計算機網絡和多媒體技術課件

計算機網絡和多媒體技術——多媒體技術概述什么是媒體？媒體：承載信息的載體。在這種意義下，文字、聲音、圖形、圖像、視像、動畫都是信息的載體?！懊襟w”在計算機領域還有其它的含義，例如媒體也用來表示可以記錄數據的物理載體，如媒體也用來指計算機中各種存儲介質，如磁盤、磁帶和光盤等等。多媒體計算機技術利用計算機把文本、圖形、圖像、音頻和視頻等多種媒體信息綜合一體化，并能夠對多種媒體信息進行獲取、壓縮編碼、編輯、加工處理、傳輸、存儲和展示的技術。實際上多媒體技術是計算機技術、通信技術、音頻技術、視頻技術、圖像壓縮技術、文字處理技術等多種技術的一種結合。多媒體系統(tǒng)的特點集成性 可對文字、圖像、圖形、聲音、視像等信息媒體進行綜合處理，達到各種媒體協調一致，形成一個整體。交互性

用戶和系統(tǒng)能夠方便的交流，能對系統(tǒng)的多媒體處理功能進行控制。數字化特征

各種媒體信息都以數字的形式(0和1)進行存儲和處理，而不是以傳統(tǒng)的模擬信號方式。什么是模擬信號模擬信號：幅度隨時間而連續(xù)變化的信號。變化規(guī)律與對應的物理量的變化規(guī)律是類比關系。模擬信號的主要參數：振幅A和頻率f。振幅反映了信號的強度，對于聲音信號來說，就是聲音的大??；頻率反映了震動的快慢，對于聲音而言，反應了音調的高低。頻率的單位為Hz，即每秒震動的次數。數字信號數字信號：取值被限制在有限個數值之內，如0和1，是離散的信號。數字信號，由于只有有限個狀態(tài)，所以能精確地進行存儲，易于判決，不怕噪音干擾，可以無失真的傳輸和復制，數字化后也可以利用校驗位進行檢錯和糾錯?？傊當底中盘柧哂心M信號所不具有的高保真度和易于處理的優(yōu)點。模擬信號的數字化基本過程

采樣、量化和編碼。采樣

在連續(xù)信號中每隔一定時間取一個值。（時間離散化）量化

量化是用有限個幅度值近似原來連續(xù)變化的幅度值，把模擬信號的連續(xù)幅度變?yōu)橛邢迶盗康挠幸欢ㄩg隔的離散值。（幅度離散化）編碼

編碼則是按照一定的規(guī)律，把量化后的值用二進制數字表示。采樣定律和量化精度采樣定律：采樣頻率要高于信號最高有效頻率的兩倍。 話音的最高頻率為4000Hz，則每秒至少采樣8000次，聲音最高頻率20kHz，所以計算機中常使用的采樣頻率為44.1kHz量化精度：表示一個采樣樣本值的二進制位數，位數越多，精度也越高。

