大學信息技術基礎：第四章 多媒體技術基礎

1、1第四章第四章多媒體技術基礎19:35:4024.1多媒體的概念 什么是媒體？什么是媒體？ 媒體媒體(Media)是指承載或傳遞信息的載體。是指承載或傳遞信息的載體。 媒體在計算機領域通常有兩種含義：媒體在計算機領域通常有兩種含義： 一是指存儲信息的實體一是指存儲信息的實體，如磁盤、光盤、磁帶、，如磁盤、光盤、磁帶、半導體存儲器等；半導體存儲器等； 二是指傳遞信息的載體二是指傳遞信息的載體，如數(shù)字、文字、聲音、，如數(shù)字、文字、聲音、圖形和圖像等。圖形和圖像等。 19:35:403根據(jù)根據(jù)CCITTCCITT的定義，媒體可分為五種：的定義，媒體可分為五種： 感覺媒體：感覺媒體： 表示媒體：表示媒

2、體： 顯示媒體：顯示媒體： 存儲媒體：存儲媒體： 傳輸媒體：傳輸媒體：一一.媒體的分類媒體的分類(P79)語言語言, ,聲音聲音, ,圖像圖像, ,氣味氣味,文本文本,溫度等溫度等語言編碼語言編碼, ,圖像編碼圖像編碼, ,文本編碼等文本編碼等鍵盤鍵盤, ,話筒話筒, ,顯示器顯示器, ,打印機等打印機等磁盤磁盤, ,光盤光盤, ,U U盤等盤等電話線電話線, ,電纜電纜, ,光纖等光纖等4.14.1多媒體的概念多媒體的概念19:35:404二二. .多媒體與多媒體技術多媒體與多媒體技術 多媒體（多媒體（MultimediaMultimedia）：）：通常是指文本、音頻、視頻、圖形、圖像、動畫

3、等各種媒體的綜合。 多媒體技術多媒體技術是指以計算機為中心，把語音、圖像、視頻等處理技術集成在一起的技術。4.14.1多媒體的概念多媒體的概念19:35:405 多媒體技術是一種基于計算機科學的綜多媒體技術是一種基于計算機科學的綜合技術。涉及：合技術。涉及：數(shù)字化信息處理技術、音頻數(shù)字化信息處理技術、音頻和視頻技術、計算機軟硬件技術、人工智能和視頻技術、計算機軟硬件技術、人工智能技術、模式識別技術、通信和網(wǎng)絡技術技術、模式識別技術、通信和網(wǎng)絡技術。 多媒體技術的特性主要包括多媒體技術的特性主要包括信息媒體的多信息媒體的多樣性、多種技術的集成性和處理過程的交互樣性、多種技術的集成性和處理過程的交

4、互性性三個方面，這是多媒體的主要特征。此外三個方面，這是多媒體的主要特征。此外還有非循序性、非紙張輸出等。還有非循序性、非紙張輸出等。4.14.1多媒體的概念多媒體的概念19:35:406多媒體的特性 多樣性適應了信息載體的多樣性 信息載體的多樣性是相對于計算機而言的，指的就是信息媒體的多樣化，有人稱之為信息多維化。 65%65%20%20%10%10%2%2%3%3%視覺味覺嗅覺觸覺聽覺19:35:407多媒體的特性 交互性易于人和計算機的交互 交互可以增加對信息的注意力和理解力，延長信息保留的時間。 當交互性引入時，“活動”本身作為一種媒體便介入到了數(shù)據(jù)轉變?yōu)樾畔ⅰ⑿畔⑥D變?yōu)橹R的過程之中

5、。 當我們完全地進入到一個與信息環(huán)境一體化的虛擬信息空間自由遨游時，這才是交互式應用的高級階段，這就是虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality）。 19:35:408多媒體的特性 集成性：實現(xiàn)了信息處理的集成性 多媒體信息媒體的集成 處理這些媒體的設備與設施的集成19:35:409三三. .多媒體計算機系統(tǒng)多媒體計算機系統(tǒng) 多媒體計算機（多媒體計算機（MPCMPC）：）： 通常指能存儲、傳播、通常指能存儲、傳播、處理多媒體信息的計算機。處理多媒體信息的計算機。 一臺多媒體微機至少要配備：一臺多媒體微機至少要配備： 聲卡聲卡 揚聲器揚聲器 光驅(qū)光驅(qū)4.14.1多媒體的概念多媒體的概念19:35:

6、4010多多媒體計算機系統(tǒng)媒體計算機系統(tǒng) 創(chuàng)作工具創(chuàng)作工具軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)API 硬件系統(tǒng)硬件系統(tǒng)返回目錄返回目錄4.14.1多媒體的概念多媒體的概念19:35:4111多媒體技術應多媒體技術應用用19:35:4112多媒體技術應用多媒體技術應用19:35:4113Special Care多媒體技術應用多媒體技術應用19:35:41144.2 4.2 光盤存儲系統(tǒng)光盤存儲系統(tǒng)光盤片的直徑一般是光盤片的直徑一般是5.255.25英寸。類型有英寸。類型有CDCD、VCDVCD、DVDDVD，又分為只讀型、一次又分為只讀型、一次可寫入型和多次可擦寫型可寫入型和多次可擦寫型光驅(qū)是對光盤上存儲的信息光驅(qū)

7、是對光盤上存儲的信息進行讀寫操作的設備。只讀進行讀寫操作的設備。只讀的光驅(qū)又稱的光驅(qū)又稱“播放器播放器”，可，可讀可寫的光驅(qū)又稱讀可寫的光驅(qū)又稱“刻錄刻錄機機”。光盤盤片光盤盤片光盤驅(qū)動器光盤驅(qū)動器一、光盤存儲系統(tǒng)的組成一、光盤存儲系統(tǒng)的組成19:35:4115二、光盤的特點二、光盤的特點 1、記錄密度高記錄密度高 2 2、存儲容量大、存儲容量大 3 3、采用非接觸方式讀、采用非接觸方式讀/ /寫信息寫信息 4 4、信息保存時間長、信息保存時間長 5 5、多種媒體融合、多種媒體融合 6 6、價格低廉、價格低廉 光盤存儲容量：光盤存儲容量： 5.25寸寸CDCD：650MB 5.25寸寸DVDD

