《多媒体技术》培训教材.docx

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1、多媒体技术一、多媒体技术(一)多媒体计算机的基本配置(及可选配置)一般来说.多媒体个人计算机(MPC)的基本硬件结构可以归纳为七部分：至少一个功能强大、速度快的中央处理基(Ej);可管理、控制各种接口与设备的配11：具有一定容量(尽可能大)的存储空间；高分辨率显示按口与设备：可处理音看的接口与设Ih可处理IB像的按口设备：可存放大数据的配量等.这样提供的配潴是最基本MpC的硬件基础它们构成YPC的主机.除此以外，MpC能扩充的能跟还可能包括如下几个方面；光盘胆动Sh包括可.取写光盘型动器(CD-R)、HoRM光盘胆动器和CD-RoM第动器。其中CIbROM飘动器为MPC带来了价格便宜的650M

2、存储设备.存有图形、动画、图像.声礼文本、数字音频、程序等资源的CD-R61早已广泛使用，因此现在光驱对广大用户来说已经是必须配置的了。而可王写光盘、WORMJtfit价格较贵，目漪还不是非常普及。另外，DVD出现在市场上也有叫时日了它的存储地更大，双面可达17GB,足升级换代的理想产品.S卡：在讦频卡上连接的音嫉怆入怆出设备包括话筒、音物播放设备、MIDI合成器、耳机、扬声器等。数字书频处理的支持是多媒体“电机的重要方面，音频K具有A/D和D/A白顼信号的箝换功能，可以合成音乐、混合多种声源,还可以外接MIDI电子音乐设招.图形加速卡：图文并茂的多媒体表现需要分辨率高，而且同屏显示色彩丰富的

3、显示卡的支持，同时还要求具有Windows的显示胭动程序，并在Windows下的像素运算速度要快,所以现在带有图形用户接口GU1.加速器的局部总线显示适配器使得Windors的显示速度大大加快.视H卡,可细分为视频捕捉卡、视域处理卡、视痢播放卡以及N编码器等专用卡，其功能是连接抵像机、VCR影碟机、TY等设备，以便获取、处理和衣现各种动画和数字化视翔媒体。扫描卡，它是用来连接各种图形扫描仪的,是常用的静态照片、文字、工程图坳入设备.打印机按口：用来连接各种打印机，包括普通打印机、激光打印机、彩色打印机等，打印机现在已经是最常用的多媒体输出设备之一了。交互控制接口它是用来连接触摸屏、鼠标,光第等

4、人机交互设需的，这些设住将火大方便用户对MpC的使用.网络按口：是实现多媒体通信的_要MpC扩充部件.计算机和通信技术相结合的时代己经来临，这就需要V门的多媒体外部设需将数据吊庞大的多媒体信息传送出去或接收进来,通过网络接口相接的设符包括视频电话机、传真机、1.AN和ISDN等.(一)媒体播放器在WEB中的应用我们知道，由于声音点播和影视点播应用还没有完全直接集成到现在的Reb浏览器中,这就需要一个单独的应用程序来招助，通常我们使用媒体播放器(YediaPIayer)来播放声音和影视，典型的媒体播放器要执行好几个功能,包括解压缩、消除抖动、错误纠正和用户播放等功能.现在可以使用像插件这种技术把

5、媒体播放涔的用户接口放在Web齐户机的用户界面上，捌览器在当前Heb页面上保留唐窑空间，并且由媒体播放甥来管理。目前，大多数客户机使用如下几种方法来读取声音和影视文件：通过Web浏览潺把声音/影视从I1.eb服务器传送给媒体播放湍直接把声音/影视从Web眼务器传送给媒体播放器直接把声也/影视从多媒体流放服务潺传送给魏体播放器在这个过程中,媒体播放器的主要功能表现在如下四个方面：解压务h几乎所有的声音和电视图象都是经过压缩之后存放在存储器中的，因此无论播放来自于存储器或者来自网络上的声吾和影视都要解压缩。去科动，由于到达接收端的每个声音信息包和电视图象信息包的时延不是一个固定的数值.如果不加任何