若用16個二進制位表示聲音，可將聲音強度分為65536級，若用8位則僅能區(qū)分256級。計算中的文字文字用編碼的方式在計算機內存儲和交換。英文字符常用的編碼是ASCII碼；漢字常用的編碼是GB-2312編碼。ASCII碼是7位，擴展后是8位，而GB2312碼是16位。為了在屏幕上顯示字符或在打印機上打印字符，需要字模庫。字?？梢允屈c陣字模，也可以是矢量字模。漢字字模庫所占的存儲量相當大。聲音聲音的頻率范圍為20～20kHz，根據采樣定理，其采樣頻率不應低于40kHz，在多媒體技術中常用的采樣頻率為44.1kHz。量化精度現在常采用16位，質量更高的也有用24位的。為了取得立體聲音響效果，有時需要進行“多聲道”錄音，最起碼有左右兩個聲道，較好的則采用5.1或7.1聲道的環(huán)繞立體聲。采樣頻率越高，量化精度越高，聲道數越多，則聲音質量就約好，而數字化后的數據量就越大。聲音文件在計算機中常用的聲音文件有：(1).WAV文件(2).MP3文件(3).MID文件圖形圖形的顯著特點是由點、線和面等基本構圖元素組成。例如：機械結構圖、建筑結構圖。圖形中的直線、弧線一般用數學的方法來表達。例如：線段可以用始點坐標和終點坐標表示，圓可以用圓心和半徑來表示。這種表示法是一種矢量表示法，不同于圖像表示的位圖表示法，所需存儲空間較小。圖像典型的圖像是照片。圖像不象圖形由有規(guī)律的線條組成，不能用矢量表示，一般采用點陣表示。數字圖像的最小元素稱為像素。數字圖像的大小是用“水平像素＊垂直像素”來表示的。圖像每一個像素在計算機中用若干二進制位來表示。例如，一個像素若用8位二進制數表示，則可以表示出256種黑白灰度或256種色彩。如果一個像素用24位二進制表示，則可以表現出1677萬種顏色，一般稱為真彩色。數字圖像的存儲量巨大。例如一幅能在標準VGA顯示屏上作全屏顯示的真彩色圖像（24位），所占存儲量為大約900K圖像常見圖像文件有： .BMP文件、.JPG文件、.GIF文件、.TIF文件、.PCX文件等等。圖像的輸入設備有：掃描儀和數碼照相機圖像的輸出設備有：打印機、顯示器。顯示器的分辨率要求一般低于打印機。視像視像的每一幀，實際上就是一幅靜態(tài)圖像，所以圖像中存儲量大的問題，在視像中顯得更為嚴重，因為一秒中內就要播放20～30幅靜態(tài)圖像。因而，全屏、全速、全色的視頻圖像，數據量十分龐大。常見的視像文件：.AVI文件、.MPG文件常見的視像輸入設備：攝像機、電視機等視頻設備。動畫動畫也是一種活動影響，典型的動畫是卡通片，動畫和視頻影像不同，指人工創(chuàng)造出來的連續(xù)圖形所組合成的動態(tài)影像。動畫也需要每秒20個以上的畫面。畫面的產生可以逐幅繪制，也可以實時計算。多媒體技術的應用電子出版技術 (1)傳統(tǒng)紙張印刷出版設備笨重、生產周期長、作品信息密度低、成本高等許多缺點。相反電子出版具有快速出版、圖文聲像并茂、信息密度高、成本低、流通快等許多優(yōu)點。 (2)電子出版是多媒體最早的應用，現在已經相當普及。例如：各種軟件、電子圖書、電子期刊、電子新聞報紙、電子廣告、電子音像制品、教育用電子教材和課件、娛樂用電子游戲；電子出版物的載體可以是軟盤、光盤以及網絡。多媒體技術的應用可視通信技術 多媒體在可視通信方面的應用包括： (1)視頻會議系統(tǒng) (2)可視電話技術多媒體技術的應用虛擬現實技術 (1)虛擬現實也稱為“人工現實”獲“靈境”技術，是多媒體應用的更高境界，是用計算機多媒體技術生成一個集視覺、聽覺甚至嗅覺在一起的感覺世界，讓人得到一種逼真的體驗。(2)虛擬現實技術可廣泛應用于模擬訓練、科學可視化以及娛樂領域。RGB彩色空間紅黃綠藍品紅青白紅色＋綠色＝黃色紅色＋藍色＝品紅綠色＋藍色＝青色紅色＋綠色＋藍色＝白色黃色、品紅以及青色稱作相加二次色,，也分別稱作藍色、綠色、紅色的補色紅色＋青色＝綠色＋品紅＝藍色＋黃色＝白色RGB彩色空間在多媒體計算機中，用的最多的是RGB彩色空間。所有顏色則由RGB三色的不同比例生成，可以描述為：

