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多媒体技术与应用

多媒体技术与应用. 主讲人：潘庆红. 多媒体的应用和发展 多媒体技术的基本概念 多媒体关键技术 常见多媒体制作和开发软件简介 数据压缩技术 虚拟现实技术. 1.1.1 媒体的种类. 1.1 基本概念. ● 媒体：承载信息的载体，是信息的表示形式. 承载信息的实际载体（媒质）：纸、磁盘、光盘、半导体芯片 表述信息的逻辑载体（媒介）：文字、图形、图像、音频、视频. 使人类产生感觉 ( 听觉、视觉、触觉 ) 的媒体，如声音、文字、图像、气味、形状、温度等. 感觉媒体. ▲. 表示媒体. ▲.

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  1. 多媒体技术与应用 主讲人：潘庆红

  2. 多媒体的应用和发展 • 多媒体技术的基本概念 • 多媒体关键技术 • 常见多媒体制作和开发软件简介 • 数据压缩技术 • 虚拟现实技术

  3. 1.1.1 媒体的种类 1.1 基本概念 ● 媒体：承载信息的载体，是信息的表示形式 承载信息的实际载体（媒质）：纸、磁盘、光盘、半导体芯片 表述信息的逻辑载体（媒介）：文字、图形、图像、音频、视频

  4. 使人类产生感觉(听觉、视觉、触觉)的媒体，如声音、文字、图像、气味、形状、温度等使人类产生感觉(听觉、视觉、触觉)的媒体，如声音、文字、图像、气味、形状、温度等 感觉媒体 ▲ 表示媒体 ▲ 信息的编码 (ASCII、图像、声音、视频等编码) 表现媒体 ▲ 输入输出设备 (键盘、鼠标、显示器、打印机等) 存储媒体 ▲ 存储介质 (软盘、硬盘、光盘等) 传输的物理载体 (光纤、电缆、微波无线链路、 红外无线链路等) 传输媒体 ▲ 信息交换媒体 ▲ 内存、网络、电子邮件、WWW浏览器等 国际电信联盟(ITU)的分类

  5. 1.1.2 多媒体的涵义 是指集文本、图形、图像、动画、音频、视频为一体的综合媒体信息。 是指以数字化为基础，能够对多种媒体信息进行综合处理、建立逻辑关系和人机交互作用的综合技术 。 ●多媒体信息 ●多媒体技术

  6. 1.1.3多媒体技术的特点 信息载体的多样性 交互性 集成性 信息载体的多样性是相对于计算机 而言的，即指信息媒体的多样性。 多媒体就是要把计算机处理的信息 多样化或多维化，从而改变计算机信息 处理的单一模式，使人们能交互的处理 多种信息。 √ 以数字化形式存储和传输 集成性是指以计算机为中心综合处 理多种信息媒体，它包括信息媒体的集 成和处理这些媒体的设备的集成。 信息媒体的集成包括信息的多通道 统一获取、多媒体信息的统一组织和存 储、多媒体信息表现合成等方面。 多媒体设备的集成包括硬件和软件 两个方面。 √ 信息载体的多样化 √ 集成性 多媒体的交互性是指用户可以与 计算机的多种信息媒体进行交互操作 从而为用户提供了更加有效地控制和 使用信息的手段。 √ 交互性 √ 实时性 √ 非线性

  7. 1.1.4 超文本与超媒体 指包含可以链接到其他相关字段或者文档的超链接的文本，用户可以很方便地浏览相关内容 超文本中采用图形、图像、音频、视频等信息，就构成了超媒体。信息的组织形式：节点→ 链→网。 ●超文本 ●超媒体

  8. 1.2.1 应用 ●医疗影像数字化 ●IP电话 ●影视广告 ● 电子游戏 ●办公信息管理 ●自动化控制 ● 形象教学 ●网络远程诊断 ●可视电话 ●平面广告 ●音乐欣赏 ●电话会议 ●模拟实验 ●仿真工艺过程 ●专家诊断系统 Internet 国际互联网 ●视频会议 ●影视娱乐 ●大屏展示 ●仿真研究 ●电视会议 ●模拟交互过程 ●远程文件传输 ●特技特效 ●电子图书 ●形态模拟 ●移动办公 ●电子教案、教学 ●多媒体邮件 ●视频点播、高清电视 ●行为智能模拟 ●网络远程教学 1.2多媒体的应用和发展 影视娱乐业 教育培训 多媒体办公系统 工业领域、科学研究 通信系统 医疗影像及诊断系统 广告、出版业

