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1、第二章 数字新媒体的关键技术,第一节 数字新媒体的技术构成,数字新媒体技术是将抽象的信息变成可感知、可管理和交互的技术是融合了数字信息处理技术、计算机技术、数字通信与网络技术等的交叉学科与技术领域,第一节 数字新媒体的技术构成,数字新媒体技术主要研究与数字媒体信息相关的获取、处理、传播、管理、安全、输出等相关理论、方法、技术与系统。,第一节 数字新媒体的技术构成,数字信息获取与输出技术数字信息存储技术数字信息处理与生成技术数字传播技术数字信息管理与安全技术,一、数字信息获取与输出技术,图像信息获取与输出技术声音信息获取与输出技术人机交互技术数字终端技术,数字信息获取设备,键盘、鼠标、光笔、跟踪
2、球、触摸屏等一般输入设备以及用于图像信息获取的数码相机、数字摄像机、扫描仪、视频采集系统用于语音和音频输入与合成的声音系统用于图形绘制与输入的数字化仪用于运动数据采集与交互的数据手套、数据衣等,数据手套,扩展阅读：虚拟现实(VR)与数据手套的研究,数字输出技术,包括显示技术、硬拷贝技术、声音系统等。在显示技术方面，平板高清显示器已经成为一种趋势三维显示技术也得到长足发展,二、数字信息存储技术,磁存储技术光存储技术半导体存储技术,磁存储技术,磁存储设备主要是硬盘、硬盘阵列和磁带等 扩展阅读：磁存储技术的新发展,光存储,蓝光存储技术在高清晰数字音像记录设备和计算机外存储器方面有很广阔的应用前景 扩
3、展阅读：光存储,半导体存储技术,闪存技术可移动闪存卡扩展阅读：半导体存储技术,三、数字信息处理与生成技术,数字音频处理技术数字图像处理技术计算机图形技术,四、数字传播技术,数字通信网技术计算机网络技术数字无线技术,四、数字传播技术,数字传播技术主要包括数字传输技术和网络技术。网络包括广播电视网络、计算机网络和公共通信网等 三网合一 2010年5月批准方案，6月开始实行。2010年到2012年是三网融 合的试点阶段 2013年到2015年是推广阶段。,四、数字传播技术,广泛应用IP技术是数字媒体传播技术的发展趋势。NGN是下一代网络技术的代表。支持NGN的关键技术主要有IPV6、光纤高速、宽带接
4、入、软交换、3G通信、网络安全等。,五、数字信息管理与安全技术,数据库管理技术数字媒体检索技术数字信息保护技术数字版权管理技术,第二节 数字音频技术,声音与音频音频数字化 音频数据量及质量数字音频的文件格式,一、声音与音频,在物理学上，声音被看成一种波动的能量，即声波,一、声音与音频,一般用频率、振幅和波形等三个基本特性来描述声音,一、声音与音频,在生理学上，声音是指作用于听觉器官所引起的一种主观感觉声音的频率、振幅和波形对应到人耳的主观感觉就是音调、响度和音色,一、声音与音频,人耳可感受声音频率范围为2020000Hz声音高于20000Hz为超声波低于20Hz为次声波,一、声音与音频,按照声
5、音的来源和作用，声音可分为人声、乐音和响音人声包括人物的独白、对白、旁白、歌声、啼笑、感叹等。,二、音频数字化,模拟音频信号在能量转换、传输和记录存储以及重放过程中，器其信号是连续不断的。,二、音频数字化,数字音频是用一连串二进制数据来保存的音频信号，是一种离散的数据信号方式。,二、音频数字化,音频数字化过程：采样量化编码,二、音频数字化,音频数字化过程：采样,二、音频数字化,音频数字化过程：量化,二、音频数字化,音频数字化过程：编码CD光盘就采用了PCM编码（Pulse Code Modulation，脉冲编码调制）Apple公司的iPod和iTunes，Sony公司的Play Statio
6、n3等均使用AAC编码（Advance Audio Coding，高级音频编码）,三、音频数据量及质量,衡量数字音频的质量，通常有三个指标：采样频率量化深度音频流码率,三、音频数据量及质量,当前声卡常用的采样频率一般为44.1KHz、11KHz、22KHz、和48KHz11KHz的采样率获得的声音称为电话音质22KHz称为广播音质44.1KHz称为CD音质,四、数字音频的文件格式,CD格式（.cda）CD是常用音频格式中音质最好的格式之一，几乎所有的媒体播放器都支持CD。标准的CD采样位数为16位，最高可达24位。,四、数字音频的文件格式,MIDI格式（.mid）MIDI是Musical In