6、措施就原原本本地把数据送到媒体播放器播放，听起来就会布抖动的感觉，H至对声音和电视图象所表达的信息无法理解,在媒体播放涔中，限制这种抖动的简单方法是使用缓存技术，就是把内吾或者电视图望数据先存放在缓冲存储器中,经过一段延时之后再播放.错谀处理：由于在因特网上往往会出现让人不能接收的交通拥挤，信息包中的部分伯恩在传输过程中就可能会丢失。如果连续丢失的信息包太多，用户接收的声音和图象质疑就不能容忍。采取的办法往往是承传。用户可拄制的接口：这是用户直接控制媒体播放器播放媒体的实际接口.媒体播放器为用户提供的控制功能通常包括泮音的音最大小、初停新开始和陕转等等，二、数据压缩与解压缩常用算法（一）数据压

7、缩方法的分类数据压缩实际上是一个编码过程，即将原始数据进行制玛压缩,数据解压缩是数据压缩的逆过程，即将压缩的编码还原为原始数据.因此，数据压方法也猿码方法，自从1948年O1.iYCr提出脉冲编码调制（PeM）编码理论以来，编码方法的研究取得了极大的发展.数据压缩技术已日臻成熟,适合各种应用场合的编码方法不断产生.口徜采用的数据压缩方法按出发点不同会有几种不同的分类结果。1 .按照压修方法是否产生失真分类无失Ma码方法，也称为可逆码方法.此类方法解压缩以后的还原数据与原始数据完全一致.有失真方法，也称为不可逆码方法.此类方法解压缩以后的还原数据与原始数据之间有误差。但这种误差是限定在一定范用内

8、的.即能满足具体应用的要求.以图像为例.此方法的还原图像虽与原始图像之间存在误差，但其视觉效果仍能被人所接收.2 .按照压Mr方法的原理分类（Drawn它是针对空间冗余和时间冗余的压缩方法。其施本思想是利用己被编码的由的数据值来颈测邻近的一像素点的数据值,预测是根据某一模型进行的,如果模型选取得足酩好的话,则只需存储和传坳起始像索和模型参数就可以代替整幅图像r.按照模型的不同，覆评码又分为线性演评、疆内MIe和M间调,它也是针对空间冗余和时间冗余的压缩方法.其基本,思想是将图像的光强矩阵（时域信号）变换到系数空间（领域）上，然后对系数进行编码压缗，在空间上具有旅相关的信号，反映在领域上是某些特

9、定区域内的能V常常被集中在一起，或者是系数矩阵的分布具有某些规律，可以利用这些规律来分配领域上的值化比特数.从而达到压缩的目的.由时域映射到狼城总是通过某种变换进行的，这种方法正是由此得名.因为正交变换的变换矩阵是可逆的且逆矩阵与转置矩阵相等，这就使解码运算方便且保证布好.所以交换码总是采用正交交换。（3又称分频带编码,其基本思出是将图像数据变换到领域后，按频率分带，然后用不同的M化器迸行量化，达到报优的加合.语言和图像信息都有较宽的频带，信息的能母集中在低频区域，细节和边缘则集中在高痂区域.子带编码采取保用低频系数舍去高焕系数的方法进行编码，操作时对低频区域取较多的比特数来编码，以牺牲边线细

10、节来换取比特数的下降，恢复后的图像比原图模糊，其特点是有较高的压缩比和信噪比。根据信恩册原埋，对出现概率大的符号用短码字表示，反之用氏码字表示.其目的是减少符号序列中的冗余度，提裔符号的平均信息Iih它根据符号序列的统计特性，寻找某种方法把符号序列变换为以短的码字序列，使各码元承报的信息房达到农大，同时保证无失真地恢更原来的符号序列，实现这种码的方法有哈夫曼码方法和自适应二进制算术码方法.(5城计4M统计簿码技术根据一幅图像像素值的统计情况进行编码代缩,也可先将图像按前述方法压缩,对所得的俶加以统计，再做压缩.由此可知，统计一码就可单独使用，又可用在某个靠法之后做进一步的压编最常用的统计编码方

11、法是哈夫及编码方法.(64mm又称游程编码或运行长度编码，其菸本思S!是将一个相同伯的连续申用一个代去他和州长来代酋。行程编码又分为定长行程端码和变长行程编码两种。定长行程端码是指涮码的行所使用的二进制位数固定；变长行程编码则指对不同范用的行使用不同位数的二进制位进行编利.行程码适合于二值图像的码.其基本思想是将被娘妈的信息表示成0,1之间的一个间.信息越长.间阳就越小,箱码所需的二进制位就越多.除了基于概率统计的固定模式外，还书自适应模式.算术编码适用于不进行概率统计的场合；当信源符号概率比较接近时，其效率高于哈夫曼编码方法，除了上述的彘码方法外,还有结构箱码方法、基于知识的编码方法等.(二