  9. 1.2.2 发展 将来多媒体技术将向着以下六个方向 发展； 1).高分辨化，提高显示质量； 2).高速度化，缩短处理时间； 3).简单化，便于操作； 4).高维化，三维、四维或更高维； 5).智能化，提高信息识别能力； 6).标准化，便于信息交换和资源共享。

  10. 数据存储技术 多媒体数据压缩技术 虚拟现实技术 多媒体数据库技术 多媒体网络与通信技术 智能多媒体技术 多媒体信息检索 1.3 多媒体关键技术

  11. 磁介质 ZIP软盘 3.5”软盘 720KB 1.44MB 2.88MB 100— 250MB 5.25”软盘 8mm磁带 硬盘 上百个G 360KB 720KB 1.2 MB 1.2GB 磁盘阵列RAID 上千个G 数据存储技术：大容量、快响应、高可靠

  12. 光盘介质与半导体介质 NAME: Zhaozijiang XENON PRO 50MB 3”光盘 名片光盘 200MB CD-ROM CD-R 50MB CD-R 3”光盘M.O. Only Disk 230MB / 640MB 8MB ~ 1.2GB 5”光盘 650MB / 4.7GB CD-ROM / DVD-ROM CD-R 、CD-RW DVD-R、DVD-RW Smart Media 8MB ~ 1GB

  13. 多媒体数据压缩编码与解码技术：有损压缩、无损压缩多媒体数据压缩编码与解码技术：有损压缩、无损压缩 　　研制MPC需要解决的关键问题之一是要使计算机能适时地综合处理声、文图信息。 　　选用合适的数据压缩技术，有可能将字符数据量压缩到原来的1/2左右，语音数据量压缩到原来的1/2-1/10，图像数据量压缩到原来的1/2-1/60。 　　如今已有压缩编码/解压缩编码的国际标准JPEG 和MPEG 。

  14. 数据压缩技术标准 ● JPFG （Joint Photographic Experts Group）标准 ● MPEG - 1 （Moving Picture Experts Group）标准 ●MPEG - 2标准 ●MPEG - 4标准 ●H.261标准

  15. 虚拟现实技术 虚拟现实的定义可归纳为：利用计算机技术生成的一个逼真的视觉、听觉触觉及嗅觉等的感觉世界，用户可以用人的自然技能对这个生成的虚拟实体进行交互考察。 虚拟现实技术是在众多相关技术上发展起来的一个高度集成的技术，是计算机软硬件技术、传感技术、机器人技术、人工智能及心理学等飞速发展的结晶。 √ 数据头盔（头戴式显示器） √ 数据手套（手套式输入设备）

  16. 多媒体数据库技术 多媒体信息是结构型的，致使传统的关系数据库已不适用于多媒体的信息管理，需要从下面四个方面研究数据库： 多媒体数据模型 数据压缩/还原 数据库操作、浏览、统计查询 对象的表现（用户界面）

  17. 多媒体网络与通信技术 大数据量的连续媒体信息的实时传输、时空同步和数据压缩。宽带综合业务数字网（B-ISDN）是解决多媒体数据的传输问题的一个比较完整的方法，其中ATM（异步传送模式）是近年来在研究和开发上的一个重要成果。 ●智能多媒体技术 多媒体技术与人工智能的结合 ●多媒体信息检索 基于特征的多媒体信息检索 教学进程

  18. 1.4.2 常见多媒体开发软件 Visual Basic、Visual C++、Java等 编程语言 ▲ 多媒体创作工具 ▲ 基于卡片的 ▲ • 洪图、方正奥思、ToolBook 基于图标的 ▲ Macromedia Authorware 基于时间的 • Macromedia Director ▲ 简易型 Microsoft PowerPoint ▲ 1.4常见多媒体制作和开发软件简介

  19. 1.4.1 常见多媒体制作软件 抓屏Hyper Snap、SnagIt 素材采集 ▲ 创作编辑 ▲ 1.4常见多媒体制作和开发软件简介 • Corel Draw、Illustrator、Freehand 图形创作 ▲ 图像处理 Photoshop、Painter、Photo Express ▲ • Animitor Gif、Flash 二维动画 ▲ 三维动画 3DMAX、Maya ▲ 声音编辑 • Sound Forge、Cool Edit、VEGAS ▲ • Premiere 影视编辑 ▲ PowerPoint、Authorware 作品集成 ▲ Acdsee看图软件 其他 ▲

