大学计算机基础多媒体技术基础

大学计算机基础多媒体技术基础内容摘要：

量图的 原始图和 放大 图 2．矢量图的数字化过程 有一些图形（如工程图、白描图、卡通漫画等），它们主要由线条和色块组成，这些图形可以分解为单个的线条、文字、圆、矩形、多边形等单个的图形元素。 再用一个代数式来表达每个被分解出来的元素。 例如：一个圆我们可以表示成圆心在（ x1,y1），半径为 r 的图形；一个矩形可以通过指定左上角的坐标 （ x1,y1） 和右下角的坐标（ x2,y2）的四边形来表示；线条可以用一个端点 的坐标（ x1,y1）和另一个端点的坐标（ x2,y2）的连线来表示。 当然我们还可以为每种元素再加上一些属性，如边框线的宽度、边框线是实线还是虚线、中间填充什么颜色等等。 然后把这些元素的代数式和它们的属性作为文件存盘，就生成了所谓的矢量图（也叫向量图）。 3． 矢量图的文件格式 矢量图形格式也很多，如 Adobe Illustrator 的 *.AI、 *.EPS和 SVG、 AutoCAD 的 *.dwg和 dxf、 Corel DRAW 的 *.cdr、 windows 标准图元文件 *.wmf 和增强型图元文件 *.emf 等等。 当需要打开 这种图形文件时，程序根据每个元素的代数式计算出这个元素的图形，并显示出来。 就好 像 我们写出一个函数式，通过计算也能得出函数图形一样。 编辑这样的图形的软件也叫矢量图形编辑器。 如： AutoCAD、 CorelDraw、 Illustrator、 Freehand 等。 图像信息的数字化 1．图像的定义与特点 图像是指由输入设备（如数码相机、扫描仪等）捕捉的实际场景画面或以数字化形式存储的任意画面。 静止的图像是一个矩阵，由一些排列成行列的点阵组成，如图 75 所示，这些点称为像素（ pixel），这种图像也称为位图。 位图文件的 大小与颜色深度和图像分辨率有关。 我们将图像按水平方向和垂直方向划分形成若干“小格”，其中任一“小格” 就是一个像素，接着对该像素进行数值化，所得到的这些数据就组成了位图图像文件。 所以位图图像是由像素构成的，适用于表现丰富的层次和色彩，但在缩放等操作时有明显失真且存储时形成的文件较大。 如放大时会出现如图 76 所示的“马赛克”现象。 通常图像适用于表现真实的画面及图像细节。 2．图像的数字化过程 位图图像经过采样、量化和编码三个过程完成数 字化的。 下面以黑白图为例介绍图像数字化的基本工作思想。 黑白图包含的颜色仅仅有黑色和白图 75 由像点组成的图像 放大后 图 76 图像的放大 色两种。 我们将图中所指部分放大。 考虑将一个网格叠放到图上，网格把图分成许多单元（这就相当于采样）， 每个单元相当于计算机屏幕上的一个点，如图 77 所示。 图 77 图像的局部放大 如果单元对应的颜色为黑色，则在计算机中用 0 来表示；如果单元对应的颜色为白色，则在计算机中用 1 来表示（相当于量化）。 这样网格中的每一行就变成了用一串 0和 1 表示的数据（相当于编码）。 图 78 图像的编码 1）采样 通过上 面的例子，我们可以理解采样是对固定尺寸的图像按水平方向和垂直方向等分“划线”，把图分成许多单元，每个单元相当于计算机屏幕上的一个点。 所形成的小单元越多越密，图像恢复时就越清晰，图像水平方向和垂直方向的像素个数我们称为图像分辨率。 如在数码相机中， 500 万像素相机的图像就要比 100 万像素相机的图像清晰得多，这是因为相同大小图像的构成像素数不同，也就是说采样的样点数不同，样点越多，图像越清晰，当然图像的文件也越大。 2）量化 量化是针对每个像素进行数值化的过程，若每个像素点用一位二进制表示，则只有“ 0”或“ 1”两 种状况，即只能表示成单色二值图（如上述的黑白图）。 若每个像素点用八位二进制表示时，则有 256 种不同的颜色，即可以表示成彩色图或灰度图（从黑到白有 256 种渐变灰度色）。 量化时所采用二进制的位数也称为图像位深度。 3）编码 编码则是对采样、量化后的二进制数据进行某种格式存储的过程，如位图格式（ .BMP）对数据一般不进行压缩的存储，而 JPEG（静态图像压缩标准，文件扩展名是 .JPG）则对数据进行压缩的存储。 3．图像的分辨率 图像的分辨率指的就是每英寸图像含有多少个点或象素，分辨率的单位为 dpi。 