第十六章 電腦多媒體

1. 計算機概論 第十六章 電腦多媒體 陳維魁/陳邦治 旗標出版社

2. 本章重點 • 電腦多媒體(multimedia)是指可在電腦上以文字(text)、聲音(audio)、影像(image)或視訊(video)等多種不同型態來呈現 • 所有的電腦多媒體訊息皆為數位格式，並可利用資訊技術來對電腦多媒體資料進行編輯、儲存及播放等動作不久以前，文字、聲音、影像或視訊等資料必須各自利用不同的媒介及設備來傳播，例如文字是利用書籍，聲音是利用錄放音機，影像是利用相片或圖片，而視訊則必須利用錄放影機與電視 • 妥善利用電腦設備結合資訊技術便可在同一台電腦上對文字、聲音、影像或視訊等資料加以處理，並將這些不同型式的資料整合形成多媒體資訊

3. 大綱 • 文字媒體 • 聲音媒體 • 影像媒體 • 視訊媒體 • 電腦多媒體設備 3 3

4. 文字媒體 • 文字是電腦所使用的最基本的媒體 • 文字輸入的方式主要是利用鍵盤，也可以使用手寫輸入、光學字元辨識(Optical Character Recognition；OCR) 或語音辨識等方式來輸入文字

5. 手寫輸入 • 「手寫輸入」必須由使用者利用手寫筆在手寫板上書寫要輸入的文字，此時會由「手寫辨識軟體」來辨識手寫的文字，辨識完成後會將手寫文字轉換成數位格式文字檔 • 「手寫輸入」的限制是使用者必須先經過訓練，「手寫辨識軟體」才會有比較高的辨識率 • 常見的「手寫辨識軟體」有蒙恬手寫辨識系統、漢王手寫辨識系統等

6. 光學字元辨識輸入 • 「光學字元辨識」輸入文字的步驟敘述如下 • 準備好要輸入的文字資料之紙本文件，此紙本文件上的文字必須是印刷字體 • 利用掃描器將紙本文件掃描成影像檔 • 使用電腦設備及OCR軟體將影像檔轉換為數位格式的文字檔 • 常用的OCR軟體有「丹青文件辨識系統」、「丹青名片辨識系統」、「蒙恬認識王」及「蒙恬名片通訊王」等軟體

7. 語音辨識輸入 • 「語音辨識」輸入必須使用電腦、語音辨識軟體及麥克風等設備 • 使用者可透過「口說」方式將語音資料轉換為數位格式的文字檔 • 「語音辨識」最大的限制是使用者必須先經過訓練，讓「語音辨識」系統熟悉使用者說話的習慣例如速度快慢及發音等習慣，才能有較高的辨識度。因為幾乎所有人都會說話，所以「語音辨識」將來會成為主流輸入法 • 微軟已在新一代的作業系統Windows Vista，內建「語音辨識」功能

8. 聲音媒體 • 聲音的形成是由聲源發出聲波後，經由傳遞介質來傳播 • 聲音的強度會隨著傳播的距離的增長而變小

9. 聲波格式 • 若要將類比格式的聲波，例如人類說話的聲音，轉換成數位格式來儲存，便必須要經過將類比格式轉換為數位格式聲音資料的過程 聲音波形

10. 決定數位格式聲音資料品質的因素 • 取樣頻率 • 單位為赫次(Hz)，代表每秒鐘對聲音資料取樣的次數。取樣的次數愈多，聲音資料的品質愈佳，但相對地資料量也會愈大 • 若取樣頻率為128 K Hz代表每秒鐘對聲音資料取樣的次數為128×1000次 • 取樣大小 • 對聲音資料執行取樣的動作時，每次取樣動作所使用的位元數稱為取樣大小。使用的位元數愈高，聲音資料的品質愈佳，但相對地資料量也會愈大 • 若取樣大小為16 個位元，則代表每個取樣會以16 個位元來表示，因為216 = 65536，代表共有65536種可能