F=r[R]+g[G]+b[B]

r[R]、g[G]、b[B]稱為三色分量。若每一種基色都用8位，即用256種不同取值來描述，則三種基色的混和就可以有256×256×256種不同的顏色，即有16M種不同的顏色，一般稱為真彩色。RGB彩色空間當三種原色的比例相等時，混和后得到灰色。而其值從小到大可分別得到從黑色到白色的灰度變化效果。(0,0,0)(51,51,51)(102,102,102)(153,153,153)(204,204,204)(255,255,255)分辨率問題設備分辨率：設備能達到的表現或識別象素點精細程度的一種度量

顯示屏分辨率：顯示屏在水平和垂直兩個方向上可以顯示的最大點數。 如：640×480、800×600、1024×768以及1280×1024 打印機分辨率：每英寸能打印出多少個點的能力。

如某打印機的分辨率為1440d/i，表示該打印機可在每英寸打出1440個點 掃描儀分辨率：指每英寸能識別出的點數。

如：某掃描儀的分辨率為300d/i，表示其可以從每英寸識別出300個點分辨率問題顏色分辨率：指表達顏色的能力。如果用1位來表示顏色，則最多能表示出兩種顏色，如果用8位表示，則可以表示出256種顏色。

分辨率問題圖像分辨率 圖像的大小是由長×寬來表示，而圖像分辨率指圖象中每英寸所具有的象素點數，通常表示為：p/i。

象素和屏幕上的點不同，圖像在屏幕上放大顯示時，一個象素可以對應多個點。

多媒體關鍵技術數據壓縮技術超大規(guī)模集成電路芯片技術(VLSI)大容量光盤存儲技術多媒體網絡通信技術多媒體同步技術……多媒體關鍵技術(一)數據壓縮技術 多媒體數據的顯著特點：數據量非常大。例如，一張彩色相片的數據量可達100MB；視頻影像和聲音由于連續(xù)播放，數據量更加龐大。這對計算機的存儲以及網絡傳輸都造成了極大的負擔。解決辦法之一就是進行數據壓縮，壓縮后再進行存儲和傳輸，到需要時再解壓、還原。多媒體關鍵技術(一)對多媒體數據進行壓縮主要根據以下兩點： (1)原始多媒體數據客觀上存在大量冗余。 圖片中大面積的藍天；視頻影像每幀之間變化很小。(2)人的感觀具有不敏感性，多媒體數據主觀上存在一些冗余。

人對細微的顏色差異感覺不明顯。太弱的聲音人們感受不到多媒體關鍵技術(一)數據壓縮算法的分類(1)無損壓縮無損壓縮要求解壓以后的數據和原始數據完全一致 例如：磁盤文件的壓縮 能把數據壓縮到原來的1/2到1/4。(2)有損壓縮解壓以后的數據和原始數據不完全一致

圖像、視頻、音頻數據的壓縮 壓縮比可高達100:1，但人的主觀感受仍不會對原始信息產生誤解。

多媒體關鍵技術(一)常用多媒體數據壓縮標準

(1)JPEG標準靜態(tài)數字圖像壓縮編碼標準

支持有損壓縮，壓縮比可用參數調整，在壓縮比達25:1時，壓縮后還原的圖像與原始圖像相比較，人們很難區(qū)分其中的差別。

(2)MPEG標準視頻影像和高保真聲音的數據壓縮標準

根據對數字影像質量要求的不同，由不同的標準組成，常見的有： MPEG-1用于VCD、MPEG-2用于DVD、

MP3–MPEG-1layer3(音頻壓縮)多媒體關鍵技術(二)超大規(guī)模集成電路芯片技術(VLSI)

多媒體的大數據量和實時應用特點，要求計算機有很高處理速度：高速的CPU、大容量的RAM、專用數據采集和還原電路、高速數字信號處理電路(DSP)