我们通常所看到的 分辨率都以乘法形式表现的，比如 1024 768，其中 “ 10240” 表示屏幕上水平方向显示的点数， “ 768” 表示垂直方向的点数。 分辨率的大小直接影响到图像的质量 ， 图像分辨率越大，越能表现更丰富的细节 ， 分辨率高的图像就越清晰，文件也就越大 ，分辨率低的图像就会显得粗糙，但文件相对较小。 4．图像的色彩深度 图像的色彩深度指的是图像中描述每个像素所需要的二进制位数， 又称 为 位深 ，它以 bit 为单位。 图像的色彩深度 决定可以标记为多少种色彩等级的可能性。 一般常见的有8 位， 16 位， 24 位 和 32 位等色彩。 这里 所谓 的“ 位 ” ，就是 2 的 多少次 幂。 例如 8 位就是 2 的 8 次幂，即 256 ， 所以一 幅 8 位 色彩深度 的图片，所能表现的色彩等级就是 256 级 ，表示有 256 种可能的颜色。 颜色深度 数值 颜色数量 颜色评价 1 21 2 单色图像 4 24 16 16 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 5．图像的文件大小 当我们知道图像分辨率和图像色彩深度时，可以计算出图形未 经压缩时的文件大小，计算方法如下： 文件的字节数 =图像分辨率图像位深度247。 8 如：某图像是分辨率为 640480 的 256 色彩图，则文件大小是： （ 640 480 log2256） 8=307200（ B） 6．图像的文件格式 图像文件有很多通用的标准存储格式，常用的文件格式有 BMP 格式、 TIFF 格式、 GIF格式、 JPEG 格式、 PNG 格式等。 1） BMP 格式 BMP 是一种与硬件设备无关的图像文件格式，使用非常广 ，是 Windows 操作系统中最常见的图像文件格式。 BMP 采用位映射存贮格式，除了图像深度可选以外，不采 用其它任何压缩，因此， BMP 文件所占用的空间很大。 BMP 文件的图像 色彩 深度可选 1 bit、 4 bit、 8 bit及 24 bit。 BMP 文件存储数据时，图像的扫描方式是按从左到右、从下到上的顺序 ，形成的文件结构简单，但它的优点是能被大多数软件接受。 2） TIFF 格式 TIFF（ Tag Image File Format，标记图像文件格式） 文件是由 Aldus 和 Microsoft 公司为扫描仪和桌上出版系统研制开发的一种较为通用的图像文件格式。 TIFF 格式灵活易变，它的优点是独立于操作系统和文件系统，可以在所有的 操作系统中使用，也可以在某些专用表 71 各种颜色深度的颜色数量 的印刷设备中使用。 TIFF 文件格式有压缩和非压缩两类，支持所有的图像类型，它的图像质量非常高，包含的信息丰富，这有利于图像的还原，但所占的存储空间较大。 TIF 文件有四类不同的格式： TIFF－ B 适用于二值图像； TIFF－ G 适用于黑白灰度图像； TIFF－ P 适用于带调色板的彩色图像； TIFF－ R 适用于 RGB 真彩图像。 TIFF 文件主要用于美术设计与印刷出版行业。 3） GIF 格式 GIF（ Graphics Interchange Format ） 是一种压缩图像存储格式， GIF 采用 LZW 压缩算法来存储图 像 数据，并采用了可变长度等压缩算法 ，压缩比较高，文件存储所占空间较小。 GIF 的图像深度从 1 bit 到 8 bit，也即 GIF 最多支持 256 种颜色的图像。 GIF 格式的另一个特点是其在一个 GIF 文件中可以存多幅彩色图像，如果把存于一个文件中的多幅图像数据逐幅读出并显示到屏幕上，就可构成一种最简单的动画。 GIF 是目前 Inter 上使用最广泛的一种图像文件格式，网页上的许多小动画都是 GIF 格式。 4） JPEG 格式 JPEG（ Joint Photographic Experts Group， 联合图 像专家组 ）于 1991 年提出了“ 连续色调静态图像的数字压缩和编码 ”， 简称为 JPEG 算法 ，这是一个适用于彩色、单色和多灰度静止数字图像的压缩标准。 JPG 对图像的处理包含两部分：第一部分是无损压缩，第二部分是有损压缩。 它将不晚被人眼觉察的图像颜色删除，从而达到较大的压缩比， 采用 JPEG压缩编码算法压缩的图像，其压缩比约为 1:5 至 1:50，甚至更高 ，但经过压缩后的图像的质量变化不大。 