7、strument Data Interface 的缩写，意思是乐器数字化接口MIDI本身并不直接提供声音数据，它是一个协议，只包含用于产生特定声音的指令，计算机把这些指令交由声卡去合成相应的声音,四、数字音频的文件格式,MP3格式（.mp3）MP3全称MPEG Audio Layer-3，是网络数字音乐的普遍格式1分钟CD质量的音乐未经压缩需10MB存储空间，而经MP3压缩编码后只有1MB左右。,四、数字音频的文件格式,MP4格式MP4和MP3之间并没有必然联系MP3是一种音频压缩的国际技术标准，而MP4是一个商标名称每首MP4的乐曲就是一个扩展名为.exe的可执行文件由于MP3格式的开放性带
8、来了一些音乐版权保护方面的问题，MP4在加密和授权方面做了特别的设计,四、数字音频的文件格式,WAVE格式（.wav）WAVE格式由Microsoft 公司开发，是一种无损压缩格式，缺点是文件体积大1分钟的WAV文件约占10MB的存储空间，而1分钟的MIDI文件却只有3.4KB,四、数字音频的文件格式,WMA格式(.wma)WMA全称Windows Media Audio，是Microsoft开发的一种音频格式，其实它就是ASF的音频格式一般可达18：1左右，但音质要强于MP3，因此，WMA格式是网络电台的首选编码格式,四、数字音频的文件格式,RA格式（.ra）RA全称Real Audio，是
9、一种流式音频格式，主要用于在低速率的网络中实时传输音频信息,四、数字音频的文件格式,APE格式（.ape）APE压缩比约为2：1，是一种比较专业的音频格式，播放时最好选用比较专业的播放工具，如Foobar,四、数字音频的文件格式,AU格式（.au）AU格式是SUN公司推出的一种音频压缩格式，主要用于UNIX操作系统下的数字声音文件,四、数字音频的文件格式,VQF格式（.vqf）VQF是由NTT与Yamaha共同开发的一种音频压缩技术把一首4分钟的歌曲压成MP3 大约需4MB，而使用VQF只需2MB由于MP3在数字音频界的霸主地位已经形成，VQF受关注度并不高，支持它的播放软件也不多，如Yama
10、ha Soundvq,四、数字音频的文件格式,AIFF格式（.aiff）AIFF是是Apple公司开发的一种音频文件格式，全称Audio Interchange File Format，意为音频交换文件格式,第三节 数字图像技术,图像颜色模型图像的基本属性数字图像的文件格式,一、图像颜色模型,RGB颜色模型CMYK颜色模型HSB颜色模型YUV与YIQ颜色模型CIE Lab颜色模型,二、图像的基本属性,分辨率颜色深度真彩色、伪彩色与直接色图像大小,图象分辨率（ImageResolution）,指图象中存储的信息量。这种分辨率有多种衡量方法，可以同时表示成“每英寸像素”（ppi）以及图形的长度和宽
11、度。,图象分辨率（ImageResolution）,一张分辨率为640 x 480的图片，那它的分辨率就达到了307，200像素，也就是我们常说的30万像素一张分辨率为1600 x 1200的图片，它的像素就是?万,颜色深度,图象的位分辨率（BitResolution）：又称位深，是用来衡量每个像素储存信息的位数所谓“位”，实际上是指“2”的平方次数，8位即是2的八次方,颜色深度,一幅8位色彩深度的图象，所能表现的色彩等级是256级。16位的发色总数是65536色24位的发色数是1677万多，它可以达到人眼分辨的极限，被称为真彩色32位色就并非是2的32次方的发色数，它其实也是1677万多色，