8、VD：4.7GB15GB 4.2 4.2 光盤存儲系統(tǒng)光盤存儲系統(tǒng)19:35:4116三三. .光盤的類型光盤的類型(P84)(P84)按照光盤的讀按照光盤的讀/ /寫性能來講，可分為三種類型：只寫性能來講，可分為三種類型：只讀型、一次寫入型、可重寫型。讀型、一次寫入型、可重寫型。(1). (1). 只讀型光盤存儲器只讀型光盤存儲器(VCD(VCD、CD-ROMCD-ROM、DVD-ROM)DVD-ROM)(2). (2). 一次可寫光盤存儲器一次可寫光盤存儲器 (CD-R(CD-R、DVD-R)DVD-R)(3). (3). 可擦寫光盤存儲器可擦寫光盤存儲器( (RewriteableRew

9、riteable或或Erasable)Erasable) (CD-RW (CD-RW、DVD-RWDVD-RW、DVD-RAMDVD-RAM、DVD+RDVD+R等等) ) CD-R光盤使用有機染料作為記錄層的主要材料光盤使用有機染料作為記錄層的主要材料,CD-RW則是在光盤的記錄層鍍上一層結晶層。則是在光盤的記錄層鍍上一層結晶層。4.2 4.2 光盤存儲系統(tǒng)光盤存儲系統(tǒng)19:35:4117四四. .光盤系統(tǒng)記錄與讀取信息的原理光盤系統(tǒng)記錄與讀取信息的原理(p84)(p84)標簽封面標簽封面保護層保護層反射層反射層記錄層記錄層(磁光材料磁光材料)透明基底透明基底(塑料盤片塑料盤片)1.CD-R

10、OM的結構4.2 4.2 光盤存儲系統(tǒng)光盤存儲系統(tǒng)19:35:41182.光存儲技術原理：光存儲技術原理： 記錄層上用記錄層上用“平面平面”和和“凹坑凹坑”來表示二進制來表示二進制1 1和和0 0。 寫信息：弱激光光束聚寫信息：弱激光光束聚焦的結果是焦的結果是“平面平面”，表，表示示1 1 ；強激光光束聚焦出；強激光光束聚焦出“凹坑凹坑”，表示，表示0 0。讀信息：激光照射在讀信息：激光照射在“平面平面”上將有上將有70708080光反射回來，若照射在光反射回來，若照射在“凹坑凹坑”將出現(xiàn)激光散射，將出現(xiàn)激光散射，以此區(qū)分以此區(qū)分“1”“1”和和“0” “0” 。返回目錄返回目錄4.2 4.2

11、 光盤存儲系統(tǒng)光盤存儲系統(tǒng)19:35:41194.2 光存儲系統(tǒng)的技術指標 容量 5.25寸寸CD：650MB 5.25寸寸DVD：4.7GB15GB19:35:41204.2 光存儲系統(tǒng)的技術指標 平均存取時間 平均存取時間是指從計算機向光盤驅(qū)動器發(fā)出命令開始，到光盤驅(qū)動器在光盤上找到需讀/寫的信息的位置并接受讀/寫命令為止的一段時間。 平均尋道時間光學頭沿半徑移動全程1/3長度所需的時間為平均尋道時間。19:35:41214.2 光存儲系統(tǒng)的技術指標 平均存取時間 平均等待時間盤片旋轉半周的時間為平均等待時間。 把平均尋道時間、平均等待時間和讀/寫光學頭穩(wěn)定時間相加，就得到平均存取時間。

12、19:35:41224.2 光存儲系統(tǒng)的技術指標 平均存取時間 平均等待時間盤片旋轉半周的時間為平均等待時間。 把平均尋道時間、平均等待時間和讀/寫光學頭穩(wěn)定時間相加，就得到平均存取時間。 19:35:41234.2 光存儲系統(tǒng)的技術指標 數(shù)據(jù)傳輸率 數(shù)據(jù)傳輸率 數(shù)據(jù)傳輸率一般是指單位時間內(nèi)光盤驅(qū)動器送出的數(shù)據(jù)比特數(shù)。該數(shù)值與光盤轉速和存儲密度有關。CD-ROM，其數(shù)據(jù)傳輸率已從初期的150KB/s提高到6MB/s。 同步傳輸率、異步傳輸率和DMA傳輸率 數(shù)據(jù)傳輸率也指控制器與主機之間的傳輸速率。它與接口規(guī)范和控制器內(nèi)的緩沖器大小有關。SCSI接口的同步傳輸率為4MB/s，異步傳輸率為1.5M

13、B/s。AT總線規(guī)定的DMA方式的傳輸率為1MB/s。19:35:41244.2 光存儲系統(tǒng)的技術指標 數(shù)據(jù)傳輸率 突發(fā)傳輸率 光盤驅(qū)動器或控制器中都包含有一個64K、256K或512K的緩沖存儲器。為了提高數(shù)據(jù)傳輸率，讀數(shù)據(jù)過程中先把數(shù)據(jù)存入緩沖器，再進行集中傳送；如果下次讀取同一內(nèi)容，就不必從光盤上去讀取，直接把緩沖器中的數(shù)據(jù)傳送給主機就可以了，這種傳輸率稱為突發(fā)傳輸率。 19:35:41254.2 光存儲系統(tǒng)的技術指標 數(shù)據(jù)傳輸率 持續(xù)傳輸率 當傳送的數(shù)據(jù)量很大時，緩沖器就起不到提高傳輸率的作用了，這時的傳輸率稱為持續(xù)傳輸率。19:35:41264.2 光存儲系統(tǒng)的技術指標 誤碼率 采用