由于它具有 节 省存储空间及保持较好图像质量的优点，所以应用非常广泛，目前，市场上的数码设备所存储的静态图像几乎都是采用 JPG 格式，同时 JPG 图像格式也是网上的主流图像格式。 5） PNG 格式 PNG（ Portable Network Graphic Format，便携式网络图 像 格式 ） 是 W3C 组织在 20 世纪 90 年代中期开始开发的一种无损位图文件存储格式，是一种轻便、无法律障碍、压缩性能好且规范好的一个标准，其目的是企图替代 GIF 和 TIFF，同时增加一些它们文件格式所不具备的特性。 PNG 是一种新兴的网络图像格式。 它的第一个特点是目前保证最不失真的格式，它汲取了 GIF 和 JPEG 二者的优点。 第二个特点是能把图像文件压缩到极限，既利于网络传输，又能 保留所有与图像品质有关的信息。 第三个特点是显示速度快，只需下载 1/64 的图像信息就可以显示出低分辨的预览图像。 第四个特点是支持透明图像的制作，这样可让图像和网页背景和谐地融合在一起。 PNG 的缺点是不支持动画应用效果。 6） PSD 格式 这是 ADOBE 中自建的标准文件格式，该格式保存了图 像 在创建和编辑过程中的许多信息，比如层、通道、路径信息等，所以修改起来非常方便。 由于 PHOTOSHOP 软件越来越广泛地应用，所以这个格式也逐步流行起来。 7） AI格式 AI 格式是 Adobe 公司开发的矢量 图像 处理软件 Illustrator 所使用的文件格式，也是当今最流行的矢量 图像 格式之一，广泛应用于印刷出版业等。 音频信息的数字化 声音与音乐在计算机中均为音频 (Audio)，音频（声音）是多媒体计算机技术中一种不可缺少的媒体，也是多媒体节目中使用最多的一类信息。 声音媒体分为三类：  波形声音 — 包含所有声音形式  语音 —— 说话声  音乐 —— 符号化的声音（乐谱） 2．音频的数字化过程 音频媒体在数、模转换模块中完成数字化的过程，是经过采样、量化和编码三个过程，如图 79 所示。 图 79 音频的数字化过程 1）采样 针对音频信号如声波，首先对该波形进行采样，也就是以适当的时间间隔来抽取波形的样点值，抽样越多，样点与原波形越接近，声波的恢复就越好，而所需的存储空间也越大。 采样频率指每秒钟取得声音样本的次数。 采样频率越高 ,声音的质量也就越好。 人耳的分辨率很有限 ,所以太高的频率就分辨不出好坏来。 一般说来， 能达到 FM 广播的声音品质，而 就是 CD 音质了， 48KHz 则是 DVD Audio 或专业领域才会采用。 采样位数是指在采集声音时使用多少二进制位来存储数字声音信号。 这个数 值越大，分辨率就越高，录制和回放的声音就越真实。 采样位数客观地反映了数字声音信号对输入声音信号描述的准确程度。 2）量化 量化过程是将采样所取得的样值与量化标尺进行比较，按“四舍五入”的规律获取整数标尺值，以便编码。 量化标尺通常是通过量化位计算出来的，如量化位是 4 位时，则量化标尺就有 24（即 16 个等分刻度）。 量化位数越多，声波的幅度分辨率就越高，声波还原时的音质就越好。 如图 710 中 CD 的采样率比数字电话的采样率高近 5 倍，量化标尺高 200 多倍，其音质也比电话好得多。 图 710 数字电话音频信号的采样率与 CD 音频信号的采样率比较图 3）编码 编码则是将采样、量化后的整数数据以一定的二进制数码序列来表示的过程，并以一定的文件扩展名保存成计算机数据文件，这样就便于今后的编辑、加工或播放，如扩展名为wav 的波形文件。 3．音频的文件大小 音频文件可以分为波形文件（如 WAV、 MP3 音乐）和音乐文件（如手机的 MIDI 音乐）两大类，由于他们对自然声音记录方式不同，文件大小与音频效果相差很大。 波形文件通过录入设备录制原始声音，直接记录了真实声音的二进制采样数据，通常文件较大。 音频数字化后其存储空间可以这样计算： 音频存 储空间 =采样频率 量化位 声道数 时间 8 如某 CD 上 1 秒钟的数据量： CD 采样率为 44100Hz， 16 位量化位，立体声 441001628=176400(字节 ) 即 1 秒种的 CD 立体声音频的数据量约为 172KB 音频文件的格式及其特点 目前较流行的音。