Essentials of Computer Applications Chapter 9 Multimedia Technology

1. Essentials of Computer ApplicationsChapter 9 Multimedia Technology 中国科学技术大学网络学院 李艺E-Mail: leeyi@ustc.edu.cn

2. 目 录 • 第一章 计算机基础知识 • 第二章 Windows 操作系统 • 第三章 Word 文字处理 • 第四章 Excel 电子表格 • 第五章 PowerPoint电子演示文稿 • 第六章 计算机网络基础 • 第七章 Internet的应用 • 第八章 信息安全与网络道德 • 第九章 计算机多媒体技术

3. §9 计算机多媒体技术的基本知识 §9.1 计算机多媒体技术的基本知识 §9.1.1 基本概念 • 媒体（medium）的概念 媒体是指承载信息的载体。根据CCITT的定义，媒体有五种类型： • 表示媒体：即信息的存在形式和表现形式，如文字、声音、语音、图形、图像、视频、动画等，是我们研究的核心。 • 感觉媒体：人的感官，如视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉。 • 显示媒体：媒体传输中的电信号与媒体之间转换所用的一类媒体： • 输入显示媒体：键盘、鼠标、话筒、扫描仪、数码相机和数码摄象机； • 输出显示媒体：显示器、投影仪、音箱、打印机、绘图仪。 • 存储媒体：用来存放表示媒体，如磁盘、光盘、内存。 • 传输媒体：双绞线、光纤、同轴电缆、无线电波

4. 根据与时间的关系可以将媒体划分为： • 静态媒体：信息的再现与时间无关，如文本、图形、图像等等 • 连续媒体：具有隐含的时间关系，其播放速度将影响所含信息的再现。如声音、动画、视频等。 连续媒体的引入给传统的计算机系统、通信系统和分布式应用系统提出了更高的要求。 • 多媒体（multimedia）：是融合两种或者两种以上媒体的一种人－机交互式的信息交流和传播媒体。 • 超媒体（hypermedia）是以Web系统为基础的通过超链接组织在一起的全球多媒体信息系统。

5. 计算机多媒体技术的概念 多媒体是指能够同时获取、处理、编辑、存储和展示两个以上不同类型信息媒体的技术。这些信息媒体包括文字、声音、图形、图象、动画、视频等。现在所说的“多媒体”，常常不是指多种媒体本身，而主要是指处理和应用它的一整套技术。 • 多媒体计算机的定义 计算机综合处理多种媒体信息，如文本、图形、图象、音频视频等，使多种信息建立逻辑连接，集成为一个系统并具有交互性。

6. 多媒体计算机系统的组成框图

7. 多媒体技术主要集中在对媒体设备的控制和媒体信息的处理与编码技术、多媒体系统技术、多媒体信息组织与管理技术、多媒体通信网络技术、多媒体人机接口与虚拟现实技术以及多媒体应用技术这6个方面。 多媒体技术主要集中在对媒体设备的控制和媒体信息的处理与编码技术、多媒体系统技术、多媒体信息组织与管理技术、多媒体通信网络技术、多媒体人机接口与虚拟现实技术以及多媒体应用技术这6个方面。 • 多媒体计算机的基本构成 多媒体计算机简称为MPC（Multimedia personal computer）。目前的微机硬件水平大都属于多媒体计算机，能够胜任非专业的多媒体处理工作。一台典型的多媒体计算机硬件上包括： • 功能强、速度快、的中央处理器， • 可管理和控制各种接口与设备的配置， • 具有一定容量（尽可能大）的存储空间， • 高分辨率显示接口与设备， • 可处理音响的接口与设备， • 可处理图象的接口与设备， • 可存放大量数据的配置， • 光盘驱动器，音频卡，图形加速卡，视频卡等。

