數(shù)字媒體技術(shù)與應(yīng)用綜合教程 課件 第3、4章 數(shù)字圖像信息處理、數(shù)字音頻技術(shù)

3.1色彩基礎(chǔ)知識3.2圖像處理基礎(chǔ)3.3圖像處理軟件PhotoshopCC第3章數(shù)字圖像信息處理3.1.2色彩模式3.1.1色彩3.1色彩基礎(chǔ)知識3.1.1色彩色彩就是當(dāng)光線照射到物體后使視覺神經(jīng)產(chǎn)生的感受。認(rèn)識色彩

色彩的產(chǎn)生重要是因為人眼接收來自物體表面或內(nèi)部對于光源的反射或透射，因此色彩是由光、物體特性與人眼視覺機(jī)構(gòu)等3大因素所涵蓋。1色彩三要素色相、明度、飽和度色相：不同波長的光刺激所引起的不同顏色心理反應(yīng)。明度：光作用于人眼時所引起的明亮程度的感覺。飽和度：是指顏色的純度，或者說顏色的深淺程度，即摻入白光的程度。例如，當(dāng)紅色加進(jìn)白光后，由于飽和度降低，紅色被沖淡成粉紅色。2色彩三原色色彩三原色也叫三基色，是根據(jù)人眼對彩色視覺的大量實驗得出的?；腔楠?dú)立的單色，任一基色都不能由其他兩種基色混合產(chǎn)生。選擇紅、綠、藍(lán)三種互相獨(dú)立的基色，按照不同比例組合，可以配出自然界中的各種顏色。3色彩對比色彩對比是圖像處理常用的手法，目的在于突出主題或核心文字、標(biāo)志以及陪襯出畫面的內(nèi)容和意圖等。色彩對比包括明度對比、色相對比、純度對比、冷暖對比、補(bǔ)色對比、黑白灰對比、色彩的面積大小對比等。通常情況下，色彩對比主要指色彩的冷暖對比。圖像畫面從色調(diào)上劃分，可分為冷調(diào)和暖調(diào)兩大類。紅、橙、黃為曖調(diào)，青、藍(lán)、紫為冷調(diào)，綠為中間調(diào)，不冷也不暖。圖像中暖色調(diào)有前進(jìn)感，冷色調(diào)有后退感。色彩對比的規(guī)律是：在暖色調(diào)的環(huán)境中，冷色調(diào)的主體醒目，在冷調(diào)的環(huán)境中，暖調(diào)主體最突出。4色彩情感

色彩情感指不同波長色彩的光信息作用于人的視覺器官，通過視覺神經(jīng)傳入大腦后，經(jīng)過思維，與以往的記憶及經(jīng)驗產(chǎn)生聯(lián)想，從而形成一系列的色彩心理反應(yīng)。

內(nèi)容色彩具體事物的類似性抽象心情的象征性紅火、鮮血、紅旗熱情、喜慶、幸福、革命、活力橙橙子、桔子、木瓜、晚霞、秋葉溫情、活潑、甜美、明朗、時尚黃檸檬、香蕉、油菜花、糕點(diǎn)、黃金光明、高貴、輕快、希望、智慧綠草地、森林、綠葉青春、新鮮、清爽、安靜、和平藍(lán)大海、天空平靜、理智、清潔、沉默、透明紫葡萄、茄子高貴、神秘、優(yōu)雅、尊嚴(yán)、壓迫白白云、白雪、白紙純潔、高雅、衛(wèi)生、神圣、明快黑煤炭、黑發(fā)、墨、黑夜深沉、嚴(yán)肅、死亡、剛健、冷淡灰霧霾天氣、混泥土、冬天的天空中庸、平凡、憂郁、沉默、絕望顏色色彩聯(lián)想表5顏色深度指存儲每個像素顏色所用的位數(shù)，決定彩色圖像的每個像素可能有的顏色數(shù)，或者確定灰度圖像的每個像素可能有的的灰度級別。常用的色彩深度有1位、8位、24位和32位。一個1位的圖像包含多少種顏色？一幅圖像的顏色深度為8位，則可以顯示的顏色數(shù)目是多少？一幅彩色圖像的每個像素由R、G、B三個分量表示，若每個分量用8位，則每個像素的顏色范圍是多少？3.1.2色彩模式