14、復雜的糾錯編碼可以降低誤碼率。存儲數(shù)字或程序?qū)φ`碼率的要求高，存儲圖像或聲音數(shù)據(jù)對誤碼率的要求較低。CD-ROM要求的誤碼率為10-1210-16。 平均無故障時間 (MTBP) 要求達到25000小時。 19:35:4127一一. .音頻信號的形式音頻信號的形式 在日常生活中，音頻在日常生活中，音頻( (Audio)Audio)信號可分為兩信號可分為兩類：類：語音信號語音信號和和非語音信號非語音信號。 我們之所以能聽到日常生活中的各種聲音信息我們之所以能聽到日常生活中的各種聲音信息，其實就是不同頻率的聲波通過空氣產(chǎn)生震動，其實就是不同頻率的聲波通過空氣產(chǎn)生震動，刺激人耳的結果。因聲波是在時間

15、和幅度上，刺激人耳的結果。因聲波是在時間和幅度上都連續(xù)變化的量，我們稱之為都連續(xù)變化的量，我們稱之為模擬量模擬量。 19:35:4128用聲音錄制軟件記錄的英文單詞用聲音錄制軟件記錄的英文單詞“HelloHello”的語音實際波形的語音實際波形19:35:4129模擬音頻信號的物理特征模擬音頻信號的物理特征 模擬音頻信號有兩個重要參數(shù)：頻率和幅度。模擬音頻信號有兩個重要參數(shù)：頻率和幅度。 人們在日常說話時的語音信號頻率范圍在人們在日常說話時的語音信號頻率范圍在300300HzHz3000Hz3000Hz之間。頻之間。頻率小于率小于20 20 HzHz的信號稱為亞音的信號稱為亞音( (Subso

16、nic)Subsonic)；頻率范圍為頻率范圍為2020HzHz20kHz20kHz的信號稱為音頻的信號稱為音頻( (Audio)Audio)，高于高于2020kHzkHz的信號稱為超音頻的信號稱為超音頻( (Ultrasonic)Ultrasonic)。體現(xiàn)音調(diào)的高低體現(xiàn)音調(diào)的高低體現(xiàn)聲音體現(xiàn)聲音的強弱的強弱19:35:4130二二. .模擬音頻的數(shù)字化過程模擬音頻的數(shù)字化過程模擬信號的數(shù)字化過程100101100011101 如果要用計算機對音頻信息進行處理，則首先要將如果要用計算機對音頻信息進行處理，則首先要將連續(xù)的模擬音頻信號（如語音、音樂等）轉變成離散的連續(xù)的模擬音頻信號（如語音、音

17、樂等）轉變成離散的數(shù)字信號。數(shù)字信號。 對模擬音頻數(shù)字化過程涉及到音頻的對模擬音頻數(shù)字化過程涉及到音頻的采樣采樣、量化量化和和編碼編碼。19:35:4231 采樣：對模擬信號按一定的時間間隔取值，于是采樣：對模擬信號按一定的時間間隔取值，于是時間上的連續(xù)信號變成了離散信號。時間上的連續(xù)信號變成了離散信號。 量化：是用有限個幅度值近似原來連續(xù)變化的幅量化：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?shù)量的有度值，把模擬信號的連續(xù)幅度變?yōu)橛邢迶?shù)量的有一定間隔的離散值。一定間隔的離散值。 編碼：是按照一定的規(guī)律，把量化后的值用二進編碼：是按照一定的規(guī)律，把量化后的值用二進制

18、數(shù)字表示。制數(shù)字表示。 19:35:4232例：例：注：本例中，編碼位數(shù)為注：本例中，編碼位數(shù)為4 4位（位（bitbit），說明可記錄，說明可記錄2 24 4=16=16個量個量化等級，故把采樣值量化為化等級，故把采樣值量化為015015中的數(shù)中的數(shù)4.3 4.3 多媒體音頻信號處理多媒體音頻信號處理4位編碼位編碼采樣值采樣值量化值量化值19:35:4233音頻的采樣頻率音頻的采樣頻率 采樣頻率采樣頻率：一秒鐘內(nèi)對聲音信號的采樣次數(shù)：一秒鐘內(nèi)對聲音信號的采樣次數(shù) 奈奎斯特采樣定理奈奎斯特采樣定理： 采樣頻率采樣頻率22信號最高頻率信號最高頻率例：例：音頻最高頻率為音頻最高頻率為2020KHz

19、KHz 則多媒體計算機通常使用則多媒體計算機通常使用44.144.1KHzKHz的采樣頻率的采樣頻率4.3 4.3 多媒體音頻信號處理多媒體音頻信號處理19:35:4234音頻的量化等級音頻的量化等級 采樣后的信號按整個聲波的幅度劃分成若干個采樣后的信號按整個聲波的幅度劃分成若干個等級，同一等級內(nèi)的采樣值賦于相同的量化值。等級，同一等級內(nèi)的采樣值賦于相同的量化值。 劃分成多少個量化等級取決于量化位數(shù)。劃分成多少個量化等級取決于量化位數(shù)。 量化位數(shù)：表示量化等級的二進制位數(shù)。量化位數(shù)：表示量化等級的二進制位數(shù)。 在相同采樣頻率下，量化位數(shù)越多，精度越高，在相同采樣頻率下，量化位數(shù)越多，精度越高，

20、聲音質(zhì)量越高，但存儲容量也越大；在相同量化聲音質(zhì)量越高，但存儲容量也越大；在相同量化位數(shù)的情況下，采樣頻率越高，聲音效果也就越位數(shù)的情況下，采樣頻率越高，聲音效果也就越好。好。 4.3 4.3 多媒體音頻信號處理多媒體音頻信號處理19:35:42354.3 4.3 多媒體音頻信號處理多媒體音頻信號處理例例：量化位數(shù)量化位數(shù)1616bitbit，量化等級為量化等級為2 21616=65536=65536級級 量化位數(shù)量化位數(shù) 8 8bitbit，量化等級為量化等級為2 28 8=256=256級級 故，用故，用1616位表示的聲音質(zhì)量比用位表示的聲音質(zhì)量比用8 8位表示的聲音質(zhì)位表示的聲音質(zhì)量高

