n计算机硬件技术基础第8章

1、上课公用信息邮箱：上面有讲课PPT,Email: Password: tju101tju101,第八章 多媒体技术,8.1节 多媒体技术概述,一、多媒体及其相关名词定义 1. 多媒体的定义： 文本、图像、音频、视频等混合信息。 2. 多媒体技术定义： 把文本、图像、音频、视频信息综合在一起，使用计算机对其进行加工处理的技术。,a. 数字信号处理技术 b. 音频和视频技术 c. 多媒体计算机系统技术 d. 多媒体通讯技术 3. 多媒体技术的特点 多样性,a. 信息表示的多样性 b. 信息载体或介质的多样性 c. 多媒体应用技术的多样性 数字化 因为计算机只能处理数字化的信息。所以那些声音和图像必须转化为数字化的形式才能使用与处理。, 集成性 a. 多媒体信息的集成。多媒体文本。 b. 多媒体介质或设备的集成 交互性 实时性,4.多媒体技术的应用 （见书上P217）, ,二、多媒体计算机,1.多媒体计算机定义 能处理多媒体信息的计算机。 2.多媒体计算机系统 能对多媒体信息进行获取、编辑、存取、处理、加工和输出的一种交互性的计算机。,3. 多媒体计算机涉及的关键技术,数据压缩技术 网络与

2、通讯技术 多媒体数据库技术 大规模集成电路技术 人机交互设备技术和多媒体软件技术,三、多媒体数据压缩和编码技术,1. 概述 无损压缩 利用原始信息的冗余，用简洁的方法来表示这些去除冗余的信息。 有损压缩 利用人视觉，听觉的不敏感，舍弃一些非主要的细节，使其还原时仍有满意的质量。,2. 文本文件的压缩 主要是无损的冗余压缩技术。 3. 图形文件的压缩 可以是无损的冗余压缩，也可以有损的算法压缩。,JPEG(Joint Photographic Experts Group) 负责静态和数字图象压缩编码标准。 用于灰度和彩色图象 两个算法 a. 有损压缩 b. 无损压缩 （见书上P220),4.视频文件压缩,四种常用的视频文件格式 a.Video for Windows *.avi b.Quick Time *.mov c. MPEG-1 *.mpg d. MPEG-2 *.mpg 注：非常流行的Real-Networks的RM格式文件，因为使用的版权问题，所以不做讨论。,减小视频文件的其它途径。 a. 减少每秒钟播放的帧数。 b. 减小播放尺寸。 c. 计算只对帧差别变化的内容编码。VCD

3、 注：帧间图像压缩技术,MPEG 动态图象压缩标准 （Moving Picture Experts Group MPEG-1: 码率为1Mbit/s 1.5Mbit/s 帧内采用JPEG大体相同的DCT压缩算法。 帧间采用预测法和插补法压缩。,b. MPEG-2: 每秒30帧 720X480X60隔行 (NTSC) 每秒25帧 720X576X50隔行 (PAL) 扩展模式可达到1440X1152 HDTV 高清电视信号 其压缩算法和MPEG-1基本相同。,c. MPEG分为MPEG视频、MPEG音频、视频音频同步三个部分。 注：现在推出了MPEG-4,国际电联的H.261和H.263,a. 采用基于块的DCT进行残差信号的压缩编码 b.像素的每个8X8快映射到频域产生64个频率成分。,四、多媒体系统的数据和文件格式,1. 图形图象和视频表示 位图格式 a.把一幅图象看成是由很多象素点构成的。 b.每个象素点用一个数字来表示它的颜色。（其实指的调色板的编号）,c.单色图象每个象素只要一位二进制数，也就是一个bit。所以图象的象素总数和bit总数是一样的。 640X480=307200图