8. 多媒体的主要特性 • 以计算机为中心：信息的获取、处理、存储、传输和展示都是在计算机控制下完成的。 • 多样性，使计算机所能处理的信息范围从传统的数值、文字、静止图像扩展到声音和视频信息； • 集成性：多种信息媒体的集成、处理这些媒体的设备的集成。 • 交互性：人的活动（activity）本身能作为一种媒体介入到信息转变为知识的过程。 • 数字化：多媒体信息都是以数字的形式而不是以模拟信号的形式存储和传输的。

9. 多媒体计算机软件

10. 计算机 0，1 文 本 图象图形 声音 视频 MPC 多媒体时代 通 信 邮 政 电 报 电 话 数字网 ISDN 信息高速 大众传媒 报 纸 广 播 电 影 电 视 HDTV ITV 多媒体的起源与发展

11. 第一个阶段：1984年，美国Apple公司推出Macintosh计算机，它首先引入窗口操作系统和用鼠标作为交互设备。第一个阶段：1984年，美国Apple公司推出Macintosh计算机，它首先引入窗口操作系统和用鼠标作为交互设备。 • 第二个阶段：1985年，美国Commodore公司将世界上第一台多媒体计算机系统展现在世人面前。采用Motorola的M68000微处理器芯片，自己研发了音、图、视频3个专用处理芯片。另外还提供一个多任务操作系统，具有菜单、多窗口和图标等功能。 • 第三个阶段：1986年，荷兰Philips公司和日本SONY公司联合推出交互式紧凑光盘系统，同时公布了CD-ROM文件格式，后经ISO承认为国际标准。该系统将各种多媒体信息以数字化形式存放在650MB的CD-ROM上，用户可通过读取光盘中的内容播放。

12. 第四个阶段：1987年，美国RCA公司推出了交互式数字视频系统（DVI），它以计算机技术为基础，使用光盘来存储和检索静止图像、活动图像、声音和其他数据。后由Intel公司和IBM公司于1989年联合将DVI技术发展成为新一代多媒体开发平台，该平台的硬件系统由音频板、视频板和多功能板组成，软件采用基于Windows的音频视频内核。因此，其扩展性、可移植性和视频处理能力等均获得大大改善。第四个阶段：1987年，美国RCA公司推出了交互式数字视频系统（DVI），它以计算机技术为基础，使用光盘来存储和检索静止图像、活动图像、声音和其他数据。后由Intel公司和IBM公司于1989年联合将DVI技术发展成为新一代多媒体开发平台，该平台的硬件系统由音频板、视频板和多功能板组成，软件采用基于Windows的音频视频内核。因此，其扩展性、可移植性和视频处理能力等均获得大大改善。 • 第五个阶段：1990年11月，由Microsoft公司会同多家厂商召开了多媒体开发者会议，成立了多媒体计算机市场协会，主要任务是对多媒体计算机进行规范化管理和制定相应标准，它为计算机整机、外设制造商提供了共同遵循的标准。

13. 多媒体应用 • 多媒体邮件 • 多媒体宣传演示系统 • 多媒体出版物、多媒体光盘 • 多媒体会议系统、多媒体办公自动化、CSCW • 多媒体信息咨询系统、数字化图书馆 • 交互式电视（ITV）、视频点播系统 • 远程医疗、远程教学系统 • 多媒体训练系统、虚拟现实

14. 三网合一 计算机网 公共 通信网 广播网 光纤 窄带综合业务 数字有线 数据网 数字网 电视网 基于ATM交换的宽带综合业务 数字网B-ISDN 可移动的全球宽带智能个人综合业务 数字网BIP-ISDN