像素顏色的合成方法，是色彩的表達(dá)形式，用于描述和重現(xiàn)色彩。色彩模式

用于表現(xiàn)顏色的一種數(shù)學(xué)算法，是一種將顏色表示為一組數(shù)字的抽象的數(shù)學(xué)模型。不同的應(yīng)用領(lǐng)域使用不同的色彩模式。幾種常見的色彩模式：RGB模式CMYK模式Lab模式HSB模式位圖模式灰度模式索引顏色模式雙色調(diào)模式多通道模式3.2.2圖像的特點(diǎn)3.2.1圖像的基本概念3.2圖像處理基礎(chǔ)3.2.3圖像的基本類型3.2.4灰度圖與彩色圖3.2.5像素與分辨率3.2.6圖像數(shù)據(jù)量3.2.7圖像文件格式3.2.1

圖像的基本概念什么是圖像？一個區(qū)域內(nèi)帶有屬性的像素點(diǎn)集合。數(shù)據(jù)來源：由輸入設(shè)備捕捉的實際場景畫面?？臻g圖像函數(shù)的表示方法：G=f（x,y,z,λ,t）實際圖像是連續(xù)的，計算機(jī)只能處理離散的數(shù)字圖像，所以要對連續(xù)圖像采樣和量化以得到離散的數(shù)字圖像。圖像3.2.2

圖像的特點(diǎn)

圖像是由一些排列的像素組成的，在計算機(jī)中的存儲格式一般數(shù)據(jù)量比較大。它除了可以表達(dá)真實的照片外，也可以表現(xiàn)復(fù)雜繪畫的某些細(xì)節(jié)，并具有靈活、富有創(chuàng)造力等特點(diǎn)。3.2.3

圖像的基本類型

圖像，來至于主觀世界，由人主觀制造出來的作品，例如照片、圖紙和人們創(chuàng)作的各種美術(shù)作品等，對于這一類圖，只能靠使用掃描儀、數(shù)字照相機(jī)或攝像機(jī)進(jìn)行數(shù)字化輸入后，才能由計算機(jī)進(jìn)行間接處理。3.2.4

灰度像與彩色圖

灰度圖和彩色圖灰度圖：指圖像色彩是由黑色到白色逐漸變化的灰度構(gòu)成?；叶燃墸汉谏桨咨g的灰色分為不同的級別。常用的灰度級有二級，256級。單色圖像：只有黑白兩種顏色的圖像。彩色圖像：按顏色的數(shù)目來劃分，可分為256色和真彩色。640*480單色灰度圖像，容量為37.5kB640*480，256級灰度圖像，容量為300kB640*480真彩色圖像，容量為900kB3.2.5

像素與分辨率影響圖像的質(zhì)量?

顯示屏上能夠顯示出的像素數(shù)目。屏幕能夠顯示的像素越多，說明顯示設(shè)備的分辨率越高，顯示圖像質(zhì)量也越高。例如，顯示分辨率為640*480，1920*1080，3840*2160等。

圖像中每單位打印長度顯示的像素數(shù)目，通常用像素/英寸表示。或是一幅圖像在橫向和縱向上的像素數(shù)目乘積來表示。一幅圖的像素密度越高，則圖像的分辨率越高，圖像越逼真。例如，圖像分辨率72dpi(每英寸點(diǎn)數(shù)），1024*768顯示分辨率圖像分辨率圖像文件大小的計算公式：文件字節(jié)數(shù)=圖像分辨率*圖像深度/8例如，一幅圖像分辨率為640*480的24位真彩色圖像的文件大小為：640*480*24/8=921，600字節(jié)圖像分辨率3.2.6

圖像數(shù)據(jù)量

圖像數(shù)據(jù)量，即為圖像文件的大小，是指磁盤上存儲整幅圖像所占的字節(jié)數(shù)。

圖像數(shù)據(jù)大小可用下面的公式來估算：圖像數(shù)據(jù)量=圖像分辨率（寬×高）×顏色深度/8（Byte）例如，一副800×600的真彩色圖像，未壓縮的原始數(shù)據(jù)量為：800×600×24/8=1440000B=1440KB3.2.7