12、)哈夫曼编码i哈夫曼隹变字长1码定理为了说明哈夫吧(Huffman)编码的具体方法,首先证明哈夫蛀1952年挺出的变字氏编码的最佳编码定理。定理：在变字长娟码中,对于出现概率大的信息符号编以短字长的眄,对于概率小的符号娟以长字长的码.如果码字长度严格按所对应符号出现概率大小逆顺序排列，则平均码字长度一定小于其他任何符号版序排列方式得到的码字长度.3 .哈夫曼偏码的方法哈夫及编码是根据可变长度坦隹编码定理，应用哈夫曼算法而得到的一种编码方法，可以证明，在给定符号集和概率模型时，没有任何其他整数码比哈夫曼码有更短的平均码长，也即它是一种G优码.4 .哈夫曼编码的特点虽然哈夫曼码是变长的，编码后的码

13、串中又没有分隔码字的标识符，但由于它的无歧义性，完全能够正确地愦复出原信源所怆出的符号序列来.哈夫他编码方法构造出来的码不是惟一的.其原因有二：一是给两个分支状值时，既可以是上左）分支为I、下（右）分支为0,又可以是上（左分支为0、下（右）分支为I.故造成编码不推一二是当两个符号的出现概率相等时，谁在前谯在后也是随机的，也造成编码的不惟一。哈夫蛀编码码字字长不统一，给硬件实现带来一定的困难.为不同的信海，哈夫曼编码的效率也是不同的，当信源概率是2的负后时，其编码效率最尚，可达到100%；当信源为等概率时，其编码效率最低.因此，只有概率分布极不均匀时，哈夫及纳码才会收到显著效果.时信源进行哈夫蚣

14、编码后形成了一个哈夫及编码表，若要正确解码必须依照此表，于是在信源存储与传输过程中，必须首先考虑此表的存储与传谕，故此表也占有一定的比特数，最好的解决方法是使用默认的哈夫曼编码表,因为在某些应用场合中.信源的概率嵌从于某一分布（这主要由大量统计得到,可按经验构造一个概率模型，这样就可以事先在发送端和接收端固定哈夫蚣编码衣,从而在数兆传输时省去了哈夫曼编码表的传输,但如果信源的实际概率模型与编码时所假设的概率模型有差异，实际的码长将大于预期值编码效率将下降.（三）预测编码预测编码方法是一种专门用干压缩统计冗余数据的技术,主要是减少数据在空间和时间上的相关性.它根据某模型利用以往的样本值对新样本值

15、进行预测，然后将样本的实际值与其预测值相减褥到一个误差值，进而对这一误差位进行编码。如果模型足纾好，且样本序列在时间上相关性较强，则误差值远远小于实际值.从而达到了J卡端的目的.理论上数掘源可以准确地用一个数学模型表示，使输出数据总地与模型的怆出保持一致，因此可以准确地预测数据。但没有一个实际的预测器能找到如此完美的数学模型，最好的预测器也只货做到以以小化的误差对下一个采样进行预测.由于整个数据信源的实际模型很更杂且是时变的.在大多数情况下段测几乎不可能实现.故预测器通常设计成用前面几个样值来预测下一样值，利用样本的预测涔以这些样本的戏性或非践性函数为夔础，大多数使用线性预测函数。预测编码方法

16、中典型的有DPCM和ADPCM方法.1差分味冲调（DPCM）AhM.分脉冲辑制（Differtiitia1.Pu1.seCode-M（Ku1.ation,IR1.称I）PeM）是降低每个像素所需平均比特效实用的方法.对于绝大多数图像来说.在局部空间和时间上足高度相关的,因而可以在已得到像素的基础上通过对当前像素的按测来减少图像的数据信.2.自适应差分脉冲调制（ADpC1.I）涌DPCM系统的基础是输入数据为平稳的随机过程，这样就可以用固定的参数来设计预测器.然而，当输入数据并非是所要求的平稳的IaI机过程时，或总体上平桧，但局部不平稳时，使用固定的参数来设计预测器将是不合理的.这时可采用自道应侦测编码的方法，即定期地重新计算协方差矩阵和相应的加权因子，充分利用其统计特件重新谓