12、不过它增加了8位的灰度,颜色深度,一般常见的有8位、16位、24位或32位色彩一幅8位色彩深度的图象，所能表现的色彩等级是256级。,三、数字图像的文件格式,BMP格式Bitmap（位图）的简写，它是Windows操作系统中的标准图像文件格式 几乎不进行压缩，图像信息较丰富占用磁盘空间过大BMP位图文件默认的文件扩展名是BMP或者bmp，有时它也会以.DIB或.RLE作扩展名。,三、数字图像的文件格式,JPEG格式JPEG格式是由联合照片专家组（Joint Photographic Experts Group）开发目前各类浏览器均支持JPEG这种图像格式JPEG文件的扩展名为.jpg或.jpe
13、g，,三、数字图像的文件格式,GIF格式GIF是Graphics Interchange Format的简称，意为图像交换格式。GIF支持在一幅GIF文件中存放多幅彩色图像，目前Internet上大量采用的彩色动画文件多为这种格式的文件，也称为GIF89a格式文件。,三、数字图像的文件格式,TIFF格式TIFF，全称是tagged image file format是Mac中广泛使用的图像格式特点是图像格式复杂、存贮信息多 扩展名为tif或tiff,三、数字图像的文件格式,PSD格式Photoshop的专用格式Photoshop DocumentPSD其实是Photoshop进行平面设计的一张
14、草稿图，下次打开文件时可以修改上一次的设计,三、数字图像的文件格式,SWF格式Swf是Shockwave Forma或shock wave flash的缩写是动画设计软件Flash的专用格式，目前已成为网上动画的事实标准,三、数字图像的文件格式,PNG格式PNG 是Portable Network Graphic Format的所写，意为流式网络图形格式能把图像文件压缩到极限以利于网络传输，但又能保留所有与图像品质有关的信息,三、数字图像的文件格式,SVG格式SVG英文全称Scalable Vector Graphics，意思为可缩放的矢量图形是一种开放标准的矢量图形语言SVG可以算是目前最最
15、火热的图像文件格式，将会为Web提供新的图像标准,三、数字图像的文件格式,TGA格式TGA（Tagged Graphics）已被国际上的图形、图像工业所接受,三、数字图像的文件格式,WMF格式全称Windows Metafile Forma，意为图元文件格式文件所占的磁盘空间很小,三、数字图像的文件格式,EPS格式Encapsulated PostScripPC机用户较少见。而苹果Mac机的用户则用得较多分为Photoshop EPS格式和标准EPS格式主要用于排版、打印等输出工作,三、数字图像的文件格式,PCX格式PCX格式是基于PC的绘图程序的专用格式一般的桌面排版、图形艺术和视频捕获软件
16、都支持这种格式 PCX压缩属于无损压缩,第四节 数字视频技术,电视扫描视频信号电视制式电视分辨率数字化标准视频格式,一、电视扫描,一、电视扫描(逐行扫描),一、电视扫描（隔行扫描）,一、电视扫描（隔行扫描）（interlaced scanning）,二、电视制式,电视可用不同的方式来实现。实现电视的一种特定方式，称为电视的一种制式。电视制式就是用来实现电视图像信号和伴音信号，或其它信号传输的方法，和电视图像的显示格式，以及这种方法和电视图像显示格式所采用的技术标准。,二、电视制式,在黑白电视和彩色电视发展过程中，分别出现过许多种不同的制式。,二、电视制式,目前世界各国所采用的黑白电视制式有：A
17、、B、C、D、E、F、G、H、I、K、K1、L、M、N等，共计13种（其中A、C、E已不采用）我国为其中的D、K制。,二、电视制式,三种彩色电视制式：即NTSC制、SECAM制和PAL制（对于NTSC制，由于选用的色副载波的频率不同，还可分为NTSC4.43和3.58两种）,二、电视制式,正交平衡调幅制National Television Systems Committee，简称NTSC制。采用这种制式的主要国家有美国、加拿大和日本等。这种制式的帧速率为29.97fps（帧/秒），每帧525行262线，标准分辨率为720480。,二、电视制式,正交平衡调幅逐行倒相制Phase-Alterna