21、得多量高得多, , 但前者存儲容量是后者的但前者存儲容量是后者的16/8=216/8=2倍。倍。19:35:42364.3 4.3 多媒體音頻信號處理多媒體音頻信號處理 每秒聲音的數(shù)據(jù)量每秒聲音的數(shù)據(jù)量=采樣頻率采樣精度聲采樣頻率采樣精度聲道數(shù)道數(shù)/8/8（字節(jié)）（字節(jié)） 量化時采用的量化時采用的8 8位或位或1616位的表示方法又稱為量位的表示方法又稱為量化精度（量化分辨率）化精度（量化分辨率）, ,量化精度取決于用于表量化精度取決于用于表示一個采樣樣本值的二進制位數(shù)，位數(shù)越多，示一個采樣樣本值的二進制位數(shù)，位數(shù)越多，精度也越高。用精度也越高。用1616位表示的聲音比用位表示的聲音比用8 8

22、位的聲位的聲音質(zhì)量高得多。音質(zhì)量高得多。19:35:4237三三. .數(shù)字音頻的文件格式數(shù)字音頻的文件格式(P89-90)(P89-90) WAVWAV文件：使用三個參數(shù)來表示聲音文件：使用三個參數(shù)來表示聲音 , ,它們是它們是: :采樣位數(shù)采樣位數(shù), ,采樣頻率采樣頻率和聲道數(shù)和聲道數(shù) VOCVOC文件：聲霸卡使用的音頻文件。文件：聲霸卡使用的音頻文件。 MPEGMPEG音頻文件音頻文件.MP1|.MP2|.MP3.MP1|.MP2|.MP3 RealAudioRealAudio文件文件: :主要用于在低速率的廣域網(wǎng)上適時傳輸音頻信息主要用于在低速率的廣域網(wǎng)上適時傳輸音頻信息（在線播放）。（

23、在線播放）。 AIFFAIFF文件：音頻交換文件格式。文件：音頻交換文件格式。 MIDMID文件：文件：MIDIMIDI格式的音樂文件，由語音合成器合成格式的音樂文件，由語音合成器合成 WMA WMA文件：微軟公司隨文件：微軟公司隨Media PlayerMedia Player推出的一種音樂文件格式，推出的一種音樂文件格式，壓縮率高、音質(zhì)好，相同長度的音樂文件壓縮率高、音質(zhì)好，相同長度的音樂文件WMAWMA格式的大小只有格式的大小只有MP3MP3格式大小的一半左右格式大小的一半左右19:35:42384.44.4多媒體圖像信息處理多媒體圖像信息處理一一. .圖像處理中的幾個概念（圖像處理中的

24、幾個概念（P91)P91)圖像的數(shù)字化圖像的數(shù)字化圖像變換圖像變換圖像編碼壓縮圖像編碼壓縮圖像增強和重構圖像增強和重構圖像分割圖像分割圖像識別圖像識別19:35:4239什么是圖像？什么是圖像？光學圖像光學圖像衛(wèi)星光學圖像衛(wèi)星光學圖像1600016000miles/hmiles/h大腦斷層圖像大腦斷層圖像 圖像來自客觀世界，通常由掃描儀、圖像來自客觀世界，通常由掃描儀、數(shù)碼相機或視頻采集裝置等設備獲取。數(shù)碼相機或視頻采集裝置等設備獲取。二二. .圖像的數(shù)字化過程圖像的數(shù)字化過程4.44.4多媒體圖像信息處理多媒體圖像信息處理19:35:4240 圖像處理就是對圖像信息進行加工處理，以滿足圖像處

25、理就是對圖像信息進行加工處理，以滿足人的視覺心理和實際應用的要求。人的視覺心理和實際應用的要求。調(diào)整了亮度和對比度調(diào)整了亮度和對比度包括：包括：圖像的數(shù)字化圖像的數(shù)字化 圖像變換圖像變換 圖像編碼壓縮圖像編碼壓縮 圖像增強和重構圖像增強和重構 圖像分割圖像分割 圖像識別圖像識別4.44.4多媒體圖像信息處理多媒體圖像信息處理19:35:4241一一. .圖像的數(shù)字化圖像的數(shù)字化 把現(xiàn)實中的圖像轉變?yōu)橛嬎銠C能夠接受的把現(xiàn)實中的圖像轉變?yōu)橛嬎銠C能夠接受的數(shù)字圖像。數(shù)字圖像。 步驟：采樣步驟：采樣量化量化編碼編碼4.44.4多媒體圖像信息處理多媒體圖像信息處理19:35:4242 將二維空間上模擬的

26、連將二維空間上模擬的連續(xù)亮度或色彩信息，轉化為一續(xù)亮度或色彩信息，轉化為一系列有限的離散數(shù)值來表示。系列有限的離散數(shù)值來表示。 用用( (x,y)x,y)表示任一像素的二維平表示任一像素的二維平面位置，二維函數(shù)面位置，二維函數(shù)f(x,y)f(x,y)就表示就表示( (x,y)x,y)位置上像素的色彩（顏色和位置上像素的色彩（顏色和灰度）。這樣就可以將連續(xù)變化灰度）。這樣就可以將連續(xù)變化的二維圖像用的二維圖像用f(x,y)f(x,y)函數(shù)離散值的函數(shù)離散值的形式表示出來。形式表示出來。像素 把圖像分割成離散的小區(qū)域即把圖像分割成離散的小區(qū)域即像素像素。1 1、圖像的采樣、圖像的采樣 不同采樣頻率

