第5章數字媒體及應用(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 和背景使用的材料，選擇合適的紋理映射到物體的表面 44 ? 美國康乃爾大學Suzanne Smits 和 Priamos Geiades建模并繪制的俄羅斯茶壺 例 1:俄羅斯茶壺 45 例 2：計算機繪制的鋼筆畫和鉛筆畫 ? 木 桶 ? 玻璃瓶 引用自： Gees Winkenbach, ( Washington) , SIGGRAPH’96 46 計算機圖形與顯卡 (圖形卡 ) ? 圖形繪制過程中，每一個像素的顏色及其亮度都要經過大量的計算才能得到，因此繪制過程的計算量很大，特別是三維圖形和動畫 ? 目前 PC機所配置的圖形卡（顯卡）上安裝了功能很強的專用繪圖處理器，它能承擔繪制過程中的大部分計算任務 SVideo接口 DVI接口 VGA接口 繪圖處理器 顯示卡 47 計算機圖形的應用 (1) 計算機輔助設計和輔助制造 (CAD／ CAM)。 (2) 利用計算機生成各種地形圖 、 交通圖 、 天氣圖 、 海洋圖 、石油開采圖等 。 (3) 作戰指揮和軍事訓練 。 (4) 計算機動畫和計算機藝術 。 (5) 其它：電子出版 、 數據處理 、 工業監控 、 輔助教學 、 軟件工程等 。 48 矢量繪圖軟件 ? 專業繪圖軟件： ? AutoCAD、 PROTEL和 CAXA電子圖板（機械、建筑等） ? MAPInfo、 ARCInfo、 SuperMap GIS （地圖、地理信息系統） ? 辦公與事務處理、平面設計、電子出版等使用的繪圖軟件： ? Corel公司的 CorelDraw， ? Adobe 公司的 Illustrator， ? Macromedia公司的 FreeHand， ? 微軟公司的 Microsoft Visio等 ? 內嵌的繪圖軟件： ? Word 和 PowerPoint中的繪圖功能（簡單的二維圖形 ） 49 小結：圖像與圖形的對比 圖像 圖形 生成途徑 通過圖像獲取設備獲得景物的圖像 使用矢量繪圖軟件以交互方式制作而成 表示方法 將景物的映像 (投影 )離散化，然后使用像素表示 使用計算機描述景物的結構、形狀與外貌 表現能力 能準確地表示出實際存在的任何景物與形體的外貌，但丟失了部分三維信息 規則的形體 (實際的或假想的 )能準確表示，自然景物只能近似表示 相應的編輯處理軟件 典型的圖像處理軟件 ,如PhotoShop 典型的矢量繪圖軟件，如AutoCAD 文件的擴展名 .bmp .gif .tif .jpg .jp2 等 .dwg .dxf .wmf 等 數據量 大 小 數字聲音及應用 波形聲音的獲取與播放 波形聲音的表示與壓縮編碼 計算機合成聲音 51 波形聲音的獲取與播放 52 聲音的特性和類型 ? 聲音由振動產生，通過空氣進行傳播 ? 聲音是一種波，它由許多不同頻率的諧波組成 ? 諧波的頻率范圍稱為聲音的“帶寬” ? 計算機處理的聲音類型： ? 話音或語音 (speech)，專指人的說話聲音，帶寬僅為 300～3400Hz ? 全頻帶聲音 (如音樂聲、風雨聲、汽車聲等 )，其帶寬可達到20Hz～ 20kHz ? 人耳可聽到的聲音統稱“可聽聲” (audio) ， 20Hz～20kHz 53 數字波形聲音的獲取 步驟： 2. 量化（ quantization，模數轉換 ) 3. 編碼（ encoding） 1. 取樣（ sampling） 取 樣 模擬聲音信號 取樣的目的是把時間上連續的信號轉換成時間上離散的信號 量 化 量化是把每個樣本從模擬量轉換成為數字量 (8位或16位整數表示 ) 數字聲音 01100011001 編 碼 將所有樣本的二進制代碼組織在一起，并進行數據壓縮 54 數字波形聲音的獲取設備 ?