15. 多媒体应用程序 多媒体创作工具软件 多媒体素材制作软件 多媒体操作系统 多媒体设备接口处理程序 设备驱动程序 硬件设备 多媒体计算机层次结构

16. 计算机多媒体技术在网络教育中的作用 • 多媒体技术对远程教学的影响 多媒体技术的使用，使教学的思想性、科学性、艺术性充分结合，为各学科教学提供了丰富的视听环境，给受众以全方位的、多维的信息，提高了形象视听的传递信息比率，缩短了教学时间，扩大了教学规模。多媒体技术在这方面能够提供逼真的、生动的学习和交流环境。多媒体教材以图文声像并茂的方式提供知识，提供示范、练习、讨论以及边演示边讲解的启发式教学方法，生动灵活，弥补了传统课堂教学的不足。 • 多媒体技术对远程教学传输模式的影响 网络远程教学模式依靠现代通信技术及多媒体计算机技术的发展，大幅度提高了教育传播的示范与时效，使教育传播不受时间、地点、国界、气候等影响。有Internet的地方就可以学习网上课件。打破了校园的界限，改变了传统课堂的概念。学生能够接受来自不同国家、教师的指导，获得更多的信息，共享世界各地图书馆资料。

17. §9.1.2 声音的表示与处理 • 声音表示的两种方法 • 数字波形法 • 合成法 • 声音数字波形法处理的步骤： • 采样（采样率越高，声音越好，数据量越大） • 量化（模-数转化，位数越多，噪声越小） • 压缩 声卡真正的质量取决于它的采样和回放能力。模拟声音信号是一系列连续的电压值，获取这些值的过程称为采样，这是由模数转换芯片来完成的。影响音质的两个因素是 采样精度和 采样频率。

18. 声音的波形变化特性

19. 声音的采样与量化 采样精度决定了记录声音的动态范围，它以位(Bit)为单位，比如8位、16位。8位可以把声波分成256级，16位可以把同样的波分成65,536级的信号。可以想象，位数越高，声音的保真度越高。 量化 采样

20. 8位——2的8次方种 16位——2的16次方种 声音的记录位数

21. 振幅 振幅 高采样频率 低采样频率 时间 时间 采样频率指每秒钟采集信号的次数，声卡一般采用11K、22K和44KHz的采样频率，频率越高，失真越小。在录音时，文件大小与采样精度、采样频率和单双声道都是成正比的，如双声道是单声道的两倍，16位是8位的两倍，22K是11K的两倍。

23. 声音的合成法表示 • MI DI 音乐（Musical Instrument digital Interface) • 特点： • 音乐符号化的一种方法 • 数据量少 • 易于编辑、修改 • 适用于表示各种乐曲演奏的音乐 • 尚不能表示声音

24. 声音录制与播放的处理过程

25. 声卡的主要功能 • 将话筒或音响设备输入的声音数字化 • 将处理过的数字语音还原为模拟信号声音 • 将MIDI乐曲还原为合成音乐声输出 • 可外接MIDI键盘，将弹奏的乐曲以MIDI形式存入计算机内 • 连接CD-ROM直接播放激光唱片的声音

26. 声卡

27. 声卡上有一个IDE接口和CD音频接口，外部接口有麦克风插口(Mic)、立体声输出插口(Speaker) 连接音箱或耳机；线性输入(Line in) 可连接CD播放机、单放机合成器等；输出插口 (Line out) 可连接功放等；游戏杆和MIDI设备。 在连接光驱的CD音频时，使用一根3芯或4芯的音频线，其中有两根代表左右声道，一般用红色和白色的线表示，还有一根或两根地线，用黑色表示。

28. MIDI音乐 • MIDI是指电子乐器和计算机数字接口。MIDI始建于1982年，是数字音乐的国际标准。 • MIDI文件是一系列的指令而不是波形，所以它要求的磁盘空间较小。一个典型的8位、22.05KHz的波形,记录1.8秒钟的声音需要41K的空间,而一个2分钟的MIDI文件只需不到8K的空间。 • MIDI可以很方便地根据音乐创作的要求，生成一些波形声音难以产生的特殊音效。 • MIDI硬件准备： • MIDI端口：MIDI in 、 MIDI out 、 MIDI Thru • MIDI电缆 • MIDI合成器 • MIDI音乐可以从电子琴（MIDI键盘）输入电脑，并加以存储