11. 音樂 、CD、收音機取樣頻率及取樣大小

12. 聲音媒體種類 • 聲音媒體可分為語音、音樂及音效三種 • 語音的輸入方式是利用麥克風、音效卡與相關軟體 • 音樂的輸入方式是直接使用CD音樂光碟的資料或將其他音樂處理設備例如錄放音機連結至電腦，再利用相關軟硬體設備將類比聲音格式轉換成數位聲音格式 • 音效則是以音效製作機或其它方式來錄製後輸入電腦

13. 常用的聲音格式 -- MIDI • MIDI的全名為Musical Instrument Digital Interface (樂器數位介面) • MIDI是指一種協定，透過MIDI協定可讓不同設備連結而成一個音樂系統並可相互交流溝通 • 依據MIDI協定製作的樂器稱為MIDI樂器，依據MIDI協定創作的音樂則稱為MIDI音樂或合成音樂 • MIDI音樂的副檔名為「.mid」或「.midi」 • MIDI的檔案所佔空間不大，1分鐘的MIDI檔大約只佔10 K bytes的空間 • Windows Media Player支援MIDI格式的播放

14. 常用的聲音格式--WAV • WAV是由微軟所提出的聲音規格，適合用來作為高音質要求的聲音之儲存格式 • WAV是透過取樣的方式來記錄聲音，若取樣頻率愈大便愈逼真，但所需空間也就愈大 • WAV音樂的副檔名為「.wav」 • Windows Media Player支援WAV格式的播放

15. 常用的聲音格式--MP 3 • 對原始檔案執行「壓縮」(compress) 動作後得到的結果稱為壓縮檔案，若壓縮檔案可完全「解壓縮」(decompress)成原始檔案，則此「壓縮」法稱為「非耗損性壓縮方法」；但若壓縮檔案無法完全「解壓縮」成原始檔案，則此「壓縮」法稱為「耗損性壓縮方法」 • MP 3檔案為對WAV聲音檔案採用「耗損性壓縮方法」後所得到的聲音檔案

16. 常用的聲音格式--MP 3 (cont.) • MP 3檔案的壓縮比大約為10:1。雖然MP 3檔案有高壓縮比，但是人耳很難分辨出WAV聲音檔案與MP3 聲音檔案的差別 • MP 3檔案的副檔名為「.mp3」，有多種MP 3播放器可供選擇 • Windows Media Player也支援MP 3格式的播放

17. 常用的聲音格式--RealAudio • 由RealNetworks所提出的聲音格式，RealAudio檔案的副檔名為「.ra」，RealPlayer支援RealAudio格式的播放 • RealAudio支援「串流技術」(streaming)，適合線上播放

18. 常用的聲音格式—RealAudio (cont.) • 「串流技術」允許資料可部份下載後即可播放，不需等待資料完整下載 • 目前較高階的手機、PDA等行動裝置均提供RealPlayer軟體供RealAudio檔案播放使用

19. 常用的聲音格式-- WMA • 由微軟所提出的聲音格式，比MP 3格式具有更好的聲音品質及壓縮比，並支援「串流技術」 • WMA檔案的副檔名為「.wma」，Windows Media Player支援WMA格式的播放 • 支援「數位版權管理」(Digital Right Management；DRM)功能

20. 影像媒體 • 影像的來源可分為三類，分別是圖畫、照片(photo)及幻燈片(slides) • 數位影像的取得可透過掃瞄、數位相機或數位攝影機等多種設備來取得數位影像

21. 影像媒體(cont.)

22. 像素(pixel) • 像素是構成影像的基本單位。利用一個像素來表示一個顏色，很多代表不同顏色的像素便可構成一幅影像 • 利用像素來構成一幅影像就像是利用小圖塊構成拼圖一樣，不同之處是像素比小圖塊小很多，除非將影像放大到一定程度，否則很難利用肉眼來分辨出不同像素顏色的差異

23. 像素(cont.)