4、象=307200bit. 若换算成字节数 307200/8=38400Bytes d. 256色的图象每个象素要八位二进制数，,矢量图,a.矢量图象是一系列可以重构图象（redraw)的指令来表示的。最典型的画线。不同的算法指令描述了不同的图形。 b.矢量图象一般比位图图象占用存储空间小，其大小依赖于图象的复杂程度。 c.矢量图形容易修改。比如改变圆半径。,灰度图和彩色图,a.单色图象只用一个bit表示象素。要么亮（有色），要么暗（无色）。 b.其实在亮与暗之间可以分很多层次（亮度）。用一个八位二进制数可以分成256层亮度。那样的单色图象叫灰度图。（例：黑白照片）,c.彩色图用三个单色灰度图RGB合成。 如果每个单色都是8位，那样每个象素要 8X3=24位，又称真彩色图象。1677万色 d.所以位图图象主要由分辨率和象素深度决定。 注：通过抖动技术（合并相近颜色）可以减少图象的颜色数量，可以减小文件。,数字视频（digital video）,a. 基于数字技术的图象显示标准，将模拟视频信号转换为数字化视频信号，以文件形式存放在计算机中。 b. 直接用数字摄像机生成。,2.常见的图形图象

5、和视频文件格式,见P24,BMP位图文件（静态图象文件） a.是微软公司为Windows环境设置的标准图象格式。在PC机上最流行。 b.Windows 3.0以后的位图文件格式与显示设备无关。 c.非压缩格式的BMP是通用格式，最流行。 d. BMP文件分为两个部分： 文件头和图象数据,PCX文件（静态图象文件）,a.最早用于画笔(PaintBrush)软件。 b.是一种压缩过的图象文件。（无损压缩）,GIF文件（静、动态图象文件）,a. 是由CompuServe公司1987年推出的。 是一种小巧的文件，主要用于网络和 BBS用户浏览。 b.采用压缩的，多帧图象结构。里面有个控制块，可以控制播放时间。,JPEG文件（静态图象文件）,a.联合影象专家组开发。 b.最广泛使用的图象文件格式。 c.有损压缩。可控制压缩率。,PNG文件（便携式网络图片）,a.支持256色调色板技术以产生小体积文件 b.最高支持48位真彩色图像以及16位灰度图像。 c.支持存储附加文本信息，以保留图像名称、作者、版权、创作时间、注释等信息。 d.使用无损压缩,e.渐近显示和流式读写，适合在网络传输中快速显示预览

6、效果后再展示全貌。 f.使用CRC循环冗余编码防止文件出错。 g.最新的PNG标准允许在一个文件内存储多幅图像。,TIFF文件（标签图像文件格式）,a（Tagged Image File Format，简写为TIFF）是一种主要用来存储包括照片和艺术图在内的图像的文件格式。 b.它最初由Aldus公司与微软公司一起为PostScript打印开发。 c.TIFF与JPEG和PNG一起成为流行的高位彩色图像格式。,d.如Adobe公司的Photoshop这样的桌面印刷和页面排版应用， e.扫描、传真、文字处理、光学字符识别和其它一些应用等都支持这种格式。 f.从Aldus获得了PageMaker印刷应用程序的Adobe公司现在控制着TIFF规范。.,WMF文件（静态图象文件）,a.是微软为Windows提供的另一种图形文件格式。 b.是一种矢量图形格式。*.wmf文件后缀。 c.,RIFF文件(资源交换文件格式）,a.Resources Interchange File Format，RIFF文件是windows环境下大部分多媒体文件遵循的一种文件结构,RIFF文件所包含的数据类型由该文件

7、的扩展名来标识。 b. 能以RIFF文件存储的数据包括： 音频视频交错格式数据（.AVI) 波形格式数据（.WAV),位图格式数据（.RDI) MIDI格式数据（.RMI) 调色板格式（.PAL) 多媒体电影（.RMN) 动画光标（.ANI)其它RIFF文件（.BND) c. 是一种基础文件, 对多媒体提供支持。,AVI文件（动态影象文件）,a.是微软开发的一种RIFF文件格式。 b.用于实现数字视频和音频的同步化。,Indeo文件(动态影象文件）,a.Intel开发的一种动态图象的压缩标准。 常见的有4.5和5.10两种。可以适应不同带宽的网络，但必须有相应的解码插件才能顺利地将下载作品进行播放。 b.适合于装了Intel公司MMX以上CPU的机器，回放效果优秀。不安装MPEG-1回放卡,c.动态影象文件*.avi和*.mov都用到了Indeo的格式。,MPEG (动态影象文件）,a.运动图片专家组开发。 b.MPEG-1 包含MPEG视频，音频和系统同步三部分。 早期的VCD采用这个格式。,c. MPEG-2 采用720X572,可扩展1440X1152高清电视信号。 DVD采用这