  20. 1.5.1 多媒体数据的冗余类型 空间冗余 时间冗余 视觉冗余 1.5 多媒体数据压缩技术 　　图像数据表示中存在着大量的冗余，图像数据压缩技术就是利用图像数据的冗余性来减少图像数据量的方法。常见图像数据冗余类型如下： ● ● ●

  21. 一幅图像表面上各采样点的颜色之间往往存在着空间连贯性，基于离散像素采样来表示物体表面颜色的像素存储方式可利用空间连贯性，达到减少数据量的目的。一幅图像表面上各采样点的颜色之间往往存在着空间连贯性，基于离散像素采样来表示物体表面颜色的像素存储方式可利用空间连贯性，达到减少数据量的目的。 　　例如，在静态图像中有一块表面颜色均匀的区域，在此区域中所有点的光强和色彩以及饱和度都是相同的，因此数据有很大的空间冗余。 空间冗余 ●

  22. 运动图像一般为位于一时间轴区间的一组连续画面，其中的相邻帧往往包含相同的背景和移动物体，只不过移动物体所在的空间位置略有不同，所以后一帧的数据与前一帧的数据有许多共同的地方，这种共同性是由于相邻帧记录了相邻时刻的同一场景画面，所以称为时间冗余。 运动图像一般为位于一时间轴区间的一组连续画面，其中的相邻帧往往包含相同的背景和移动物体，只不过移动物体所在的空间位置略有不同，所以后一帧的数据与前一帧的数据有许多共同的地方，这种共同性是由于相邻帧记录了相邻时刻的同一场景画面，所以称为时间冗余。 同理，语音数据中也存在着时间冗余。 时间冗余 ●

  23. 人类的视觉系统对图像场的敏感度是非均匀的。但是，在记录原始的图像数据时，通常假定视觉系统近似线性的和均匀的，对视觉敏感和不敏感的部分同等对待，从而产生比理想编码（即把视觉敏感和不敏感的部分区分开来的编码）更多的数据，这就是视觉冗余。人类的视觉系统对图像场的敏感度是非均匀的。但是，在记录原始的图像数据时，通常假定视觉系统近似线性的和均匀的，对视觉敏感和不敏感的部分同等对待，从而产生比理想编码（即把视觉敏感和不敏感的部分区分开来的编码）更多的数据，这就是视觉冗余。 视觉冗余 ●

  24. 1.5.2 数据压缩方法 无损压缩 有损压缩 　　压缩处理一般是由两个过程组成：一是编码过程，即将原始数据经过编码进行压缩，以便存储与传输；二是解码过程，此过程对编码数据进行解码，还原为可以使用的数据。 ● ●

  25. 　　图像或声音的频带宽、信息丰富，人类视觉和听觉器官对频带中某些频率成分不大敏感，有损压缩以牺牲这部分信息为代价，换取了较高的压缩比。　　图像或声音的频带宽、信息丰富，人类视觉和听觉器官对频带中某些频率成分不大敏感，有损压缩以牺牲这部分信息为代价，换取了较高的压缩比。 　　常用的有损压缩方法有：PCM(脉冲编码调制)、预测编码、变换编码、插值与外推等。 　　新一代的数据压缩方法有：矢量量化和子带编码、基于模型的压缩、分形压缩及小波变换等。 有损压缩 ●

  26. 混合压缩是利用了各种单一压缩的长处，以求在压缩比、压缩效率及保真度之间取得最佳折衷。混合压缩是利用了各种单一压缩的长处，以求在压缩比、压缩效率及保真度之间取得最佳折衷。 　　该方法在许多情况下被应用，如JPEG 和MPEG 标准就采用了混合编码的压缩方法。 混合压缩 ●

