分为22.05KHz、44.1KHz、48KHz三个等级,22.05只能达到FM广播的声音品质,44.1KHz则是理论上的CD音质界限,48KHz则更加精确一些。如果采用更高的采样频率,还可以做出DVD的音质。不同的应用需求对声音有不同的采样率,像是以Net Meeting之类的应用就不要使用高的采样率,否则在传递
22、这些声音数据时会是一件十分痛苦的事。教学进度教学进度教学进度教学进度7.3 音频信息的获取和处理音频信息的获取和处理 量化的过程是将采样后的信号按整个声波的幅度划分成有限个区段(量化间距),然后把落入某个间距内的值归为一类,并赋予相同的量化值。(2)量化量化 幅度上的离散幅度上的离散教学进度教学进度教学进度教学进度7.3 音频信息的获取和处理音频信息的获取和处理 失真在采样过程中是不可避免的,如何减少失真呢?可以直观地看出,当我们采用更高的采样频更高的采样频率率,增加量化精度增加量化精度,就可以减少失真的程度。但由此得到的数字音频信号数据量也就越大。教学进度教学进度教学进度教学进度7.3 音频
23、信息的获取和处理音频信息的获取和处理采样频率越高,声音效果也越好;量化位数越高,音幅也就越精确,自然声效也越好。得到的数字音频信号的数据量也越大。教学进度教学进度教学进度教学进度7.3 音频信息的获取和处理音频信息的获取和处理 由于经采样和量化后的音频信号数据量很大,所以一般要先对数字化的音频信息进行压缩和编码后在计算机内传输和存储。在播放这些声音时,需要经解码器将二进制编码恢复成原来的声音信号播放。(3)编码编码教学进度教学进度教学进度教学进度7.3 音频信息的获取和处理音频信息的获取和处理 (1)WAV文件格式:Microsoft公司的波形音频文件格式。来源于对声音模拟波形采样,量化、编码
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