29. §9.1.3 视频信息的表示与处理 • 视频信息（Video):运动图像（如25帧/秒） • 视频信息的处理是多媒体技术的核心 • 计算机要处理视频信息必须将其数字化 • 数字化过程 • 采样 • 量化 • 编码压缩

30. 视频信息数字化 • 数字化以一幅幅彩色画面为单位进行的 • 每个采样点分为亮度（Y）和色差（U、V）三个分量

31. 几种常用数字视频格式

32. 几种视频压缩编码标准 • MPEG-1：用于CD-ROM光盘存储 • MPEG-2：用于DVD、CATV等 • MPEG-4：满足低成本的视频通信要求 • CCITT H.26: 用于可视电话、会议电视等

33. 视频卡 所谓视频信息(video)指连续运动的图像。要使计算机处理视频信息，必须对视频信息进行压缩编码处理。视频卡就是专门用来对视频信息进行数字化及压缩编码的部件。 • 功能：视频信息的数字化、压缩编码 • 视频信息的解压缩 • 硬解压 如解压卡，视频卡等 • 软解压 如“解霸”、“Xing Play”等 • 一分钟视频信息占用存储量： 1M/帧*30帧/秒*60秒=1800M=1.8G

35. 视频卡功能示意图

36. 多媒体技术的内容：图象 • 按颜色表现来分 • 彩色图 • 灰度图 • 黑白图 • 按图形记录方式分 • 失量图 • 位图 • 按图象记录方式分 • 8位图、16位图、32位图 • 按图象的格式来分 • BMP • JPG • GIF • 3ds • dwg • ……..等等 • 按图象空间记录方式分 • 平面图 • 立体图

37. 彩色图 灰度图 黑白图 GRAYSCALE BITMAP 二维平面图象的形态

38. 高分辨率位图 低分辨率位图 同一大小的位图，分辨率不同，其显示效果不同。

39. 同一大小的位图，分辨率不同，其显示效果不同。同一大小的位图，分辨率不同，其显示效果不同。

40. 平面图是二维的，只能表现物体某一角度的形状平面图是二维的，只能表现物体某一角度的形状 立体图是三维的，可从不同的角度进行观看

41. 计算机图象输入设备 • 扫描仪 • 数码相机 • 从视频设备捕捉图象 • 数字化仪 • 计算机图象输出设备 • 显示器（屏幕尺寸、分辨率、刷新频率） • 显示卡（显示内存、3D加速性能、色彩支持数）

42. 多媒体软件概况 • 单一媒体处理软件 • 平面图象处理软件 • 二维动画处理软件 • 三维图象与动画处理软件 • 声音处理软件 • 视频处理软件 • 综合加工处理软件(多媒体创作) • 影视合成处理软件 • 交互式多媒体设计软件

43. 常用多媒体软件 • 平面图象处理软件 • Photoshop5.0(照片处理) • Corealdraw9.0(失量图形绘制) • 二维动画处理软件 • Animetor studio • Flash 5.0(Web 动画软件) • 三维图象与动画处理软件 • 3DS 4.0 • 3DS MAX 3.0 • MAYA • Softimage • 声音处理软件 • WaveEdit • MidiSoft Studio • 超级解霸(普通功能) • 视频处理软件 • 一般设备自带软件

44. 常用多媒体软件 综合加工处理软件(多媒体创作) • 影视合成处理软件 • Pramare 5.0 • 多媒体创作软件 • PowerPoint • Authorware • Director • Aciton