27、獲得不同的圖像不同采樣頻率獲得不同的圖像分辨率。分辨率。88的分辨率 一幅圖像是一幅圖像是MMNN個像素的集個像素的集合，合， M MNN表示圖像的表示圖像的分辨率分辨率。4.44.4多媒體圖像信息處理多媒體圖像信息處理19:35:4243 像素是計算機系統(tǒng)生成和再現(xiàn)圖像的像素是計算機系統(tǒng)生成和再現(xiàn)圖像的基本單位，像素的亮度、色彩是通過特定基本單位，像素的亮度、色彩是通過特定的數(shù)值來表示。的數(shù)值來表示。 在進行采樣時，采樣點的間隔的選取在進行采樣時，采樣點的間隔的選取是一個重要的問題。它決定了采樣后的圖是一個重要的問題。它決定了采樣后的圖像能否真實地反映原圖像的程度。采用像能否真實地反映原圖像

28、的程度。采用NyquistNyquist定理：定理：圖像采樣頻率必須大于或等圖像采樣頻率必須大于或等于源圖像最高頻率分量的兩倍。于源圖像最高頻率分量的兩倍。4.44.4多媒體圖像信息處理多媒體圖像信息處理19:35:4244高采樣頻率圖像效果高采樣頻率圖像效果19:35:4245低采樣頻率圖像效果低采樣頻率圖像效果19:35:42462.2.圖像的量化圖像的量化 采樣后得到的亮度值采樣后得到的亮度值( (或色彩值）在取值空間或色彩值）在取值空間上仍然是連續(xù)值。把采樣后所得到的這些連續(xù)量上仍然是連續(xù)值。把采樣后所得到的這些連續(xù)量表示的像素值離散化為整數(shù)的操作叫表示的像素值離散化為整數(shù)的操作叫量化

29、量化。 為表示量化的色彩值所需的二進制位數(shù)稱為為表示量化的色彩值所需的二進制位數(shù)稱為量化量化位數(shù)位數(shù)。量化位數(shù)越大，則越能真實地反映原有圖量化位數(shù)越大，則越能真實地反映原有圖像的顏色。但得到的數(shù)字圖像的容量也越大。像的顏色。但得到的數(shù)字圖像的容量也越大。量化位數(shù)量化位數(shù)1 1bitbit4 4bitbit8 8bitbit2424bitbit顏色數(shù)顏色數(shù)2 2色色2 24 4=16=16色色2 28 8=256=256色色2 224 24 16001600萬萬色色( (真彩色真彩色) )4.44.4多媒體圖像信息處理多媒體圖像信息處理19:35:42473 3、圖像的存儲形式、圖像的存儲形式位

30、圖位圖 位圖由一個數(shù)字矩陣組成，矩陣中的元素對應圖位圖由一個數(shù)字矩陣組成，矩陣中的元素對應圖像中的像素點，而相應的值便是該點的色彩等級。像中的像素點，而相應的值便是該點的色彩等級。000 0 0 0000 0 00000 0 0 0 0 0000 0 0 0000 0 0 0000 0 0 0 0 0000 0 0 0000 0 0 0000 0 0 0 0 0000 0 0 0000 0 0 0000 0 0 0 0 0000 0 0 0000 0 0 0000 0 1 0 1 0000 0 0 0000 0 0 0000 0 1 0 1 0000 0 0 0111 1 1 1000 0 1

31、 1 0 0000 0 0 1111 1 1 1010 0 1 1 0 0000 0 1 1111 1 1 1110 0 1 1 1 0000 0 1 1111 1 1 1110 1 1 1 1 0000 0 1 1111 1 1 1110 1 1 1 0 0000 0 1 1111 1 1 1111 1 1 1 0 0000 0 1 1111 1 1 1111 1 1 1 0 0000 0 1 1111 1 1 1111 1 1 1 0 0000 0 1 1111 1 1 11111 0 0 0001 1 1 1111 1 1 1111 1 1 0 0 0000 0 1 1111 1 1 1

32、111 0 0 0 0 0000 0 0 0000 0 0 0000 0 0 0 0 011000 0 0 0000 0 0 0000 0 0 0 0 0000 0 0 0000 0 0 0000 0 0 0 0 0例例：一張分辨率為：一張分辨率為20202020的黑白位圖的黑白位圖4.4多媒體圖像信息處理多媒體圖像信息處理19:35:4248000 0 0 0000 0 00000 0 0 0 0 0000 0 0 0000 0 0 0000 0 0 0 0 0000 0 0 0000 0 0 0000 0 0 0 0 0000 0 0 0000 0 0 0000 0 0 0 0 0000

33、0 0 0000 0 0 0000 0 1 0 1 0000 0 0 0000 0 0 0000 0 1 0 1 0000 0 0 0111 1 1 1000 0 1 1 0 0000 0 0 1111 1 1 1010 0 1 1 0 0000 0 1 1111 1 1 1110 0 1 1 1 0000 0 1 1111 1 1 1110 1 1 1 1 0000 0 1 1111 1 1 1110 1 1 1 0 0000 0 1 1111 1 1 1111 1 1 1 0 0000 0 1 1111 1 1 1111 1 1 1 0 0000 0 1 1111 1 1 1111 1 1

34、 1 0 0000 0 1 1111 1 1 11111 0 0 0001 1 1 1111 1 1 1111 1 1 0 0 0000 0 1 1111 1 1 1111 0 0 0 0 0000 0 0 0000 0 0 0000 0 0 0 0 011000 0 0 0000 0 0 0000 0 0 0 0 0000 0 0 0000 0 0 0000 0 0 0 0 0例例1 1：一張分辨率為一張分辨率為20202020的黑白位圖的黑白位圖 圖象存儲空間的計算圖象存儲空間的計算像素點個數(shù)：像素點個數(shù)：2020* *2020每像素占用空間：每像素占用空間：1 1bitbit該位圖占用空