  27. 1.5.3 视频编码的国际标准 运动图像压缩标准 视频通信编码标准 静止图像压缩标准 ● ● ●

  28. 静止图像压缩标准 国际标准化组织(ISO)和国际电报电话咨询委员会(CCITT)联合成立的“联合照片专家组“JPEG (joint photographic experts group)于1991年提出的“多灰度静止图像的数字压缩编码“(简称JPEG标准)。 这是一个适应于彩色和单色多灰度或连续色调静止数字图像的压缩标准。混合压缩是利用了各种单一压缩的长处，以求在压缩比、压缩效率及保真度之间取得最佳折衷。 该方法在许多情况下被应用，如JPEG 和MPEG 标准就采用了混合编码的压缩方法。 JPEG标准支持很高的图像分辨率和量化精度。它包含两部分： 第一部分是无损压缩，基于差分脉冲编码调制(DPCM)的预测编码。 第二部分是有损压缩，基于离散余弦变换(DCT)和Huffman编码, 通常压缩20-40倍。 ●

  29. 运动图像压缩标准 视频图像压缩的一个重要标准是MPEG (Moving Picture Experts Group)于1990年形成的一个标准草案(简称MPEG标准)。 它兼顾了JPEG标准和CCITT专家组的H.261标准。 MPEG标准分成MPEG视频、MPEG音频和MPEG系统三大部分。 MPEG算法除了对单幅图像进行编码外(帧内编码)，还利用图像序列的相关特性去除帧间图像冗余，大大提高了视频图像的压缩比。 压缩比可达到60-100倍。 ●

  30. 　　多媒体通信中的电视图像编码标准都采用H.261和H.263。H.261主要用来支持电视会议和可视电话。　　多媒体通信中的电视图像编码标准都采用H.261和H.263。H.261主要用来支持电视会议和可视电话。 电视图像数据压缩后的数据速率为P×64kb/s，其中P是一个可变参数，取值范围是1-30。 视频通信编码标准 ●

  31. 2.1 多媒体处理的主要对象 文本 多媒体 多媒体 多媒体 各类文字和符号,包含字体、尺寸、格式及色彩信息

  32. 2.1 多媒体处理的主要对象 文本 图形 通过计算而描述的矢量图形

  33. 矢量图形的特点 • 图形的清晰度与分辨率无关 • 容易实施各种变换(移动、旋转、放大、缩小、扭曲)而不变形 • 存储数据量小 • 不适合表现人物、风景等复杂细节的景物

  34. 2.1 多媒体处理的主要对象 文本 图形 图像 用像素点描述的自然影像

  35. 位图图像的特点 • 图像的清晰度与分辨率有关 • 不易进行变换和修改 • 存储数据量大 • 可直接、快速地在计算机屏幕上显示 • 适合表现场景复杂，有丰富层次和颜色细节的画面

  36. 2.1 多媒体处理的主要对象 FRAME 01 FRAME 02 FRAME 03 FRAME 04 FRAME 05 FRAME 06 FRAME 07 文本 图形 单画面矢量动画 图像 动画 多画面帧动画 单画面矢量动画、多画面帧动画（举例说明）

  37. 2.1 多媒体处理的主要对象 文本 ● midi音频 ●wav音频 ●mp3压缩音频 图形 图像 动画 音频 音频数字信号、压缩音频信号

  38. 2.1 多媒体处理的主要对象 文本 END 图形 图像 动画 音频 视频 音频 + 视频 Audio Vedio Information 视频数字信号AVI、压缩视频信号MPG

  39. 2.1 多媒体处理的主要对象 文本 Button Menu 图形 1. 概述 2. 课程演示 3. 课间音乐 4. 课堂作业 图像 动画 音频 视频 控制 采用按钮、菜单实现媒体间的控制功能

  40. 文字是组成计算机文本（text）文件的基本元素。纯文字的文本文件常为.TXT文件格式，在Microsoft Word中，若文本文件加入了排版命令，则为.DOC文件格式。 在计算机内，文字是采用编码的方式进行存储和交换的。英文字符采用的是ASCII编码（美国信息交换标准代码），汉字采用的是中国国标GB-2312编码。 2.2 文字 2.2.1 文字的格式

  41. 2.2.2 文字的获取 （1）键盘输入:使用普通英文键盘，选取现有的输入方法进行文字输入。 （2）OCR（光学字符识别或阅读器）汉字识别输入:将待输入的印刷体文字经图文扫描器输入计算机。这种方法常应用于大量印刷体文字的输入。(演示) （3）手写输入:在巴掌大的手写板上用专用笔或用手指写字，输入给计算机。 （4）语音输入:目前已从单字、单词输入，发展到语音的输入，但作为文字输入技术，其准确率还不够理想。