聲音的聯機獲取設備 (聲卡 ) 聲波轉換為電信號 ? 聲音的脫機獲取設備：數碼錄音筆 麥克風 （ microphone） 聲音卡 （ sound card） 模擬聲音 數字聲音 取樣、量化和編碼 55 聲卡的功能與邏輯組成 波形聲音的獲取與編碼 波形聲音的重建與播放 MIDI消息的輸入 MIDI音樂的合成 DSP DMA接口 PC總線 取樣，量化 D/A 重建，濾波 聲音輸出 聲音輸入 音樂合成器 mixer MIDI接口 聲卡的主要功能 56 波形聲音的表示 與壓縮編碼 57 數字波形聲音的表示及其參數 ? 數字波形聲音是使用二進位表示的一種串行比特流，其數據按時間順序進行組織，文件擴展名為“ .wav” ? 數字波形聲音的主要參數有： ? 取樣頻率： ?語音的取樣頻率低，一般為 8kHz ?全頻帶聲音（如音樂）的取樣頻率高，一般為 ? 量化位數：通常為 8位、 12位或 16位 ? 聲道數目：單聲道為 1，雙聲道為 2 ? 碼率 (比特率 )，每秒鐘的數據量 58 數字波形聲音碼率的計算 ? 未壓縮時數字波形聲音的碼率計算公式 碼率 = 取樣頻率 量化位數 聲道數 ? 例： 聲音類型 聲音信號帶寬 (Hz) 取樣頻率 (kHz) 量化位數 (bits) 聲道 數 未壓縮時的 碼率 數字語音 300～ 3 400 8 8 1 64 kb/s CD立體聲 20～ 20 000 16 2 (kb/s) ? 壓縮編碼之后數字波形聲音的碼率為： 壓縮后的碼率 = 未壓縮時的碼率 /壓縮倍數 ? 例：上面 CD唱片的立體聲音樂壓縮為 MP3后，若壓縮倍數是 12倍，則該 MP3音樂的碼率是： 118 kb/s左右 59 數字波形聲音的數據壓縮 ? 數字波形聲音的數據量很大，例如： ? 數字語音 1小時的數據量大約是 30MB ? CD立體聲高保真的數字音樂 1小時的數據量大約是 635MB ? 數據壓縮的必要性： ? 為了降低存儲成本和提高在網絡上的傳輸效率 ? 數據壓縮的可能性： ? 聲音中包含了大量冗余信息；人耳的靈敏度有限，允許有一定失真 ? 數字波形聲音壓縮編碼的方法： ? 全頻帶聲音：國際標準 MPEG；工業標準 Dolby AC3 ? 數字語音：固定電話使用 ADPCM編碼 移動電話使用高效率的混合編碼技術 60 全頻帶數字音頻編碼的標準 ? 所謂“ MP3音樂”就是一種采用MPEG1層 3編碼的高質量數字聲音 , 它能以 10倍左右的壓縮比降低高保真數字聲音的存儲量，使一張普通 CD光盤上可以存儲大約 100首 MP3歌曲 標準名稱 壓縮后的碼率 (每個聲道 ) 聲道數目 主要應用 MPEG1 audio層 1 192 kbps （壓縮 4倍） 2 數字盒式錄音帶 MPEG1 audio層 2 128 kbps（壓縮 6倍） 2 DAB,VCD, MPEG1 audio層 3 64kbps（壓縮 11－ 12倍） 2 Inter， MP3音樂 MPEG2 audio 與 MPEG1層 1,層 2,層 3相同 , 同 MPEG1 Dolby AC3 64 kbp , DVD, DTV，家庭影院 61 什么是流媒體？ ? 在因特網上收聽 (看 )音 (視 )頻節目的 2種方式： ? 下載存儲方式：先下載存儲在計算機中，下載完畢后再播放（缺點：需要等待很長時間，并需要較大的存儲容量） ? 流式傳輸方式：邊下載、邊播放（優點：只需要下載一部分數據之后 , 就可以開始一邊播放一邊下載，等待時間短、存儲需求小） ? 流媒體技術就是允許在網絡上讓用戶一邊下載一邊收看 (聽 )音視頻媒體的一種技術 ? 目前主要有 3個公司的流媒體產品： 1. Real Networks公司的 Real Media 2. 微軟公司的 Windows Media 3. 蘋果公司的 Quick Time 62 計