圖像文件格式圖像在存儲媒體中存儲的格式，稱為文件格式。圖像文件的存儲格式有：BMP、JPG

/JPEG、GIF、PSD、PNG、TIFF、PDF等。3.3圖像處理軟件PhotoshopCCPhotoshopCC是Adobe公司開發(fā)并不斷推陳出新的圖像處理軟件，它支持真彩色和灰度模式的圖像，可以針對圖像進(jìn)行多種操作，如復(fù)制、粘貼、修飾、色彩調(diào)整、編輯、創(chuàng)建、合成、分色與濾鏡等，并給出了許多增強(qiáng)圖像的特殊手段，可廣泛地應(yīng)用于美術(shù)設(shè)計、廣告制作、計算機(jī)圖像處理、旅游風(fēng)光展示等領(lǐng)域，是計算機(jī)數(shù)字圖像處理的有力工具。3.3.2PhotoshopCC操作3.3.1PhotoshopCC工作界面3.3圖像處理軟件PhotoshopCC3.3.1PhotoshopCC工作界面3.3.2PhotoshopCC操作PhotoshopCC操作詳見教材：打開PhotoshopCC軟件以后，先詳細(xì)的介紹各個工具和功能模塊的使用，然后按照教材的詳細(xì)案例進(jìn)行操作。思考與練習(xí)

1.當(dāng)紅光摻入白光之后，其色相、飽和度和亮度分別有什么變化？2.什么是色彩三要素，它的基本性質(zhì)是什么？3.什么是三基色原理？任何三種顏色都可以作為基色嗎？4.構(gòu)成位圖圖像的基本單位是什么？5.什么是圖像，它的基本特點(diǎn)是什么？6.位圖圖像的主要屬性是什么？7.常用的圖像文件格式有哪些？各有什么特點(diǎn)？8.Adobe系列軟件涵蓋了所能想到的圖片處理的各種效果，而在Adobe系列軟件中，什么軟件是最適合、最專業(yè)的照片處理軟件？9.在

PhotoshopCC中可以對圖像進(jìn)行放大、縮小和旋轉(zhuǎn)的是什么命令？10.利用“色相/飽和度”命令可以調(diào)整整個圖像或圖像中單個顏色成分的什么？第4章數(shù)字音頻技術(shù)知識點(diǎn):4.1音頻的相關(guān)概述4.2音頻數(shù)字化技術(shù)4.3聲卡4.4音頻信息處理編輯4.5數(shù)字音頻文件格式4.6數(shù)字音頻編輯軟件

AdobeAuditionCS64.1音頻的相關(guān)概述4.1.1聲音的基本特點(diǎn)4.1.2數(shù)字音頻的音質(zhì)與數(shù)據(jù)量4.1.3道數(shù)

聲音是由空氣中分子的振動而產(chǎn)生的。自然界的聲音是一個隨時間而變化的連續(xù)信號，可近似地看成是一種周期性的函數(shù)。通常用模擬的連續(xù)波形描述聲波的形狀，單一頻率的聲波可用一條正弦波表示，如下圖所示。

振幅周期基線聲音的概念

模擬音頻信號的兩個重要參數(shù)頻率：每秒鐘波峰所發(fā)生的數(shù)目，單位為Hz或kHz。頻率大，聲音細(xì)尖；頻率小，聲音粗低。語音信號的頻率范圍為300Hz~3000Hz。振幅：從信號的基線到波峰的距離。決定了信號的強(qiáng)弱程度，強(qiáng)度用dB表示，分貝的幅度就是音量。另外兩個概念周期：完成一次振動所需要的時間，用T表示。帶寬：頻率覆蓋的范圍，指復(fù)合信號。

用聲音錄制軟件記錄的英文單詞“Hello”的語音實際波形1.聲音的傳播2.聲音的三要素4.１.1聲音的基本特點(diǎn)音調(diào)：人對聲波頻率的主觀屬性。音色：聲波波形的主觀屬性。純音：振幅和頻率不變的聲音信號復(fù)合音：聲音信號由不同的振幅與頻率合成而得到。語音是特殊的復(fù)合音。音強(qiáng)：聲波振幅的主觀屬性。聲音的三要素數(shù)字音頻的音質(zhì)好壞，取決于采樣頻率的高低、表示聲音的基本數(shù)據(jù)位數(shù)和聲道形式。音質(zhì)越好，則該文件的數(shù)據(jù)量越大。數(shù)據(jù)量與采樣頻率、數(shù)據(jù)位數(shù)以及聲道數(shù)的關(guān)系如下：數(shù)據(jù)量=采樣頻率×數(shù)據(jù)位數(shù)×聲道數(shù)/8

1.音質(zhì)