45. 多媒体设备与接口 • 光存储设备 光存储系统由光盘驱动器和光盘盘片组成。光存储的基本特点是用激光引导测距系统的精密光学结构取代硬盘驱动器的精密机械结构。 常用的光存储系统有只读型、一次写型和可重读写型三大类。目前应用的光存储系统主要有CD-ROM光 存储系统、CD-R光存储系统、CD-RW、光存储系统和光盘库系统等。 • 音频接口 处理音频信号的PC扩展卡是音频卡，又称声卡。声卡处理的音频媒体包括数字化声音（wave）、合成音乐（MIDI）、CD音频。音频卡的主要功能是音频的录制与播放、编辑与合成、MIDI接口文字语音转换、CD-ROM接口、游戏接口和支持全双工功能。

46. 视频接口 视频采集、显示播放是通过视频卡、播放软件和显示设备来实现的。视频卡主要用于捕捉、数字化、冻结、存储、输出、放大、缩小和调整来自激光视盘机、录象机或摄影机的图象，同时还可以进行一些音频的相关处理。 • 多媒体I/O设备 • 输入笔：常见的有手写板、手写仪和数字化仪等。 • 触摸屏：是一种定位设备，常用于多媒体演示。 • 扫描仪：是一种把照片、图画变成数字图像传送到计算机中的一起。当计算机接收到扫描仪送来的图象后就可以对这些图象进行编辑操作，或打印操作。 • 数码相机：不使用胶卷，而使用CCD阵列，把来自CCD阵列的电压信号送到模数转换器后，变成图象的像素值。

47. 虚拟现实的三维交互工具：虚拟现实I/O工具，主要包括跟踪探测设备、手持数字化设备和立体显示设备，是多媒体发展的未来方向之一。虚拟现实的三维交互工具：虚拟现实I/O工具，主要包括跟踪探测设备、手持数字化设备和立体显示设备，是多媒体发展的未来方向之一。 • 输入输出接口：主要包括SCSI、USB等。

48. §9.2 多媒体基本应用工具的使用 §9.2.1 windows图象编辑器 现在我们要学习的是Windows自带的画图软件。 利用画图软件提供的选定、喷墨、正文、橡皮、着色滚筒、画图、方框、圆、多边形等工具，可以十分方便地生成简单或复杂的彩色图象。也可以利用“画图”对有剪贴板复制来的图形进行进一步的编辑加工。 单击“开始”→“程序”→“附件”→“画图”就启动了画图软件。和其他windows应用软件一样，画图也有标题栏、菜单栏、工具栏，垂直放在左边的就是工具栏，它有您所需要的所有绘画工具，在工具栏底部可以选择笔头的形状和尺寸，左下角是一块五颜六色的颜料盒，中央一大块白色区域是绘画区。 相当于我们的画图的图纸。

49. “画图”窗口

50. 初次接触电脑绘画的朋友，还得先熟悉前景色和背景色，只要想象画纸有两层就可以了，您能看得见的就是前景，在它下面的是背景，我们看不见，如果将前景裁剪一块或者用橡皮擦去，就可以看见背景了。 初次接触电脑绘画的朋友，还得先熟悉前景色和背景色，只要想象画纸有两层就可以了，您能看得见的就是前景，在它下面的是背景，我们看不见，如果将前景裁剪一块或者用橡皮擦去，就可以看见背景了。 画图中前景色和背景色的选择分别通过鼠标左/右键来控制，操作如下（请注意屏幕上前景色和背景色的变化）： • 用鼠标左键单击颜料盒上某颜色，将其定义为前景色； • 用鼠标右键单击颜料盒上某颜色，将其定义为背景色。 目前颜料盒中有28种颜色，也许您会觉得色彩不够丰富，别着急，画图为我们提供了编辑颜色的方法，可以令这些小小颜料盒如同万花筒般盛满千般色。 双击颜料盒中某一颜色，弹出一个编辑颜色的对话框，有48种基本颜色，可以单击其中一种并按“确定”按钮退出确认更改，如果对这48种颜色仍不满足，还可用鼠标单击"规定自定义颜色"按钮，自定义一些颜色作为备选。