35、間該位圖占用空間: : 20 20* *2020* *1/8 (1/8 (字節(jié)字節(jié)) )4.44.4多媒體圖像信息處理多媒體圖像信息處理19:35:4249例例2 2：一張分辨率為：一張分辨率為800800600600的的256256色的圖像需要多少色的圖像需要多少的存儲空間？的存儲空間？800*600 * 8/8 = 480000Byte 480KB位圖存儲量位圖存儲量=像素點個數(shù)像素點個數(shù) * * 每像素占用空間每像素占用空間256=2256=28 8個不同的色彩，用個不同的色彩，用 8 8個位個位表示表示4.44.4多媒體圖像信息處理多媒體圖像信息處理19:35:42501024 *10

36、24 *3B= 3 MB例例3 3：若一幅真彩色（若一幅真彩色（2424位）圖片由位）圖片由1024 1024 10241024個像素點構成，這幅圖片占用個像素點構成，這幅圖片占用多少的存儲空間？多少的存儲空間？ 一個結論：一個結論：位圖占用的存儲空間大，尤其是彩色圖像。位圖占用的存儲空間大，尤其是彩色圖像。4.44.4多媒體圖像信息處理多媒體圖像信息處理19:35:4251數(shù)據(jù)壓縮的基本原理和方法 壓縮的必要性壓縮的必要性 音頻、視頻的數(shù)據(jù)量很大，如果不進行處理，計算機系統(tǒng)幾音頻、視頻的數(shù)據(jù)量很大，如果不進行處理，計算機系統(tǒng)幾乎無法對它進行存取和交換。乎無法對它進行存取和交換。 例如，一幅具

37、有中等分辨率（例如，一幅具有中等分辨率（640480）的真彩色圖像）的真彩色圖像（24b/像素），它的數(shù)據(jù)量約為像素），它的數(shù)據(jù)量約為7.37Mb/幀，一個幀，一個 100MB（Byte）的硬盤只能存放約的硬盤只能存放約100幀圖像。若要達到每秒幀圖像。若要達到每秒25幀的全動態(tài)顯示幀的全動態(tài)顯示要求，每秒所需的數(shù)據(jù)量為要求，每秒所需的數(shù)據(jù)量為184Mb，而且要求系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸率而且要求系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸率必須達到必須達到184Mb/s。對于聲音也是如此，若采用對于聲音也是如此，若采用16b樣值的樣值的PCM編碼，采樣速率選為編碼，采樣速率選為44.1kHZ，則雙聲道立體聲聲音每秒將有則雙聲道立體

38、聲聲音每秒將有176KB的數(shù)據(jù)量。的數(shù)據(jù)量。19:35:4252數(shù)據(jù)壓縮的基本原理和方法 視頻、視頻、圖像、聲音有很大的壓縮潛力圖像、聲音有很大的壓縮潛力 信息論認為：若信源編碼的熵大于信源的實際熵，信息論認為：若信源編碼的熵大于信源的實際熵，該信源中一定存在冗余度。該信源中一定存在冗余度。 原始信源的數(shù)據(jù)存在著很多冗余度：空間冗余、時原始信源的數(shù)據(jù)存在著很多冗余度：空間冗余、時間冗余、視覺冗余、聽覺冗余等。間冗余、視覺冗余、聽覺冗余等。19:35:4253 節(jié)省圖象或視頻的存儲容量，增加訪問速度，使節(jié)省圖象或視頻的存儲容量，增加訪問速度，使數(shù)字視頻能在數(shù)字視頻能在PC機上實現(xiàn)，需要進行視頻和

39、圖象的壓機上實現(xiàn)，需要進行視頻和圖象的壓縮。縮。 有三個關鍵參數(shù)評價一個壓縮系統(tǒng)有三個關鍵參數(shù)評價一個壓縮系統(tǒng)l壓縮比壓縮比l圖象質(zhì)量圖象質(zhì)量l壓縮和解壓的速度壓縮和解壓的速度 另外也必須考慮每個壓縮算法所需的硬件和軟件。另外也必須考慮每個壓縮算法所需的硬件和軟件。19:35:4254 1壓縮比壓縮比 壓縮性能常常用壓縮比定義（輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)壓縮性能常常用壓縮比定義（輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)比）比）例：例：512480， 24bit/pixel(bpp) 輸出輸出15000byte 輸入輸入737280byte 壓縮比壓縮比737280/150004919:35:42552圖象質(zhì)量圖象質(zhì)量壓縮方

40、法：壓縮方法： 無損壓縮無損壓縮 （圖象質(zhì)量不變）（圖象質(zhì)量不變） 有損壓縮有損壓縮有損壓縮：失真情況很難量化，只能對測試的圖象進行估計。有損壓縮：失真情況很難量化，只能對測試的圖象進行估計。模擬圖象質(zhì)量的指標：信噪比、分辨率、顏色錯，但必須在觀察模擬圖象質(zhì)量的指標：信噪比、分辨率、顏色錯，但必須在觀察了實際圖象以后。了實際圖象以后。19:35:42563壓縮解壓速度壓縮解壓速度 在許多應用中，壓縮和解壓可能不同時用，在不同的位在許多應用中，壓縮和解壓可能不同時用，在不同的位置不同的系統(tǒng)中。所以，壓縮、解壓速度分別估計。置不同的系統(tǒng)中。所以，壓縮、解壓速度分別估計。 靜態(tài)圖象中，壓縮速度沒有解

41、壓速度嚴格；動態(tài)圖象中，靜態(tài)圖象中，壓縮速度沒有解壓速度嚴格；動態(tài)圖象中，壓縮、解壓速度都有要求，因為需實時地從攝像機或壓縮、解壓速度都有要求，因為需實時地從攝像機或VCR中抓中抓取動態(tài)視頻。取動態(tài)視頻。19:35:42574硬軟件系統(tǒng)硬軟件系統(tǒng) 有些壓縮解壓工作可用軟件實現(xiàn)。設計系統(tǒng)時必須充分考有些壓縮解壓工作可用軟件實現(xiàn)。設計系統(tǒng)時必須充分考慮：慮： 算法復雜算法復雜 壓縮解壓過程長壓縮解壓過程長 算法簡單算法簡單 壓縮效果差壓縮效果差 目前有些特殊硬件可用于加速壓縮目前有些特殊硬件可用于加速壓縮/ /解壓。解壓。 硬接線系統(tǒng)速度硬接線系統(tǒng)速度快，但各種選擇在初始設計時已確定，一般不能更改