2.數(shù)據(jù)量

3.CD-DA音頻文件4.１.2數(shù)字音頻的音質(zhì)與數(shù)據(jù)量聲音通道的個數(shù)稱為聲道數(shù)，是指一次采樣所記錄產(chǎn)生的聲音波形個數(shù)。記錄聲音時，如果每次生成一個聲波數(shù)據(jù)，稱為單聲道；每次生成兩個聲波數(shù)據(jù)，稱為雙聲道（立體聲）。隨著聲道數(shù)的增加，所占用的存儲容量也成倍增加。常用的聲道有以下三種：

1.單聲道

2.立體聲

3.四聲道環(huán)繞4.１.3聲道數(shù)4.2音頻數(shù)字化技術(shù)4.2.1數(shù)字音頻的采樣4.2.2數(shù)字音頻的量化4.2.3數(shù)字音頻的編碼4.2.4數(shù)字音頻的優(yōu)勢

聲波是隨時間而連續(xù)變化的物理量，通過能量轉(zhuǎn)換裝置，可用隨聲波變化而改變的電壓或電流信號來模擬。以模擬電壓的幅度來表示聲音的強(qiáng)弱。為使計算機(jī)能處理音頻，必須對聲音信號數(shù)字化。模擬音頻信號數(shù)字化過程如下圖所示。聲音信號數(shù)字化過程1.采樣定理——在一定的條件下，用離散序列可以完全代表一個連續(xù)函數(shù)。2.采樣過程是每隔一定時間間隔在模擬聲音的波形上取一個幅度值，把時間上的連續(xù)信號變成時間上的離散信號。3.采樣頻率是指計算機(jī)每秒鐘采集多少個聲音樣本。采樣頻率越高，對波形的表示越精確。4.2.1數(shù)字音頻的采樣

采樣頻率

采樣頻率是指一秒鐘時間內(nèi)采樣的次數(shù)。在計算機(jī)多媒體音頻處理中，采樣頻率通常采用三種：11.024KHz(語音效果)、22.04KHz(音樂效果)、44.1KHz(高保真效果)。常見的CD唱盤的采樣頻率即為44.1KHz。

Nyquist采樣定律：采樣頻率至少應(yīng)該是聲音信號最大頻率的兩倍,才能保證采樣后的數(shù)字化是沒有損失的。例如，CD唱片的采樣頻率為44.1kHz，也就是能夠捕獲聲音頻率高達(dá)22050Hz的信號。量化是對聲波波形幅度的數(shù)字化表示，即用多少二進(jìn)制位來表示聲音波形的幅度，這實際上是在振幅軸上的離散化。量化過程是先將采樣后的信號按整個聲波的幅度劃分成有限個區(qū)段的集合，把落入某個區(qū)段的樣值歸為一類，并賦予相同的量化值。4.2.2數(shù)字音頻的量化

量化位數(shù) 量化位數(shù)也稱“量化精度”，是描述每個采樣點(diǎn)樣值的二進(jìn)制位數(shù)。例如，8位量化位數(shù)表示每個采樣值可以用28即256個不同的量化值之一來表示，而16位量化位數(shù)表示每個采樣值可以用216即65536個不同的量化值之一來表示。常用的量化位數(shù)為8位、16位、32位。采樣率為2000Hz，量化等級為20的采樣量化過程采樣率為4000Hz，量化等級為40的采樣量化過程采樣頻率越高，量化位數(shù)越大，聲音質(zhì)量越好，所占用的存儲空間也越大。

編碼是按照一定的數(shù)據(jù)格式把經(jīng)過采樣和量化得到的離散數(shù)據(jù)記錄下來，并在有用的數(shù)據(jù)中加入一些用于糾錯、同步和控制的數(shù)據(jù)（含數(shù)據(jù)的壓縮）存放到計算機(jī)。

編碼分類

（1）波形編碼

（2）參數(shù)編碼

（3）混合編碼4.2.3數(shù)字音頻的編碼

經(jīng)采樣、量化和編碼后，模擬音頻信號變成數(shù)字音頻信號。相對于模擬音頻信號，數(shù)字音頻信號有如下優(yōu)勢。1.精度高2.無損失復(fù)制3.利于編輯4.多種存儲選擇5.壓縮減少數(shù)據(jù)量6.保密性強(qiáng)7.檢索方便快捷8.可靠性強(qiáng)9.易于大規(guī)模集成10.適合于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，便于信息傳遞和共享

4.2.4數(shù)字音頻的優(yōu)勢4.3聲卡4.3.1聲卡的基本功能4.3.2聲卡的工作原理和基本結(jié)構(gòu)4.3.3聲卡的分類4.3.4聲卡的安裝和使用4.3.1聲卡的基本功能