18、tive Line，简称PAL制。中国、德国、英国和其它一些西北欧国家采用这种制式。这种制式帧速率为25fps，每帧625行312线，标准分辨率为720576。,二、电视制式,行轮换调频制Sequential Coleur Avec Memoire，简称SECAM制。采用这种制式的有法国、前苏联和东欧一些国家。这种制式帧速率为25fps，每帧625行312线，标准分辨率为720576。,二、电视制式,在上面三种彩色电视制式的基础上，按伴音信号的调制方式（调频或调幅）和载波频率，还可以把电视制式继续细分成很多种：D/K：6.5MHz，中国大陆采用I：6.0MHz,香港地区采用B/G：5.5MHz
19、、国外部分地区采用M：4.5MHz,美国、日本、加拿大等国采用,二、电视制式,数字电视制式是指数字电视采用的视音频采样、压缩格式、传输方式和服务信息格式等的规定。目前主要存在3种比较成熟的制式：美国的ATSC（先进电视系统委员会）制式欧洲的DVB（数字视频广播）制式日本的ISDB（综合服务数字广播）制式,三、电视分辨率,在电视工业中，分辨率指的是在荧光屏等于像高的距离内人眼所能分辨的黑白条纹数，单位是电视线（TV线）。,三、电视分辨率,分辨率（resalution）是一个表示平面图像精细程度的概念，通常它是以横向和纵向点的数量来衡量的，表示成水平点数垂直点数的形式。1024768、136676
20、8、19201080是现在的主流分辨率,三、电视分辨率,三、电视分辨率,弄清物理分辨率与支持分辨率的区别目前市场上以输入信号的最大分辨率来称为电视分辨率是商家最主要的蒙蔽消费者的手段。,三、电视分辨率,四、数字化标准,五、视频格式,基于磁带的模拟格式VHSS-VHSBETACAMBETACAM SPM-2,五、视频格式,基于磁带的数字格式：D-2、D-3数字复合格式数字BETACAM 数字组件格式DVCPRO数字组件格式BETACAM SX数字组件格式DVCPRO50数字组件格式DVCAM数字组件格式,五、视频格式,基于光盘的数字格式D-5数字组件格式D-9数字组件格式D-10数字组件格式,五
21、、视频格式,基于磁盘的数字格式AVI格式（.avi）MPEG格式（.mpeg，.mpg，.dat等）RM/RMVB格式（.rm，.rmvb）ASF格式/WMV格式（.asf，.wmv）,五、视频格式,基于磁盘的数字格式MOV格式（.mov）DivX格式（.avi）nAVI格式（.avi）SWF（.swf)MTS格式（.mts）AAM格式（.aam）,五、视频格式,第五节 数字媒体压缩技术,压缩的分类图像压缩标准运动图像压缩标准声音压缩标准,一、压缩的分类,按照信息压缩前后的差异，可分为无损压缩和有损压缩按照压缩媒体的类型，可分为图像压缩标准、运动图像压缩标准和声音压缩标,一、压缩的分类,无损压
22、缩是利用数据的统计冗余进行压缩，可完全回复原始数据而不引起任何失真。一般的数据冗余主要体现在空间冗余、时间冗余、结构冗余、视觉冗余、知识冗余和信息熵冗余等方面。,一、压缩的分类,有损压缩是指使用压缩后的数据进行还原，还原后的数据与原来的数据有所不同，但不至于对原数据表达的信息造成误解。有损数据压缩本质上属于破坏型压缩，它将次要的信息数据压缩掉，牺牲一些质量来减少数据量，使压缩比提高。,二、图像压缩标准,静态图像压缩标准发展史上的主要的几种标准：二值图像压缩标准JBIGJPEGJPEGLSMPEG一4VTCPNGJPEG2000,二、图像压缩标准,JPEG是Joint Photographic
23、Experts Group(联合图像专家组)的缩写它制定了第一套国际静态图像压缩标准“多灰度连续色调静态图像压缩编码”，该标准俗称JPEG。,二、图像压缩标准,JPEG是一种有损压缩格式，文件后辍名为jpg或jpeg，,二、图像压缩标准,Photoshop软件中以JPEG格式储存时，提供11级压缩级别，以010级表示。其中0级压缩比最高，图像品质最差。,二、图像压缩标准,JPEG格式又可分为标准JPEG、渐进式JPEG及JPEG2000三种格式,二、图像压缩标准,标准JPEG格式：此类型图档在网页下载时只能由上而下依序显示图片，直到图片资料全部下载完毕，才能看到全貌。,二、图像压缩标准,渐进式