42、。因此在快，但各種選擇在初始設計時已確定，一般不能更改。因此在設計硬接線壓縮設計硬接線壓縮/ /解壓系統(tǒng)時必須先將算法標準化。解壓系統(tǒng)時必須先將算法標準化。19:35:4258數(shù)據(jù)壓縮技術數(shù)據(jù)壓縮技術 數(shù)據(jù)壓縮算法分為數(shù)據(jù)壓縮算法分為無損壓縮無損壓縮在不損失圖像任何細節(jié)的前提下，刪除重復的數(shù)據(jù)信息在不損失圖像任何細節(jié)的前提下，刪除重復的數(shù)據(jù)信息。優(yōu)點是解壓后能準確再現(xiàn)壓縮前的圖像，缺點是對照片、色差細微。優(yōu)點是解壓后能準確再現(xiàn)壓縮前的圖像，缺點是對照片、色差細微的圖像壓縮率有限。的圖像壓縮率有限。 有損壓縮有損壓縮利用人類視覺對圖像中的某些成分不敏感的特性，刪除利用人類視覺對圖像中的某些成分不

43、敏感的特性，刪除圖像中景物邊緣的某些數(shù)據(jù)信息。雖然不能完全恢復原始數(shù)據(jù)，但所圖像中景物邊緣的某些數(shù)據(jù)信息。雖然不能完全恢復原始數(shù)據(jù)，但所損失的部分對理解原始圖像影響較小，而卻換來了大得多的壓縮比。損失的部分對理解原始圖像影響較小，而卻換來了大得多的壓縮比。4.44.4多媒體圖像信息處理多媒體圖像信息處理19:35:4359圖像和視頻壓縮編碼的基本方法圖像和視頻壓縮方法無失真壓縮有失真壓縮Huffman編碼行程編碼算術編碼LZW編碼預測編碼運動補償變換編碼DCT變換小波變換子帶編碼模型編碼分形編碼基于重要性濾波子采樣矢量量化混合編碼JPEGMPEGH.26119:35:4360四四. .常見圖像

44、文件格式（常見圖像文件格式（P95)P95) PSD (Photoshop PSD (Photoshop生成格式）生成格式） BMP (WindowsBMP (Windows位圖格式）位圖格式） GIF GIF 格式格式 JPEG JPEG 格式格式 TIFF TIFF 格式格式 PNGPNG格式格式 PCX PCX 格式格式 MAC PAINT MAC PAINT 格式（文件擴展名為格式（文件擴展名為. .MPTMPT、.MAC ).MAC )4.44.4多媒體圖像信息處理多媒體圖像信息處理19:35:4361一一. .矢量圖與位圖矢量圖與位圖 矢量圖矢量圖指用計算機繪制的畫面，如直線、指用

45、計算機繪制的畫面，如直線、圓、圓弧、矩形、任意曲線和圖表等。它不直圓、圓弧、矩形、任意曲線和圖表等。它不直接描述數(shù)據(jù)的每一點，而是描述產(chǎn)生這些點的接描述數(shù)據(jù)的每一點，而是描述產(chǎn)生這些點的過程及方法過程及方法。 位圖位圖由一個由一個矩陣描述矩陣描述，矩陣中的元素對應，矩陣中的元素對應圖像中的點，而相應的值對應于該點的灰度（圖像中的點，而相應的值對應于該點的灰度（或顏色）等級。該元素稱為或顏色）等級。該元素稱為像素像素，與顯示器上，與顯示器上的顯示點一一對應，簡稱位圖圖像。的顯示點一一對應，簡稱位圖圖像。* *4.54.5計算機圖形處理技術簡計算機圖形處理技術簡介介19:35:4362二、圖形處理

46、與圖像處理的區(qū)別與聯(lián)系二、圖形處理與圖像處理的區(qū)別與聯(lián)系 1 1、圖形與圖像的區(qū)別、圖形與圖像的區(qū)別 （P99)P99)圖像圖像又稱又稱位圖圖像位圖圖像、點陣圖像點陣圖像，由像素點組成，計，由像素點組成，計算機內(nèi)以位圖形式存儲各像素點的色彩信息。算機內(nèi)以位圖形式存儲各像素點的色彩信息。 通常由掃描儀、數(shù)碼相機或視頻采集裝置等設備獲通常由掃描儀、數(shù)碼相機或視頻采集裝置等設備獲取，表現(xiàn)的是自然界的真實景物。取，表現(xiàn)的是自然界的真實景物。圖形圖形又稱又稱矢量圖形矢量圖形，由稱作矢量對象的點、線、面、，由稱作矢量對象的點、線、面、體組成，計算機內(nèi)存儲的是描述矢量對象的顏色、體組成，計算機內(nèi)存儲的是描述

47、矢量對象的顏色、形狀、輪廓、大小、位置等屬性的數(shù)學公式或模型。形狀、輪廓、大小、位置等屬性的數(shù)學公式或模型。由特別的繪圖軟件生成，如由特別的繪圖軟件生成，如 AutoCAD AutoCAD 繪圖軟件、繪圖軟件、3 3DStudioDStudio 三維造型軟件、三維造型軟件、 Flash MX Flash MX 動畫制作軟件。動畫制作軟件。* *4.54.5計算機圖形處理技術簡計算機圖形處理技術簡介介19:35:4363矢量圖形與位圖圖像的比較：矢量圖形與位圖圖像的比較： 存儲空間存儲空間顯示速度顯示速度放大后放大后矢量圖形矢量圖形小小慢慢不失真不失真位圖圖像位圖圖像大大快快易失真易失真矢量圖的