  42. 什么是图像 ● 图像是自然界中多姿多彩的景物和生物 通过视觉感官在大脑中留下的印记。 ● 数字图像：直接量化的原始信号 ●图形：运算形成的抽象化产物 ● 图形由具有方向和长度的 矢量表示 ● 用于分析运算结果，简单 图形表示 ● 图像的最小单位是像点 ● 用于表现自然影像 2.3 图像基本概念 2.3.1

  43. 位图图像 ● 图像由基本显示单元“像点”构成 ●像点由若干个二进制位进行描述 ●二进制位代表图像颜色的数量 图像像点 ●具有位映射关系的图叫作“位图” 8bit ( 28 = 256色 ) 16bit ( 216 = 65536色 ) 24bit ( 224 = 16M色 ) ● 8位图像 ● 16位图像 ● 24位图像 ●“位图”特指图像 ●二进制位与图像之间存在严格的“位映射”关系

  44. 图像的属性 ● dpi (display pixels / inch) 每英寸显示的像点数 ● dpi的数值越大，图像越清晰 300 dpi 96 dpi 21 dpi 图像分辨率 绝对清晰度 清晰度 ● 分辨率的单位 视觉效果 dpi

  45. 常见分辨率 ● 显示器：96 dpi ●显示用图片：96 dpi ●动画、视频：96 dpi ● 底片扫描仪 4800 dpi ● 激光打印机：600~1200 dpi ● 印刷图片 普通：300dpi 高精度：600 dpi ● 平板扫描仪：1200 dpi ● 喷墨打印机：720～2880 dpi

  46. 颜色数量与颜色深度 颜色深度(bit) 数值 颜色数量 颜色评价 1 21 2 二值(单色)图像 4 24 16 简单色图像 8 28 256 基本色图像 16 216 65536 增强色图像 24 224 16777216 真彩色图像 32 232 4294967296 真彩色图像 36 236 68719476736 真彩色图像 ● 颜色数量——用于表示图像色彩的有限位二进制数。 ● 颜色深度——表示一个像素的二进制位数，以bit为单位。

  47. 图像文件的格式与数据量 2.3.2 ● 数字化图像以文件的形式存在，文件扩展名有严格的约定, 不要修改 文件格式 文件扩展名 分辨率 颜色深度 说 明 BITMAP bmp、dib、rle 任意 32bit Windows及OS/2用位图 EMF emf 任意 24bit 增强图元文件 GIF gif 96dpi 8bit 256索引颜色 JPEG jpg、jpe 任意 32bit JPEG压缩文件 PCD pcd 任意 32bit Kodak照片CD文件 PSD psd 任意 24bit Photoshop图层文件 TARGA tga 96dpi 32bit 视频单帧图像文件 TIFF tif 任意 24bit 通用图像文件 WMF wmf 96dpi 24bit Windows的剪贴画文件

  48. (图像长×分辨率)×(宽×分辨率)×颜色深度／8 数字图像数据量 如：一幅颜色深度为24位，分辨率为300dpi，画面尺寸为10cm*8cm的图像，数据量为： （10×0.3937×300）×(8×0.3937×300) ×24／8 ≈3.19MB

  49. 图像数据量对比 . jpg 883 KB 损失15%色 重复保存,损失加剧 . gif 4,501 KB 256色 格式转换容易失真(eg) . bmp 25,481 KB 真彩色 ●数据量大 . tga 25,481 KB 真彩色 ●数据量大 . pcd 25,481 KB 真彩色 ●数据量大 . tif 25,697 KB 真彩色 ● 数据量大 A4幅面(横) 24 bit彩色 300 dpi分辨率 数据对比

  50. 如何得到图像 ● 摄影要点 (1) 画面布局错落有致 (2) 前景与背景讲求纵深感 (3) 光与影突出立体感 (4) 画面留有加工余地 (5) 正确设置光圈与快门 光圈 2.8 4 5.6 8 11 16 22 快门 1/s B8 15 30 60 125 250 500 1000 感光指数为常数时的关系 ● 胶卷 (负片) 的感光度 60°感光速度慢，颗粒小，影像清晰，适于光照条件非常好的场合 100°感光速度中等，颗粒中，影像较清晰，适于白天 400°感光速度快，颗粒较粗，影像一般，适于傍晚、黎明、室内 1000°感光速度极快，颗粒粗，影像一般，适于高速运动物体的摄影 2.3.3 ● 使用数码相机拍照 ● 扫描 ● 使用现成图像

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