24、JPEG格式：可以在网页下载时，先呈现出图片的粗略外观后，再慢慢地呈现出完整的内容如果要在网页上使用图片，可以多用这种格式,二、图像压缩标准,JPEG2000作为JPEG的升级版，其压缩率比JPEG高约30左右，同时支持有损和无损压缩。JPEG2000格式有一个极其重要的特征在于它能实现渐进传输，即先传输图像的轮廓，然后逐步传输数据，不断提高图像质量，让图像由朦胧到清晰显示。,二、图像压缩标准,JPEG2000还支持所谓的感兴趣区域 特性，可以任意指定影像上感兴趣区域的压缩质量，还可以选择指定的部分先解压缩。,三、运动图像压缩标准,MPEG是运动图像专家组的英文（Moving Pictures
25、 Experts Group）缩写 MPEG现在的版本：MPEG-1，MPEG-2，MPEG-4，MPEG-7。,三、运动图像压缩标准,MPEG-1制定于1992年，于1993年公布质量级别基本与VHS相当可适用于CD-ROM、Video-CD等使用MPEG-1的压缩算法，可以将一部120分钟长的电影压缩到1.2GB左右,三、运动图像压缩标准,MPEG-2公布于1994年是针对DVD和HDTV等制定的运动图像及其伴音编码标准使用MPEG-2的压缩算法，可以将一部120分钟长的电影压缩到4-8GB,三、运动图像压缩标准,MPEG-4标准公布于1998年MPEG-4不是具体的算法，而是为多媒体数据
26、压缩编码提供的一种框架，旨在建立一种更自由的通信与开发环境MPEG-4是第一个具有交互性的动态图象标准,三、运动图像压缩标准,120分钟的影片，采用MPEG-4的DIVX视频编码技术，可以压缩到600MB左右；用MPEG-4的ASF高级格式流，可以压缩到300MB左右,三、运动图像压缩标准,MPEG-7标准公布于2001年。MPEG-7是一个描述多媒体内容的标准，其正式的称谓“多媒体内容描述接口”(Multimedia Content Description Interface)。MPEG-7针对的问题是对日渐庞大的图像、声音信息的管理和迅速搜索。,三、运动图像压缩标准,MPEG-21是一个可
27、以互操作和高度自动化的多媒体框架，正在研发中,三、运动图像压缩标准,H.26X系列标准是国际电信联盟ITU制定的主要有H.261、H.263、H.264等主要用于实时视频通信领域，如可视电话、会议电视等,三、运动图像压缩标准,AVS标准是信息技术先进音视频编码系列标准的简称，是我国具备自主知识产权的第二代信源编码标准。AVS视频部分2006年正式成为国家标准,三、运动图像压缩标准,作为新媒体，IPTV是AVS应用的重中之重在国内，AVS已经成为中国移动数字多媒体广播标准（CMMB）优先考虑的对象，手机电视是AVS产业化的又一重点,四、声音压缩标准,MP3全称是Moving Picture Ex
28、perts Group Audio Layer 3。编码和有损压缩格式，它设计用来大幅度地降低音频数据量,四、声音压缩标准,MP4不是MPEG-1 Layer 4，也不是MPEG-4，而是MPEG-2 AAC技术AAC与MP3不兼容，制作和播放AAC乐曲，使用的工具与MP3所用到的完全不同MP4采用以知觉编码为关键技术的A2B音乐压缩技术，该技术不但提高了压缩比，还可以提供版权保护,四、声音压缩标准,FLAC即是Free Lossless Audio Codec的缩写，中文可解为无损音频压缩编码,第六节 数字媒体存储技术,内存储器外存储器光盘存储器,一、内存储器,二、外存储器,三、光盘存储器,第七节 数字媒体传输技术,流媒体传输技术P2P技术,一、流媒体传输技术,二、P2P技术,第八节 数字媒体典型音视频接口,RCA接口BNC接口XLR音频接口AES/EBU及S/PDIF数字音频接口TRS和TS音频接口AV接口S-Video视频接口模式分量视频接口,第八节 数字媒体典型音视频接口,VGA接口DV接口DVI数字视频接口HDMI接口SDI接口SDTI接口FDDI接口USB接口USB OTG,