8、个格式。,MOV文件（动态图象文件）,a.苹果公司开发的动态影象文件。 b. *.mov经常用于DC的摄象。可以转换的。,MIDI文件（音乐文件）,a. 音乐文件格式有两种。（声波和乐器） b. MIDI是乐器演奏文件。,RTF文件（多态文本格式文件）,a. 提供格式信息的文本。（Rich Text) b. Windows中写字板和WORD都支持的。 c. 最初用于文本编辑，因为提供连接对多媒体对象支持。,8.2节 音频技术,一、数字音频的基本概念 1.声音的定义 声波是周期性的振荡信号。 a.频率表示：声音的尖度 b.振幅表示音量的大小 实际看到的时域波形是各种频率声波的合成，比较杂乱的样子。,2.声音的分类 见书上P229,按频率划分。 原始声源划分。 按存储形式划分。,3.音频,人耳能听到的20Hz到20KHz的声波。 其中人耳对2KHz的音频最为敏感。,4.模拟音频,在时间和幅度上都是连续变化的声音信号， 自然界的各种声音，大都是这样的模拟音频信号 。,5.数字音频,用一定的时间间隔对模拟音频进行采样，并对 采集到的幅度值进行数字量化编码。这样得到的 时间和幅度上断续的、数字量

9、化后音频信号。 波形音频 把以上通过一定的采样频率采样，数字量化后 的声音信号，以数据文件格式存储。*.wav,MIDI音频 是一种用于在音乐合成器、乐器和计算机之间 交换音乐信息的标准协议。它其实是一套指令， 指示MIDI设备或带MIDI接口的乐器，怎样来还原 、演奏音乐的声音。 文件格式为 *.mid,二、音频数据的采样和处理,1.录音 以直接自然的振动信号的声波作为音源，用 麦克风这样的拾音器，从一个振动的音源获取波 形信息，将其转化为电信号形式，然后对这个电 信号进行记录的过程。 a.模拟录音 b.数字录音,2. 采样,以一定的时间间隔对声音信号的幅度进行测量 ，得到离散化的幅值。 见书上P231 图8.4 采样的频率越高，还原的波形越逼真。常用的采样频率有 44.1KHz，22.05KHz, 11.025KHz等。 采样频率越高，样本值越多，文件就越大。,3.量化,把采样采集到的声音样本值，用数字化的量化 值处理。 计算机用模/数转换器(A/D)实现音频的数字化。 A/D转换器的位数，决定了量化的精读。位数越高。最后形成的文件越大。,3.编码,对声音信号采样、量化的结果以一定的格式 进行表示、记录的过程。 通常会加入一些用于 控制的代码。 音频的编码有三种类型 （书上 P233） a. 波形编码 b.参数编码 c.混合编码,4. 数字音频信号质量的技术指标,采样频率 样本的量化等级 通道个数 编码方式,5. 数字音频的存储空间,未经压缩的数字音频文件 存储容量 ： 采样频率 x (转换精度/8) x 声道数 x 时间,b.MIDI文件只是个音乐符号系统。代表着用来重构声音的指令。本身不发声音。 c.需要声卡来根据MIDI指令实现发声。 d.MIDI文件一般非常小，文件以*.mid, *.cmf,*.rol等作后缀。,三、语音识别技术,四、音频处理的硬件和软件,1.声卡的定义 实现声波/数字音频相互转换的部件。 计算机中记录和播放声音的硬件设备。 2.声卡的工作原理 见 P236 图8.6 注：漏了几根关键的箭头线,3.声卡

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