這些都依賴于VLSI技術的發(fā)展和支持多媒體關鍵技術(三)大容量光盤存儲技術 數字化的多媒體信息經過壓縮處理仍然包含了大量的數據，多媒體信息的存儲和發(fā)布不能用磁盤進行。硬盤盡管存儲容量很大，但價格昂貴也不便于交換和攜帶。 光盤原理簡單、存儲容量大，便于大量生產，價格低廉，正被廣泛用于多媒體數據存儲多媒體關鍵技術(三)光盤存儲原理 在園形的光道上，刻上能代表“0”和“1”的一些凹坑；讀出時，用激光去照射旋轉著的光盤，從凹坑和非凹坑處得到的反射光，其強弱是不同的。根據差別區(qū)分是“0”還是“1”多媒體關鍵技術(三)目前常用的CD-ROM光盤 (1)VCD光盤，存儲量達650MB，可存儲70分鐘的MPEG-1影視節(jié)目。 (2)DVD光盤，最高容量達17GB光盤的分類

(1)只讀光盤CD-ROM (2)用戶可寫光盤CD-R (3)一次可寫光盤CD-WO光盤的讀出速度 單倍速(150KB/s)、二倍速、四倍數、…、40倍速

多媒體關鍵技術(四)多媒體網絡通信技術

多媒體不但要解決單機上的問題，也要解決多媒體網絡通信問題?，F有的計算機網絡在早期建立時，主要是為了在網絡用戶之間傳送文字數據，而今天人們要求傳輸的不僅僅是文字數據，而是更加豐富、更加自然的集圖、文、聲、像于一體的多媒體數據。多媒體關鍵技術(五)多媒體同步技術 多媒體技術需要同時處理聲音、文字、圖像等多種媒體信息，在多媒體系統(tǒng)所處理的信息中，各個媒體都與時間有著或多或少的關系。例如：圖像、語音都是時間的函數，聲音和視頻圖像要求實時處理同步進行，使得聲音和視頻具有協同性完整的多媒體計算機系統(tǒng)配置主機視頻卡聲卡觸摸屏顯示器I/O接口IO/接口圖文掃描儀數碼相機圖文打印機數字化儀彩色繪圖儀光盤驅動器激光打印機光盤刻錄機調制解調器高速網絡卡麥克風收錄機揚聲器數字式樂器數碼投影機攝像機錄像機光碟機電視機音頻部分視頻部分圖形圖像部分基本設備部分多媒體I/O設備CD光盤驅動器聲卡視頻卡掃描儀數碼相機光盤刻錄機……常用多媒體I/O設備音頻卡(聲卡) (1)音頻卡的主要功能：

>聲音的輸入

把麥克風或音頻連接線(linein)輸入的聲音(模擬信號)，進行采樣、量化和編碼，變成數字化的聲音進入計算機。

>聲音的輸出

把計算機中的數字化聲音數據，經數/模轉換還原為模擬信號，從音頻連接線(lineout)輸出；然后經由揚聲器、耳機播出。常用多媒體I/O設備

>編輯與合成處理

在軟件的配合下，對聲音文件進行多種編輯和特殊效果的處理，包括剪裁、粘貼、加入回聲、倒放、快放慢放。循環(huán)播音等等。 >MIDI接口 提供音樂設備數字接口，可從數字樂器錄音，也可控制和操作樂器演奏。（2）音頻卡的其它特性 >量化精度8位、16位、24位等等

>單聲道、雙聲道、環(huán)繞立體聲

>采樣頻率軟件可設定5k~44.1kHz常用多媒體I/O設備視頻卡 視頻卡的主要功能 >視頻采集

實現模擬視頻模擬信號的數字化。不但實現對視頻中單畫面的捕捉，也能對實時動態(tài)畫面連續(xù)捕捉，捕獲幀率可達25幀/秒、30幀/秒。若視頻卡允許的幀率小于20幀/秒，則影像還原時有閃爍甚至停頓感。 >數據壓縮功能

視頻數字化以后的數據量極大，而冗余數據很多，視頻卡的壓縮功能將對它進行有效地壓縮。不同的視卡可能采用不同的壓縮算法，所得壓縮倍數也不相同。MPEG-1壓縮算法壓縮比高達100:1~200:1常用多媒體I/O設備