24. 影像尺寸(size) • 影像尺寸由影像的「水平方向像素數目」×「垂直方向像素數目」來表示。例如1280×800、1024×768或800×600 • 若影像尺寸為1280×800則代表為了表示該影像所使用的像素總數為1280×800＝1,024,000 • 若有三個設定為不同解析度的螢幕，螢幕解析度分別設定為1280×800、 1024×768及800×600，此時若影像尺寸為1024×768，則此影像在解析度為1280×800的螢幕上將只佔用螢幕的一部份，若在解析度為1024×768的螢幕上將佔用全螢幕，若在解析度為800×600的螢幕上將超出螢幕的顯示範圍

25. 影像類型(type) • 影像的類型可分為 • 黑白影像(binary image，bi-level image) • 灰階影像(grayscale image) • 索引色影像(indexed color image) • RGB彩色影像(RGB color image)

26. 黑白影像 • 在黑白影像中每個像素只有黑跟白兩種可能顏色，因此每個像素只須使用一個位元

27. 灰階影像 • 灰階影像可以使用不同明暗程度的黑、白兩種顏色來表現資料，但無法表示彩色的資料。通常灰階影像中每個像素會使用一個位元組，因此可有28＝256種不因明暗程度的表示法 黑白影像 灰階影像

28. 索引色影像 • 索引色影像是利用調色盤(color palette)來產生每個像素對應的顏色 • 若調色盤為256色則代表每個像素對應的顏色可能有256種，即每個像素會使用一個位元組的空間 • 索引色影像可將原本RGB彩色影像中的每一個像素的顏色利用調色盤中最近似的色彩來替代，如此一來便可降低RGB彩色影像所需的儲存空間

29. RGB彩色影像 • 在RGB彩色影像(或稱為全彩影像)中使用了紅、綠與藍三個顏色(一個顏色使用一個位元組)依不同的比例來混合產生所有可能的顏色，因此一個像素必須利用三個位元組來表示 • 256色的索引色影像與RGB彩色影像呈現在電腦螢幕上的差異人眼不易識別，但256色的索引色影像比RGB彩色影像所使用的空間少了許多

30. 影像儲存空間(space) • 儲存空間是指影像所佔用的記憶體大小 • 假設影像尺寸＝w×h且像素所需要的儲存空間為n個位元，則影像儲存空間＝w×h×n • 若影像為黑白影像則n＝1， • 若影像為灰階影像則n＝8， • 若影像為16色的索引色影像則n＝4， • 若影像為256色的索引色影像則n＝8， • 若影像為全彩影像則n＝24

31. 範例 • 若有一張256色的索引色影像，影像尺寸為640×480，請問共需要多少記憶體空間才能儲存此影像？(A) 640×480×256 bytes (B)80×60×8 bytes (C) 640×480 bytes (D)80×60 bytes 。 • 解：C

32. 影像解析度(resolution) • 影像解析度的單位為「PPI」(Pixel Per Inch)，代表每英吋所含的像素數量 • 解析度的高低與影像列印尺寸有關並會影響影像的列印品質 • 若影像解析度愈高，則影像列印品質愈佳；若影像解析度愈低，則影像列印品質愈差 • 影像列印尺寸、影像尺寸及影像解析度之間的關係如以下公式： 影像列印尺寸 = 影像大小/影像解析度

33. 範例 • 一張800×600的RGB全彩影像，若影像解析度為300 PPI，則其列印尺寸為 800/300×600/300＝2.67×2平方英吋

34. 檔案格式 (image format) • 常見影像檔案格式 • BMP(bitmap) • GIF(Graphics Interchange Format) • JPG (Joint Photographic Experts Group) • PNG (Portable Network Graphics) • TIF (Tagged Image File Format) • RAW • UFO

35. 影像檔案格式 -- BMP • BMP是微軟所提出的影像檔案格式，主要的目的是希望能在Windows平台上讓各種不同的軟體間可共用同一種影像格式 • BMP格式最大的問題是無法支援RGB全彩影像的壓縮，因此BMP的影像檔案通常都較大，比較不適合在網路上傳輸使用 • BMP檔案的副檔名為「.bmp」