聲卡的基本功能主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

1.錄制回放數(shù)字聲音文件2.壓縮和解壓縮聲音數(shù)據(jù)3.語音合成與語音識別技術(shù)4.A/D轉(zhuǎn)換與D/A轉(zhuǎn)換5.控制各聲源的音量和混音功能6.MIDI音樂的合成4.3.2聲卡的工作原理和基本結(jié)構(gòu)

1.聲卡的工作原理2.聲卡的基本結(jié)構(gòu)：

（1）聲音控制芯片

（2）數(shù)字信號處理器

（3）FM合成芯片

（4）波形合成表

（5）波表合成器芯片

（6）跳線4.3.3聲卡的分類1.板卡式聲卡2.集成式聲卡3.外置式聲卡4.3.4聲卡的安裝和使用1.內(nèi)置聲卡的安裝2.外置聲卡的安裝3.軟件的安裝1.CD格式

CD音樂格式，擴(kuò)展名CDA，其取樣頻率為44.1kHz，16位量化位數(shù)，跟WAV一樣，但CD存儲采用了音軌的形式，又叫“紅皮書”格式，記錄的是波形流，是一種近似無損的格式。2.WAV格式

微軟公司開發(fā)的一種聲音文件格式，也叫波形聲音文件，是最早的數(shù)字音頻格式，被Windows平臺及其應(yīng)用程序廣泛支持。WAV格式支持許多壓縮算法，支持多種音頻位數(shù)、采樣頻率和聲道，采用44.1kHz的采樣頻率，16位量化位數(shù)，跟CD一樣，對存儲空間需求太大不便于交流和傳播。4.4數(shù)字音頻文件格式3.MP3格式

全稱是MPEG-1AudioLayer3，它在1992年合并至MPEG規(guī)范中。MP3能夠以高音質(zhì)、低采樣率對數(shù)字音頻文件進(jìn)行壓縮。換句話說，音頻文件(主要是大型文件，比如WAV文件）能夠在音質(zhì)丟失很小的情況下(人耳根本無法察覺這種音質(zhì)損失)把文件壓縮到更小的程度。4.RA/RM/RMX格式

RA（RealAudio）是由RealNetworks公司推出的一種新型流式音頻文件格式。它包含在RealMedia中，主要適用于網(wǎng)絡(luò)上的在線播放。Real的音頻文件格式主要有RA（RealAudio）、RM（RealMedia）、RMX（RealAudioSecured）。這些格式的特定是可以隨網(wǎng)絡(luò)帶寬的不同而改變聲音的質(zhì)量，在保證大多數(shù)人聽到流暢聲音的前提下，令帶寬較富裕的聽眾獲得較好的音質(zhì)。5.MIDI格式

MIDI是MusicalInstrumentDigitalInterface的縮寫，又稱作樂器數(shù)字接口，是數(shù)字音樂/電子合成樂器的統(tǒng)一國際標(biāo)準(zhǔn)。它定義了計算機(jī)音樂程序、數(shù)字合成器及其它電子設(shè)備交換音樂信號的方式，規(guī)定了不同廠家的電子樂器與計算機(jī)連接的電纜和硬件及設(shè)備間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議，可以模擬多種樂器的聲音。MIDI文件就是MIDI格式的文件，在MIDI文件中存儲的是一些指令。把這些指令發(fā)送給聲卡，由聲卡按照指令將聲音合成出來。6.WMA格式

WMA（WindowsMediaAudio）是微軟在互聯(lián)網(wǎng)音頻、視頻領(lǐng)域的力作。WMA格式是以減少數(shù)據(jù)流量但保持音質(zhì)的方法來達(dá)到更高的壓縮率目的，其壓縮率一般可以達(dá)到1:18。7.AIFF格式

AIFF是音頻交換文件格式（AudioInterchangeFileFormat）的英文縮寫，是一種文件格式存儲的數(shù)字音頻（波形）的數(shù)據(jù)，是Apple蘋果電腦上面的標(biāo)準(zhǔn)音頻格式，AIFF應(yīng)用于個人電腦及其它電子音響設(shè)備以存儲音樂數(shù)據(jù)。AIFF支持ACE2、ACE8、MAC3和MAC6壓縮，支持16位44.1kHz立體聲。8.AU格式

這是為UNIX系統(tǒng)開發(fā)的一種音