>數據解壓縮功能 壓縮后的數據在播放前必須進行解壓縮。 >視頻輸出(電視編碼)功能 解壓以后輸出的數字圖象，一般可以直接輸出在顯示器上，也可輸出到電視機上，這時要進行TV信號的轉換。 >電視接收功能 一般的視頻卡僅能接收視頻信號(來自攝像機和錄像機)，不能接收無線電頻率的高頻電視信號。需要接收電視節(jié)目，有時需要電視接收卡常用多媒體I/O設備圖文掃描儀(1)功能 掃描儀是一種圖像輸入設備，它能把硬拷貝形式的文字和圖象經掃描方式輸入計算機。(2)原理 利用光線照射在圖片上所產生的反射光，通過一定的電子器件把光線的亮度的強弱和色彩信號轉換成模擬電信號，再經模/數轉換成數字圖象信號輸入計算機。常用多媒體I/O設備 (3)掃描儀分類

按照操作方式:平板式、手持式 按照色彩方式：彩色型、黑白型(4)性能指標

>光學分辨率：單位長度內的采樣點數，單位d/i。 >速度：掃描輸入圖稿時所需時間。 >色彩分辨率：表示一個象素顏色所需二進制位數。(24位以及36位) >接口：USB接口、SCSI接口和并口常用多媒體I/O設備數碼照相機

(1)原理 一般照相機是把景物通過鏡頭聚焦成像后，使膠卷感光；而數碼相機是利用CCD(電荷耦合器件)感受光信號，使轉變?yōu)殡娦盘?，再經?數轉換變成數字信號，存貯在相機的內部存儲器中。

(2)主要指標

>分辨率水平位置和垂直位置上的象素數 >顏色分辨率表示一個象素的顏色所需要的二進制位數 >連拍速度單位時間內拍攝的圖片幅數 >存儲方式內置存儲、可移動存儲媒體 >接口SCSI接口USB接口等常用多媒體I/O設備CD刻錄機

CD刻錄機是可以對CD-R可記錄式光盤進行寫入的設備。在寫入時，用待寫入的數據去控制聚焦激光束，把CD-R光盤上的有機燃料燒熔后變成光痕，利用光痕記錄數據。多媒體計算機軟件平臺多媒體硬件設備音頻/視頻信息的壓縮和解壓縮多媒體設備輸入/輸出控制接口操作系統(tǒng)的多媒體擴充多媒體創(chuàng)作工具多媒體應用軟件

多媒體計算機軟件平臺具有以下的層次結構:①②

③

④

⑤⑥多媒體計算機軟件平臺①第一層是硬件,是系統(tǒng)的基礎,包括聲卡、視頻卡以及其他多媒體設備。②

第二層是音頻／視頻信息的壓縮和解壓縮層，由于實時性要求高，有些系統(tǒng)使用以專用集成電路為核心的硬件來實現。③第三層是多媒體輸入／輸出驅動控制及接口層，其主要功能是完成驅動和控制多媒體設備以及插卡，提供軟件接口，以便于高層軟件調用。多媒體計算機軟件平臺④第四層為多媒體軟件的核心，擔負多媒體操作系系統(tǒng)的功能，用以支持對多媒體設備的管理，對文字、音頻、視頻等媒體信息的處理和調度以及管理多媒體信息間的同步問題。這通常是通過對現有操作系統(tǒng)擴充多媒體功能來實現，例如Windows95/98/2000都具有多媒體功能。多媒體計算機軟件平臺⑤第五層是多媒體創(chuàng)作工具，這一層軟件主要是開發(fā)多媒體應用的工具軟件。開發(fā)人員或用戶利用這些工具軟件制做自己的多媒體應用系統(tǒng)。⑥第六層是多媒體應用軟件層，其內容可以是面向用戶的各種多媒體應用系統(tǒng)。Windows多媒體工具

Windows95/98/2000等是支持多媒體的操作系統(tǒng)，它們均提供了一些和娛樂有關的