36. 影像檔案格式 -- GIF • GIF影像檔案最多只能儲存256種顏色，所以若要以GIF格式來儲存影像必須要先將影像的顏色數目調整為256種以下，例如黑白、灰階、16色或256色影像 • 因為GIF格式提供透明圖、交錯圖及動畫製作功能，因此普遍被使用在網頁設計用途 • GIF檔案的副檔名為「.gif」

37. GIF檔案範例

38. 影像檔案格式 -- JPG • JPG影像檔案是利用壓縮比很高「耗損性壓縮方法」所產生並支援RGB全彩影像的壓縮 • JPG格式的影像壓縮比可達100以上，但是畫質依然逼真，所以非常適合在網路上傳輸使用 • 目前市售的數位相機內定的相片檔案格式多是JPG格式。JPG檔案的副檔名為「.jpg」、「.jpe」或「.jpeg」。

39. 影像檔案格式 -- PNG • PNG格式與GIF格式，不同點為PNG格式可支援RGB全彩影像，但未提供動畫製作功能 • 由於使用PNG格式不像使用GIF格式可能會牽涉到權利金支付問題，因此PNG格式被視為是GIF格式的替代技術 • PNG檔案的副檔名為「.png」。

40. 影像檔案格式 -- TIF • TIF格式為標準影像格式，適合跨平台使用。TIF格式影像品質佳適合作為輸出用途影像的存檔格式 • TIF格式支援黑白、灰階、16色、256色或RGB全彩影像類型 • TIF檔案的副檔名為「.tif」或「.tiff」

41. 影像檔案格式 -- RAW • RAW檔案為中高階數位相機所提供的一種影像檔案格式 • 一般的影像檔案都會先經過色彩平衡或曝光補償等動作後再儲存 • RAW檔案是直接抓取影像感測元件上的原始資料來儲存，若要作色彩平衡或曝光補償等動作可再利用軟體來處理RAW檔案即可 • 使用RAW格式具較節省記憶體空間及相片拍攝速度較快等優點

42. RAW檔案範例

43. 影像檔案格式 -- UFO • UFO格式為PhotoImpact軟體所專用之影像檔案格式 • UFO格式的特性是保留了PhotoImpact軟體中物件的相關設定資料，若將來對 UFO檔案要執行修改動作時，可以提供較完整的資料

44. 視訊媒體 • 視訊是指將聲音及連續影像以同步的方式來播放 • 利用眼睛具有「視覺暫留」的特性，在很短的時間內，透過影像的連續播放，達到動畫般的效果 • 通常只要每秒連續播放12張影像就會具有動畫效果

45. 視訊規格 • 目前主流的視訊規格有以下二種 • NTSC • 每秒需連續播放30張影像 • 台灣及北美地區採用 • PAL • 每秒需連續播放25張影像 • 歐洲地區採用

46. 常見的視訊格式 • AVI (Audio Video Interleave) • WMV (Windows Media Video) • MPEG (Moving Picture Experts Group) • QuickTime • SWF

47. 常見的視訊格式 -- AVI • AVI是由微軟公司在早期所提出的視訊規格 • AVI規格會使檔案佔用較大的空間，所以不適用於網路傳輸使用

48. 常見的視訊格式 -- WMV • WMV是由微軟公司所提出的視訊規格 • WMV規格支援串流技術並具高壓縮率，因此使用率很高

49. 常見的視訊格式 -- MPEG • MPEG規格具有200：1的高壓縮率，因此使用率很高 • MPEG視訊壓縮的原理 • 在連續的3張圖片中，蜜蜂的位置與姿勢都不相同，但是背景的花朵不論是數目或是顏色等特徵都是固定不變的。在執行視訊壓縮動作時，只須儲存連續畫面間不同的地方，而不必儲存整個畫面，因此可以有很高的壓縮率

50. 常見的視訊格式 -- QuickTime • QuickTime是由Apple公司所提出的視訊規格 • QuickTime規格支援串流技術，普及度也高，適用於網際網路應用