48、顯矢量圖的顯示需經(jīng)過公示需經(jīng)過公式計算式計算位圖放大將加大位圖放大將加大像素點之間的空像素點之間的空隙甚至出現(xiàn)馬賽隙甚至出現(xiàn)馬賽克、鋸齒克、鋸齒* *4.54.5計算機圖形處理技術簡計算機圖形處理技術簡介介19:35:4364 2 2、圖形處理與圖像處理的區(qū)別與聯(lián)系、圖形處理與圖像處理的區(qū)別與聯(lián)系圖形處理技術是將點、線、面、體等幾何要圖形處理技術是將點、線、面、體等幾何要素生成物體的模型存放在計算機里，并進行素生成物體的模型存放在計算機里，并進行修改、處理、操作和顯示的一門計算機技術。修改、處理、操作和顯示的一門計算機技術。圖像處理技術是對計算機外部輔助設備（如圖像處理技術是對計算機外部輔助設

49、備（如掃描儀、數(shù)碼相機或視頻采集裝置等）輸入掃描儀、數(shù)碼相機或視頻采集裝置等）輸入的圖像像素數(shù)據(jù)進行數(shù)字化處理、變換、壓的圖像像素數(shù)據(jù)進行數(shù)字化處理、變換、壓縮和傳輸?shù)囊婚T計算機技術?？s和傳輸?shù)囊婚T計算機技術。返回目錄返回目錄* *4.54.5計算機圖形處理技術簡計算機圖形處理技術簡介介19:35:43654.64.6多媒體視頻信息處理多媒體視頻信息處理一一. .視頻的定義視頻的定義 視頻，視頻，是一連串連續(xù)變化的圖象而形成的，是一連串連續(xù)變化的圖象而形成的，在視頻中包括了圖象的所有的特性，而且還加在視頻中包括了圖象的所有的特性，而且還加入了時間因素，即視頻是其內(nèi)容隨時間變化的入了時間因素，即

50、視頻是其內(nèi)容隨時間變化的一組動態(tài)圖像，所以視頻又叫運動圖像或活動一組動態(tài)圖像，所以視頻又叫運動圖像或活動圖像。視頻中圖像。視頻中圖像信號的頻率覆蓋范圍，一般圖像信號的頻率覆蓋范圍，一般在零到幾個兆赫之間在零到幾個兆赫之間。19:35:4366 視頻信號的特點視頻信號的特點圖像內(nèi)容隨時間變化圖像內(nèi)容隨時間變化伴隨有與畫面動作同步的聲音伴隨有與畫面動作同步的聲音 圖像與視頻的區(qū)別圖像與視頻的區(qū)別靜止的圖片稱為圖像，視頻是運動的圖像靜止的圖片稱為圖像，視頻是運動的圖像信源方式不同信源方式不同4.64.6多媒體視頻信息處理多媒體視頻信息處理19:35:4367二二. .視頻的分類視頻的分類l按照處理方

51、式的不同，視頻分為模擬視頻和數(shù)按照處理方式的不同，視頻分為模擬視頻和數(shù)字視頻。字視頻。l傳統(tǒng)的視頻信號稱為傳統(tǒng)的視頻信號稱為“模擬視頻信號模擬視頻信號”，它的，它的圖像和聲音信息由連續(xù)的電子波形表示，如錄像圖像和聲音信息由連續(xù)的電子波形表示，如錄像帶中的信號帶中的信號。l在計算機上通過視頻采集設備捕捉下來的錄像在計算機上通過視頻采集設備捕捉下來的錄像機、電視等視頻源的數(shù)字化信息稱為機、電視等視頻源的數(shù)字化信息稱為數(shù)字視頻信數(shù)字視頻信息息，相應的數(shù)字化文件稱為視頻文件。，相應的數(shù)字化文件稱為視頻文件。4.64.6多媒體視頻信息處理多媒體視頻信息處理19:35:4368三三. .電視信號制式（電視

52、信號的標準）電視信號制式（電視信號的標準） 1 1、NTSCNTSC制（隔行掃描）制（隔行掃描） 2 2、PALPAL制（相位逐行交變）制（相位逐行交變） 3 3、SECAMSECAM制（順序傳送彩色與存儲）制（順序傳送彩色與存儲） 不同制式之間的主要區(qū)別在于不同的刷新不同制式之間的主要區(qū)別在于不同的刷新速度、顏色編碼系統(tǒng)和傳輸頻率等。速度、顏色編碼系統(tǒng)和傳輸頻率等。4.64.6多媒體視頻信息處理多媒體視頻信息處理19:35:4369四四. .彩色模型彩色模型1.YUV1.YUV模型模型 亮度信號和色差信號分離亮度信號和色差信號分離, ,即亮度信號即亮度信號和色差信號是相互獨立的和色差信號是相

53、互獨立的。2.RGB2.RGB模型模型 被被CRTCRT顯示器所采用。顯示器所采用。3.YUV3.YUV與與RGBRGB的變換的變換YUV=0.299 0.587 0.114-0.169 -0.332 0.5 0.5 -0.419 -0.081RGB4.64.6多媒體視頻信息處理多媒體視頻信息處理19:35:4370五五. .視頻的數(shù)字化視頻的數(shù)字化將模擬視頻信號經(jīng)模數(shù)轉換和彩色空將模擬視頻信號經(jīng)模數(shù)轉換和彩色空間變換，轉為計算機可處理的數(shù)字視頻信間變換，轉為計算機可處理的數(shù)字視頻信號號 步驟：采樣步驟：采樣量化量化編碼編碼4.64.6多媒體視頻信息處理多媒體視頻信息處理19:35:43711. 1.視頻信號的采樣視頻信號的采樣 電視信號中，亮度信號的帶寬是色差信號帶電視信號中，亮度信號的帶寬是色差信號帶寬的兩倍。而人眼對顏色的敏感程度遠不如對寬的兩倍。而人眼對顏色的敏感程度遠不如對亮度信號那么靈敏，所以色